二、熱泵的起源及工作原理熱泵的理論起源於十九世紀早期法國科學家薩迪•卡諾(Sadi karnot)，卡諾在1824年首次以論文提出“卡諾循環”理論。1850年，英國科學家開爾文（L.Kelvin)提出：冷凍裝置可以用於加熱，也就是將逆卡諾循環用於加熱的熱泵設想。之後，許多科學家和工程師對熱泵進行了大量研究和實踐。1912 年瑞士的蘇黎世成功安裝一套以河水作為低位熱源的熱泵設備用於供暖，這是早期的水源熱泵系統，也是世界上第一套熱泵系統（水源熱泵）。21世紀，隨著“能源危機”出現，燃油價格忽升，經過改進發展成熟的熱泵以其高效回收低溫環境熱能，節能環保的特點，重新登上歷史舞台，成為當前最有價值的新能源科技。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。但人們可以使用水泵，把水從低處提升到高處；採用熱泵就是把低品位的熱能轉變，提升到可供使用的高品位熱能。所以，熱泵實質上是一種熱量提升裝置，其作用就是從周圍環境中吸取熱量，並把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與製冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作。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：過熱液體媒體（冷媒）在蒸發器內吸收低溫物體的熱量，蒸發成氣體媒體；普通的氣體媒體經壓縮機的壓縮，變為高溫高壓的氣體媒體；爾後在冷凝器中將熱能釋放給高溫物體，同時自身變為高壓液體媒體；在膨脹閥中減壓後，再變為過熱液體媒體，進入蒸發器。然後再被蒸發，如此循環往復。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，採用熱泵技術可以節約大量高品位能源。在能源日益緊張的今天，為了回收大氣中的低溫熱源、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到高溫物體中，然後高溫物體來加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。空氣源熱泵熱水器就是按照這一基本原理工作的，主要由壓縮機、熱交換器、軸流風扇、保溫水箱、水泵、儲液罐、過濾器、電子膨脹閥和微電腦控制器等組成。接通電源後，軸流風扇開始運轉，室外空氣通過蒸發器進行熱交換，溫度降低後的空氣被風扇排出系統，同時，蒸發器內部的工質吸熱汽化被吸入壓縮機，壓縮機將這種低壓工質氣體壓縮成高溫、高壓氣體送入冷凝器，被水泵強制循環的水也通過冷凝器，被工質加熱後送去保溫水箱，而工質被冷卻成液體，該液體經膨脹閥節流降壓後再次流入蒸發器。如此反复循環工作，空氣中的熱能被不斷“泵”送到水中，使保溫水箱裡的水溫逐漸升高，最後達到55 ℃左右，正好適合人們生活熱水的需要。空氣源熱泵傳熱工質是一種特殊物質，常壓下其沸點為零下40 ℃ , 凝固點為零下100 ℃ 以下，該物質冷的時候是液體，但很容易被蒸發成氣體，反之亦然。在實際運行中，空氣源熱泵中傳熱工質的蒸發極限溫度為零下20 ℃ 左右，因此5 ℃ 的環境溫度對如此低的溫度也是“熱”的，甚至下雪的溫度，比如說0 ℃ ，相比之下也是熱的，因此，仍可交 換一些熱能。