热泵如何为空调、干衣机等家电带来稳定、节能的热量转移效果？

水往低处走，热从高温物体传递至低温物体，这是两类自然规律，不过我们总是对自身生活的环境有着更高的要求：住在高处的人一样需要用水，夏季相较室外温度更低的室内依然需要使用空调来变得更凉爽舒适。类比水泵将低位的水提升至高处，增加其势能，热泵就是一种通过消耗其他能量，将低温物体的热转移到高温物体上的装置。在家电中我们最常见的应用热泵的产品就是空调、冰箱，与一部分衣物烘干机。

干衣机中的热泵

在有关新风机的文章中我们粗略提到过空调的原理，这里应该展开讲一下。空调或者说制冷系统就是一种形式的热泵，主要由四部分组成：蒸发器、压缩机、冷凝器与节流阀，其中最主要的耗能与做功部件就是压缩机，这也是实现热泵的核心之一，另一个核心是制冷剂，也可称为冷媒、雪种，制冷剂需要满足多种标准苛刻的物理特性来支撑其功能，也正因如此运用的种类相当之少，同时其中一些还因对环境有不良影响被禁用(如氟利昂)。

制冷剂的苛刻性质要求，摘自百度百科

它的大致工作过程为：低温低压的液态制冷剂经过蒸发器从较高温的热源(如室内空气)中吸热，气化成为低压蒸汽，随后气态制冷剂经过压缩机压缩成为高温高压蒸汽，此处是主要消耗电力等能量的步骤。高温高压的气态制冷剂经过冷凝器，放热凝结成高压液体，最后经节流阀等装置节流成低温低压的液态制冷剂，完成一次制冷循环。这就是空调与冰箱等制冷电器的工作原理。

将这一过程的顺序通过换向装置稍微调整一下，就能成为运用在变频空调、干衣机等家电中的制热循环，区别在于究竟是吸热部分还是放热部分与环境连通。例如热泵式干衣机就是低温低压的液态制冷剂经过蒸发器从较高温的热源(空气)中吸热，成为低压蒸汽，通过压缩机加压成为高温高压气态制冷剂，再进入冷凝器冷凝液化放出热量进入环境，再以低温液态进入节流阀等装置成为低温低压的液态，完成一次循环。

到这里想必有人会觉得疑惑：从环境中将热量吸走是需要通过热泵来进行的复杂过程，但在环境中产生热量不应该再简单不过了吗？这一点无法否认，例如将电转化为热是相当简单的，但不代表其一定具有较高的效率，同时电热也相对危险而难以控制其幅度。而热泵的本质在于就地取材，从较低温度的环境介质(水、空气、土壤等)中通过压缩做功(机械功)提升多达4倍左右于能耗的热量至高温物体，因此实现了更低的能耗、更高的制冷/制热效率。实质上，热泵与利用高温热源的能量产生机械功的热机相反，采用的是逆卡诺循环的基本原理。

逆卡诺循环原理图示

说到逆卡诺循环，其实还能拓展至卡诺循环，法国工程师萨迪卡诺，英国工程师威廉汤姆森(开尔文勋爵)等人，和与他们有关的更多热力学知识，不过我们作为普通的消费者可以浅尝辄止，只需要对这些人类智慧的结晶有着基本的概念即可。

具体到热泵装置在家电的应用方面，显而易见空调冰箱等主要制冷家电必定需要热泵的帮助，但一些以制热为主的环境电器、干衣机等家电产品也有因为各种原因选择了制造成本较低、应用门槛较低的其他制热手段，也有应小型化、集成化需要不得不放弃热泵技术的产品，例如市面上就大部分洗烘一体机就以电热+冷凝式实现烘干功能，仅有少量高端产品集成热泵装置，但价格往往十分高昂，且性能需要向集成度妥协。