熱泵是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置。通常用于熱泵裝置的低溫熱源改是我們周圍的介質——空氣、河水、海水，或者是從工業生產設備中排出助工質，這些工質常與周圍介質具有相接近的溫度。熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷機是一致的；在小型空調器中，為了充分發揮它的效能，在夏季空調降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設備來完成的。在冬季取暖時，將空溫器中的蒸發器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作，見圖2一17。
熱泵工作原理圖
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由圖2—17中可看出，在夏季空調降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，經換向閥(又稱四通閥)進入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經節流裝置進入蒸發器，并在蒸發器中吸熱，將室內空氣冷卻，蒸發后的制冷劑蒸汽，經換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復始，實現制冷循環。在冬季取暖時，先將換向閥轉向熱泵工作位置，于是由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經換向閻后流入室內蒸發器(作冷凝器用)，制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將室內空氣加熱，達到室內取暖目的，冷凝后的液態制冷劑，從反向流過節流裝置進入冷凝器(作蒸發器用)，吸收外界熱量而蒸發，蒸發后的蒸汽經過換向閥后被壓縮機吸入，完成制熱循環。這樣，將外界空氣(或循環水)中的熱量“泵”入溫度較高的室內，故稱為“熱泵”。上海冰箱廠生產的CKT一3A型窗式空調器，就是一種熱泵式空調器。
在圖2—17的熱泵循環中，從低溫熱源(室外空氣或循環水，其溫度均高于蒸發溫度to)中取得Q。kcal／h的熱量，消耗了機械功ALkcal／h，而向高溫熱源(室內取暖系統)
供應了Qlkcal／h的熱量，這些熱量之間的關系是符合熱力學第一定律的，即
Q1＝Q0十AL kcal／h
如果不用熱泵裝置，而用機械功所轉變成的熱量(或用電能直接加熱高溫熱源，則所得的熱量為ALkcal／h，而用熱泵裝置后，高溫熱源(取暖系統)多獲得了熱量：
Q1—AL＝Q0， kcal／h
此一熱量是從低溫熱源取得的，如果不用熱泵裝置，就無法取得這一熱量。故用熱泵裝置旨可節省燃料，又可利用余熱。
熱泵的工作循環與熱機的工作循環正好相反，熱機是利用高溫熱源的能量來產生機械功的，而熱泵是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。若熱泵與熱機具有兩個相同的熱源溫度，則
熱機循環的熱效率η=AL╱Q1
熱機循環的能量指標----熱量轉換系數φ=Q1╱AL
故φ=1╱η 。η值總是小于1的，故φ值是大于1的。
若制冷機與熱泵具有兩個相同的熱源溫度，則它們之間的關系為：
φ=Q1╱AL=Q0+AL╱AL=ε+1，ε 是制冷機的制冷系數。由此可看出，熱量轉換系數的最小值是吁＝1，在此極限情況下Q。＝o，即沒有從低溫熱源吸取熱量。
作為自然界的現象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區流向低溫區。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。
熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環系統提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節約大量高品位能源。
在運行中，蒸發器從周圍環境中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸汽經壓縮機壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。
余熱利用的強力工具--熱泵
水從高處流向低處，熱由高溫物全傳遞到低溫物體，這是自然規律。然而，在現實生活中，為了農業灌溉、生活用水等的需要，人們利用水泵將水從低處送到高處。同樣，在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫熱氣、排到河川中的低溫熱水等中的熱量，熱泵被用來將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。
熱泵蒸發流程圖
熱泵的工作原理和家用空調、電冰箱等的工作原理基本相同，通過流動媒體(以前一般為氟利昂，現在由替代氟利昂所代替)在蒸發器、壓縮機，冷凝器和膨脹閥等部品中的氣相變化(沸騰和凝結)的循環來將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。?
具體工作過程如下：①過熱液體媒體在蒸發器內吸收低溫物體的熱量，蒸發成氣體媒體。②蒸發器出來的氣體媒體經過液壓縮機的壓縮，變為高溫高壓的氣體媒體。③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給給高溫物體、同時自身變為高壓液體媒體。④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變為過熱液體媒體，進入蒸發器，循環最初的過程。
熱泵的性能一般用制冷系數(COP)來評價。制冷系數的定義為由低溫物體傳 到高溫牧體的熱量與所需的動力之比。通常熱泵的制冷系數為3-4左右，也就是說，熱泵能夠將自身所需能 量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。現在歐美日都 在競相開發新型的熱泵。據報導新型的熱泵的制冷系數可6到8。如果這一數值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。
由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態環境，除了提高熱泵的成現系數，有效利用能源以外，各國科學還致力于新型冷媒的開發。目前已有替代氟利昂的冷媒得到應用。
熱泵熱水系統包括熱泵主機和換熱儲水箱兩部分。熱泵主機部分包括風冷式蒸發器、壓縮機及膨脹閥；換熱儲水箱為內置冷凝盤管的儲熱水箱。冷媒(工質)在蒸發管內吸收環境空氣中的熱量，通過熱泵循環由冷凝盤管在水箱內釋放熱量，加熱水箱中的水。
要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統的工作原理。制冷系統（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器。其工作過程為：低溫低壓的液態[評浼羀ɡ綬海紫仍謖舴⑵骼锎擁臀氯仍矗ɡ繢潿乘┪炔⑵傻脫拐羝Ｈ緩籩評浼療逶諮顧躉諮顧醭篩呶賂哐溝惱羝酶呶賂哐蠱逶誒淠髂詒桓呶氯仍矗ɡ繢淙此├淙茨岢篩哐掛禾濉Ｔ倬諏髟腹堋⑷攘ε蛘頭А⒌繾優蛘頭У齲┙諏鞒傻臀碌脫掛禾評浼痢Ｈ绱司屯瓿梢桓鮒評溲貳?
對于一臺分體式熱泵空調來說，夏天制冷時就是以室外機為冷凝器、室內機為蒸發器，運行時就把室內的熱量輸送到了室外。而冬季則以室內機為冷凝器、室外機為蒸發器，這樣就把室外的熱量輸送到了室內，通常這些是通過四通換向閥來實現的。
熱泵空調里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內[冉換黃鱗褪欽舴⑵鰨彝餿冉換黃鰨ㄏ奶焱夂艉舫鋈確緄哪歉齠鰨┚褪搶淠鰲６竟┤鵲氖焙潁耐ɑ幌蚍謝唬謀淅涿降牧饗潁聳保夷諶冉換黃骶褪搶淠鰨彝餿冉換黃鰨ǘ焱夂艉舫隼浞緄哪歉齠鰨┚褪欽舴⑵鰲Ｓ捎詼就獬隼浞紓琜蝗繞鱗崴緣冉崴揭歡ǔ潭仁保耐ɑ幌蚍г僨謝唬盞鞅涑上募局評涔た觶彝餿冉換黃韉玫餃攘浚甌蝦螅耐ǚг僨謝壞街迫茸刺３保朔樂瓜蚴夷詿道浞紓適夷諢姆緇Ｖ乖俗?當然這種逆向除霜對舒適性有一定影響，所以又有了熱氣旁通除霜、蓄熱除霜等不需要切換工況的方式)
熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統，它被形象的稱為“熱量倍增器”。目前在市場上廣泛出現的家用冷暖空調器上，就已經廣泛地應用了熱泵制熱，其制熱系數已高達3以上。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統熱水器所不能企及的。
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