水往低處走,熱從高溫物體傳遞至低溫物體,這是兩類自然規(guī)律,不過我們總是對自身生活的環(huán)境有著更高的要求:住在高處的人一樣需要用水,夏季相較室外溫度更低的室內依然需要使用空調來變得更涼爽舒適。類比水泵將低位的水提升至高處,增加其勢能,熱泵就是一種通過消耗其他能量,將低溫物體的熱轉移到高溫物體上的裝置。在家電中我們最常見的應用熱泵的產品就是空調、冰箱,與一部分衣物烘干機。
干衣機中的熱泵
在有關新風機.html'>風機的文章中我們粗略提到過空調的原理,這里應該展開講一下??照{或者說制冷系統(tǒng)就是一種形式的熱泵,主要由四部分組成:蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器與節(jié)流閥,其中最主要的耗能與做功部件就是壓縮機,這也是實現(xiàn)熱泵的核心之一,另一個核心是制冷劑,也可稱為冷媒、雪種,制冷劑需要滿足多種標準苛刻的物理特性來支撐其功能,也正因如此運用的種類相當之少,同時其中一些還因對環(huán)境有不良影響被禁用(如氟利昂)。??
制冷劑的苛刻性質要求,摘自百度百科
它的大致工作過程為:低溫低壓的液態(tài)制冷劑經過蒸發(fā)器從較高溫的熱源(如室內空氣)中吸熱,氣化成為低壓蒸汽,隨后氣態(tài)制冷劑經過壓縮機壓縮成為高溫高壓蒸汽,此處是主要消耗電力等能量的步驟。高溫高壓的氣態(tài)制冷劑經過冷凝器,放熱凝結成高壓液體,最后經節(jié)流閥等裝置節(jié)流成低溫低壓的液態(tài)制冷劑,完成一次制冷循環(huán)。這就是空調與冰箱等制冷電器的工作原理。??
將這一過程的順序通過換向裝置稍微調整一下,就能成為運用在變頻空調、干衣機等家電中的制熱循環(huán),區(qū)別在于究竟是吸熱部分還是放熱部分與環(huán)境連通。例如熱泵式干衣機就是低溫低壓的液態(tài)制冷劑經過蒸發(fā)器從較高溫的熱源(空氣)中吸熱,成為低壓蒸汽,通過壓縮機加壓成為高溫高壓氣態(tài)制冷劑,再進入冷凝器冷凝液化放出熱量進入環(huán)境,再以低溫液態(tài)進入節(jié)流閥等裝置成為低溫低壓的液態(tài),完成一次循環(huán)。??
到這里想必有人會覺得疑惑:從環(huán)境中將熱量吸走是需要通過熱泵來進行的復雜過程,但在環(huán)境中產生熱量不應該再簡單不過了嗎?這一點無法否認,例如將電轉化為熱是相當簡單的,但不代表其一定具有較高的效率,同時電熱也相對危險而難以控制其幅度。而熱泵的本質在于就地取材,從較低溫度的環(huán)境介質(水、空氣、土壤等)中通過壓縮做功(機械功)提升多達4倍左右于能耗的熱量至高溫物體,因此實現(xiàn)了更低的能耗、更高的制冷/制熱效率。實質上,熱泵與利用高溫熱源的能量產生機械功的熱機相反,采用的是逆卡諾循環(huán)的基本原理。??
逆卡諾循環(huán)原理圖示
說到逆卡諾循環(huán),其實還能拓展至卡諾循環(huán),法國工程師薩迪卡諾,英國工程師威廉湯姆森(開爾文勛爵)等人,和與他們有關的更多熱力學知識,不過我們作為普通的消費者可以淺嘗輒止,只需要對這些人類智慧的結晶有著基本的概念即可。??
具體到熱泵裝置在家電的應用方面,顯而易見空調冰箱等主要制冷家電必定需要熱泵的幫助,但一些以制熱為主的環(huán)境電器、干衣機等家電產品也有因為各種原因選擇了制造成本較低、應用門檻較低的其他制熱手段,也有應小型化、集成化需要不得不放棄熱泵技術的產品,例如市面上就大部分洗烘一體機就以電熱+冷凝式實現(xiàn)烘干功能,僅有少量高端產品集成熱泵裝置,但價格往往十分高昂,且性能需要向集成度妥協(xié)。??
典型的洗烘套裝產品
所以在閱讀了這篇文章后,對熱泵有一定興趣,對衣物烘干有需求的讀者朋友們,更好的選擇應該是單獨的熱泵式干衣機,或是直接購入洗烘套裝組合,以在價位、能耗、性能與實用性之間獲得合適的平衡。??