热泵将在一个必须迅速减少碳排放量同时降低能源成本的世界中风靡一时。在建筑物中,它们将为人们必备的空间供暖和水加热做出贡献,并同时具备冷却功能。
热泵从外部提取热量,使用电动压缩机将其集中以提高温度,并将热量输送到需要的地方。事实上,在地球的另一端,数以百万计的澳大利亚家庭已经购买了用于制冷的冰箱和逆循环空调形式的热泵,从而节省了很多花销。甚至在俄罗斯限制天然气供应之前,许多身处寒冷的气候中的欧洲国家就推出了热泵。 现在,政府政策正在加速这一进程。 近年来天然气价格非常便宜的美国也加入了热潮,总统乔·拜登宣布热泵“对国防至关重要”,并下令提高产量。相比于传统风扇加热器或电热水,热泵可以节省约60-85%的能源成本。相较于天然气,热泵的加热成本仅是它的一半。热泵对气候也有好处。使用来自澳大利亚电网平均电力的热泵将相较于天然气减少约四分之一的排放,相较于传统风扇或面板加热器减少四分之三。如果高效热泵取代低效的天然气或目前尚没有发展完善的太阳能,则碳排放量将会大幅减少。随着零排放可再生电力取代煤炭和天然气发电,热泵与其它方式的差距正在慢慢扩大。传统电暖器和燃气暖器的最大效率为100%,且还会受冷空气影响。当今可用的热泵可实现300-600%的效率。也就是说,每消耗一单位电力,它们就会产生三到六个单位的热量。热泵还可以在冰冻条件下运行。
这不是魔术。举个例子,冰箱是一个小型热泵。冰箱内部是一个称为蒸发器的冷板。它从温暖的食物和其他来源吸收热量,因为热量会自然地从较热的物体流向较冷的物体。冰箱下方的电动机驱动压缩机,将热量集中到更高的温度,然后流入厨房。发生这种情况时,冰箱的侧面和背面会变热, 所以冰箱会在加热厨房温度的同时冷却食物。热泵遵循热力学定律,理论上可以以200%到1,000%以上的效率运行。但是温差越大,热泵的效率就越低。如果热泵需要从环境中吸取热量,那它如何在寒冷的天气中工作呢?让我们回到冰箱的例子,冰箱在将热量流入厨房的同时保持冷冻室冷藏,此刻,物理定律在起作用。我们所经历的低温实际上也是相当热的:这一切都是相对的。政府正在逐步使用此气候区标签以取代逆循环空调上的旧星级标签。不幸的是,分阶段实施的速度很慢,因此许多产品仍然没有表现出与气候相关的性能差异。
太空的温度被称为绝对零。因此,相对于外太空而言,0℃(水结冰的温度),甚至是一般的冷冻温度-18℃,实际上是相当热的。热泵在寒冷天气中的主要问题是,当空气中的水蒸气冷却并凝结导致结冰时,它的热交换器上会形成冰。结成的冰阻碍了通常为热泵提供“热”空气的气流,这也是热泵以后可以更新升级的问题。
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