热泵系统丨热泵在零下20度为何还能工作？什么原理？优势有哪些？

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时间：2024-12-26  来源：  作者：

　　北方的冬季，那是出了名的寒冷。当凛冽的寒风呼啸而过，室外气温常常能骤降至零下20度，甚至更低。在这样的严寒中，出行的人们裹得严严实实，嘴里呼出的热气瞬间化作一团团白雾。河流冰封，大地仿佛被冻住了一般，万物都进入了一种 “蛰伏” 状态。

特灵 空气源热泵

　　而每到这个时候，供暖就成了大家为关注的话题。传统的供暖方式，像烧煤取暖，虽然能带来温暖，却也伴随着环境污染等问题。近些年来，一种新型的供暖设备 —— 热泵，逐渐走进了人们的视野。不少人心里都犯嘀咕：这热泵，在零下 20 度的极寒环境下，真的还能用吗?它又是靠什么 “魔力” 来抵御严寒，为我们送上温暖的呢?

　　热泵究竟是啥 “神器”?

　　热泵，听起来好像很神秘，其实它的原理并不复杂。简单来说，热泵就像是一个神奇的 “热量搬运工”。它主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀这四大部件构成，通过让一种特殊的物质 —— 工质，在这些部件之间循环往复，完成热量的 “乾坤大挪移”。

　　在室外零下 20 度的低温环境中，热泵的蒸发器就像是一个敏锐的 “热量探测器”。这里面的工质具有极低的沸点，在如此寒冷的空气中，依然能够汽化。工质汽化的过程会大量吸收周围空气中的热量，就好比在冰天雪地中，伸出了无数双小手，把空气中潜藏的热能一把抓住。比如说常用的工质 R22，在标准大气压下汽化温度低至 - 40.8℃，这意味着只要环境温度高于这个数值，它就能从空气中吸热。

　　被汽化后的工质，带着满满的热量“跑”进压缩机。压缩机就如同一个大力士，对气态工质进行强力压缩。这一压缩，工质的温度和压力迅速飙升，完成了从低温低压到高温高压的华丽变身，为后续放热做好了准备。

　　接着，高温高压的工质来到冷凝器。冷凝器就像是一个巨大的“热量释放器”，此时工质把之前吸收以及压缩机赋予的热量，毫无保留地传递给需要供暖的水或空气等介质，自身则重新凝结成液态。经过膨胀阀的节流降压，液态工质又变回低压低温状态，再次奔赴蒸发器，开启下一轮的热量搬运之旅。如此循环往复，热泵就能持续不断地从寒冷的室外空气中汲取热量，并将其输送到室内，为我们营造温暖如春的环境。

　　超低温下的 “生存密码”

　　(一)喷气增焓技术来助力

　　热泵之所以能在零下 20 度的极寒环境下正常工作，离不开一项关键技术 —— 喷气增焓技术。这项技术就像是给热泵注入了一剂 “强心针”，让它在低温下依然能活力满满地制热。

　　“喷气增焓”技术是建立在一个完整的系统上的，系统由喷气增焓压缩机、热水换热器、蒸发器等特殊部件组成，但是在其中起着核心作用的是压缩机。

　　下图就是采用了“喷气增焓”技术的系统，压缩机增加了一个蒸汽喷射口，压缩机从吸气口接收蒸发器传过来的能量，从蒸汽喷射口接收管道另一头补充过来的蒸汽，蒸汽用于冷却管路中不断循环的冷媒(制冷剂)。这么做的本质意义，是利用蒸汽的进入，把原先一段式的压缩过程分为一个准二级的压缩过程。

　　采用喷气增焓时，低温气体从第二吸气口进人压缩机，降低了压缩机排气温度，特别是当高温环境时，压缩机排气温度高，采用喷气增焓可以降低压缩机的排气温度，改善压缩机的工作环境，减少压缩过程的不可逆损失，提高压缩机工作效率，终体现在增加室内侧换热量。

　　(二)高效除霜不能少

　　在低温环境下，热泵还有一个“劲敌”—— 结霜。当外界温度低于 0℃，且空气湿度较大时，热泵的蒸发器表面就容易凝结成霜。霜层就像是一层厚厚的 “棉被”，不仅会增加换热器热阻，导致换热能力直线下降，还会堵塞翅片通道，让空气流动受阻，严重影响热泵的制热效果。

　　为了应对这一难题，热泵配备了多种高效除霜技术。其中，四通阀反向除霜技术较为常见。当需要除霜时，四通阀改变冷媒流向，让原本制热时的冷凝器变为蒸发器，利用压缩机排出的高温冷媒，将蒸发器表面的霜层迅速融化。还有热力膨胀阀精准控制冷媒流量，确保除霜过程中冷媒的合理分配，既高效除霜，又不过多消耗能量。这些除霜技术相互配合，就如同给热泵穿上了一件 “防护服”，让它能在霜寒交加的恶劣环境下稳定运行。

