热泵在能源系统中的重要作用

　　减少二氧化碳18亿吨

　　统计数据表明，在全世界每年排放的大约235.79亿吨二氧化碳中，发电行业94.17亿吨（占40%），交通运输业49.14亿吨（占21%），工业40.76亿吨（占17%），建筑业32.48亿吨（占14%），其他19.24亿吨（占8%）。

　　研究发现，热泵可以使建筑行业和工业部门的二氧化碳排放量分别降低50%和5%。这意味着每年可以通过热泵减少二氧化碳18亿吨，等于全球二氧化碳排放量的近8%。它产生出巨大的环境效益，相当于每年消除244GW（万千瓦）的燃煤汽轮机容量，种植5000万公顷树木，每年减少汽油消耗7800亿升，道路上行驶的汽车减少5200万辆。

　　日本住宅环境计划研究所的专家认为，要减少对进口能源的依赖，达到《京都议定书》规定的温室气体减排目标，家庭、办公楼必须控制不断增加的能源消费，节能是人们的正确选择。热泵节能技术因顺应时代潮流，发展前景广阔。

　　其中热泵蓄热空调系统能通过加热或冷却空气，更加节能地为建筑物内部供应冷、热水，调节室内温度，开始在日本的办公楼和普通家庭使用。这种新系统由类似空调室外机的热泵主机和大容量保温水箱等设备组成。热泵主机在采暖时吸入空气，通过热泵循环加热空气，然后再用热空气加热生活用水，直接供用户使用。而制冷时则与此相反，热泵中的制冷剂能将被吸入的空气冷却，然后为用户提供冷水。据计算，与使用传统方法直接加热或冷却水相比，使用热泵能够节约大量电能。由于日本政府对热泵蓄热空调系统给予设备投资补助，到今年4月已经有21000座楼房使用了这种热泵节能新系统。

　　在日本，热泵热水器因节能30%颇受用户欢迎，目前有520万个家庭使用。然而高昂的价格给产品进一步普及的造成了极大的困难。现在每台热泵热水器售价60万日元（大约合3.68万人民币元），即使有政府补助，也比一般热水器贵15万日元（大约0.92万人民币元）。目前，制造厂家正在想方设法降低制造成本，让热泵热水器的价格更能让人接受。

　　可逆式机组很合算

　　热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的，在小型空调器中，为了充分发挥它的效能，在夏季空调降温或在冬季取暖，都是使用同一套设备来完成的。在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

　　在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器(作蒸发器用)，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气(或循环水)中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。

　　在单人房间、房子、零售商店、办公室、学校和机构建筑物内，目前使用的热泵大多属于小型的可逆式机组，能进行加热和冷却。据估计，全世界这种机型每年的产量大约3000万台（套）。在日本、美国、中国和欧洲，有超过1.3亿台（套）在运行。在世界许多地区，使用这种可逆式热泵非常合算，运行成本比专用冷却的空调低得多。在寒冷和温和的气候条件下，专用加热的热泵被用来加热自来水和住宅。而在商业楼宇和工业生产过程，要求热泵既能加热又可冷却，即冬季采暖和夏季制冷。在全世界，有1500多万套系统安装在商业和机构建筑物里。

　　进一步优化热泵技术

　　热泵的性能一般用制冷系数（the Coefficient Of Performance，COP性能系数）来评价。制冷系数的定义为由低温物体传到高温物体的热量与所需的动力之比。通常热泵的制冷系数为3~4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4～7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。欧美日都在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的制冷系数可6到8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。季节性性能系数（The Seasonal Performance Factor，SPF）是供热期间获取的平均COP。

　　1997年全球二氧化碳排放量已达到220亿吨，其中由建筑物采暖和工业活动造成的分别为30%和35%。热泵二氧化碳减排的计算方法如下：

　　66亿吨的二氧化碳来自建筑采暖（占总排放量的30%）。假设热泵可以为建筑物提供30%的采暖和减排50%，那么住宅和商业就可以通过它减少10亿吨的排放量。至于工业热泵，至少能够减少2亿吨二氧化碳的排放。

　　12亿吨二氧化碳的减排量大约为全球总排放量的6%！这可是一种单一技术提供的最大减排量，而这种技术已经可以在市场获得。随着发电厂更高的效率以及热泵本身效率的提高，它们未来全球的减排量甚至可以占到全球总排放量的16%。

　　在世界的某些地区，热泵已经在能源系统中发挥重要作用。但是，如果要使这种技术得到更广泛的使用，需要用极大的努力来刺激热泵市场，并进一步优化技术。令人鼓舞的是，一些政府和公共事业公司大力支持热泵技术。不管在什么样的情况下，确保热泵的应用和政策建立在对事实仔细评估的基础上是很重要的，这些事实是从广泛取得的经验中总结归纳出来的。国际能源机构（theInternationalEnergyAgency，IEA）热泵中心认为，确保将这些事实提供给政策制定者、公共事业公司、市场各方和热泵用户是关键之一。

　　（文/本刊特约翻译李忠东编译自www.heatpumpcentre.org）