　　(三)适配低温的 “心脏”

　　压缩机作为热泵的 “心脏”，在零下 20 度的低温环境下能否正常运转至关重要。低温压缩机与普通压缩机相比，有着诸多独特的设计。

　　低温压缩机通常采用特殊的润滑油，这种润滑油在低温下依然能保持良好的流动性，确保压缩机内部各部件得到充分润滑，不会因为低温而出现 “卡顿” 现象。而且，低温压缩机的电机设计也更为精巧，它能够适应低温环境下的启动需求，避免因低温导致启动困难或损坏电机。

　　在结构上，低温压缩机强化了密封性能，防止冷媒泄漏，保证了系统的稳定运行。一些高端的低温压缩机还具备智能调节功能，能根据室外温度、系统压力等参数自动调整运行状态，始终保持高效工作。有了这样一颗强大的 “心脏”，热泵才能在极寒中持续稳定地为我们输送温暖。

　　优势尽显，脱颖而出

　　(一)节能小能手

　　在节能方面，热泵可是有着令人瞩目的表现。与传统的电暖器相比，热泵的节能效果堪称惊艳。电暖器是直接将电能转化为热能，就像是一个 “电能消耗大户”，能效比通常只有1左右，也就是说消耗1度电，只能产生 1 千瓦的热量。而热泵呢，它利用逆卡诺原理，只需要消耗少量的电能作为驱动，就能从空气中搬运大量的热能。在零下 20 度的环境下，一些优质的热泵产品，如纽恩泰变频空气能热泵，制热能效比 COP 依然能接近 2.0，这意味着消耗 1 度电，就能获得接近 2 千瓦的热量，相比电暖器，节能优势一目了然，长期使用下来，能为家庭节省不少电费开支。

　　即便是和普通空调相比，热泵在低温环境下的节能优势依旧突出。普通空调在低温时，制热能力会大幅衰减，当室外温度低于 0℃，很多空调就不得不依靠电辅热来制热，此时的能效比大打折扣，几乎和电暖器无异。而热泵通过喷气增焓等技术，在零下 20 度时仍能保持较高的能效比，持续高效地为室内提供温暖，让每一度电都发挥出更大的价值。

　　(二)清洁供暖担当

　　在环保日益受到重视的今天，热泵的清洁供暖特性使其备受青睐。传统的供暖方式，像烧煤取暖，燃烧过程中会释放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，对空气造成严重污染，加剧温室效应。而热泵在运行过程中，仅仅是将空气中的热能进行转移，整个过程不产生任何废气、废水排放，真正做到了零污染。

　　热泵所利用的空气能是一种可再生能源，只要有空气存在，它就能持续不断地为我们提供热量。以一个小区为例，如果全部采用热泵供暖，相较于传统燃煤供暖，一个采暖季下来，能减少成百上千吨的二氧化碳排放，为改善空气质量、应对气候变化贡献巨大力量，让我们在享受温暖的同时，也为子孙后代守护一片蓝天。

　　(三)供暖多面手

　　热泵的功能可不仅仅局限于室内供暖，它还是一位 “全能选手”。在家庭应用中，热泵既可以连接地暖系统，通过地板辐射散热，让热量自下而上均匀传递，营造出温暖舒适的室内环境，让人仿佛置身于春天的暖阳之下;又能为家庭提供充足的生活热水，满足日常洗漱、沐浴等需求，实现一机两用。

　　对于商业场所，如酒店、写字楼等，热泵同样能大显身手。它可以根据不同区域的需求，灵活调整供暖温度，为客房、办公区提供舒适的温度，同时为厨房、洗衣房等供应热水，全方位满足商业运营的各种需求，大大提升了生活的便利性和舒适度，成为现代建筑供暖的理想选择。

　　拥抱热泵，温暖未来

　　在这冰天雪地的零下 20 度，热泵凭借着自身独特的技术优势，打破了寒冷的 “禁锢”，为我们开启了一扇温暖的大门。它节能高效，让我们在享受温暖的同时，无需为高昂的电费账单忧心;它清洁环保，为守护蓝天白云贡献力量，让每一口呼吸都更加清新;它功能多样，满足家庭与商业的多元需求，全方位提升生活品质。

　　随着科技的不断进步，热泵技术也在持续革新。未来，我们有理由相信，热泵将在更多领域大放异彩，无论是偏远山区的集中供暖，还是工业生产中的热能利用，它都将凭借出色的性能，成为能源利用领域的中流砥柱。

　　让我们一起拥抱热泵技术，开启更加温暖、节能、环保的未来生活。在这个寒冷的冬天，选择热泵，就是选择一份舒适，选择一份对绿色家园的守护。希望大家都能深入了解热泵，用好热泵，让温暖与美好常伴身边。

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