能量守恒 | 为啥用空气源热泵采暖比直接电采暖省70%电费？
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“空气源热泵比直接电采暖节能70%”，“空气源热泵输入1份电平均得到4份的热量”，这些常识在我们行业内可谓耳熟能详了。但是在市场推广中，还是会有消费者质疑：“那能量守恒定律咋看”、“啥守恒啊？推翻了呗，我们这砖家就比国外的牛逼”。
空气源热泵在现在的“煤改电”市场已经获得大量的应用。动辄超过30万平方米的集中供暖案例，已经屡见不鲜。但是当我们把推广的触角伸到普通老百姓面前时，还是免不了要把这个说清楚：空气源热泵难道可以不符合能量守恒定律吗？那么，空气源热泵究竟是节能环保家电，还是伪科学的产物？
热泵实质上是热量“搬运”装置
“能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。”这就是中学物理课本中的“能量守恒定律”，它也是自然科学中最基本的定律之一。
在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象。
空气源热泵的四大部件包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀。通过让“冷媒”（家用空调也需要冷媒）不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。
空气源热泵工作原理动图
空气源热泵在工作时，首先是输入1份电能，驱动压缩机做功（这部分电能最终还要转化为热能），然后从外界环境温度中再吸收大量的热能，通过冷媒循环系统在冷凝器中进行放热。正是由于“能量守恒定律”的存在，输入压缩机的这1份电能总是能转化成为1份热能，而从外界环境中吸取的大量热能就成了额外的收获啦。
也就是说，真正把水加热的主要力量，不是输入的那1份电能，而是空气中免费的“热量”。这个免费的热量能有多少呢？一般来说，夏天要更高一些，一份电能大概能带来5份热能，而冬天就会差一些，1份电能大概带来2~3份热能。
-25℃以上，都能正常制热
众所周知，空气源热泵能够提升和搬运热量的核心部件之一就是压缩机。用于北方采暖的热泵所搭载的压缩机都必备一个功能，就是“涡旋强热技术”。其原理与汽车的涡轮增压发动机类似，通过增加一个吸气回路，将以往压缩机只有一次的压缩过程升级为两次。可增加20%的冷媒循环量，显著提升制热能力和效率。
最新的喷气增焓和变频空气源热泵能够在-30℃极寒天气下稳定制热，出水温度可达50°C以上，满足暖气片、地暖、生活热水、风机盘管等多重制热应用。这样，就算是极端低温，热泵主机产生的热量还是“1份输入的电能+超过1份的外界环境温度吸取的热量”，因此，比单纯的用电加热节能多啦。
可以参见上图，最新型的谷轮变频空气源热泵压缩机具有更宽广的低温制热运行范围。在-30℃的环境温度时，依然可以稳定输出50℃以上，而不需要借助电加热。这也说明了，空气源热泵完全能够在冬季低温情况下正常制热，以供给生活热水或者采暖。
同是用电，热泵比纯电暖气省70%！
直接电加热是能量的转化，即输入一份电能转化为一份热能——实际上并不能百分之百转化，大概95%左右吧。而输入空气源热泵主要进行的是能量的转移——1份电能驱动系统从空气中转移了多达5份的热能。谁费电谁省电，也就一目了然啦。
以河北、山东多地的多个空气源热泵小区集中采暖的投资项目来看，在电费在0.5元/度左右的时候，单个采暖季项目运行费用普遍在13.5元~16.5元/㎡之间。而市政供暖的收费则普遍在22元~26元/㎡。其节能性一目了然。
下面，我们可以用一个北京煤改电真实案例来说明——
2016.11.15~2017.3.22，北京市通州区永乐店镇老槐庄，某户供暖面积为120㎡的农户，末端为暖气片。该农户一冬天耗电量为总7193度，其中峰电3848度，谷电3345度。按照峰段电价0.483元/度，谷段电价0.1元/度来算，总费用支出为2193元。
不同采暖方式经济性对比
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类别 |
单价 |
总供热量 |
总用量 |
热效率 |
总费用 |
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空气源热泵 |
峰0.483元/度 |
20860KW·h |
总7193度 峰3848度 谷3345度 |
290% |
2193元 |
|
电采暖 |
20860 KW·h |
总20860度 峰11159度 |
95% |
7370元 |
分析上表可知，电价补贴后空气源热泵采暖单位供暖费约为18.3元/㎡，其效率高达290%，与燃煤采暖费用相当甚至是略低，相比纯电采暖节省70%的电费。
结论：空气源热泵是煤改电首选
综上所述，从理论上到实际案例，都可以充分说明：空气源热泵是科学的产物，适应性广，理论上—35℃以上环境皆可用。在平均气温为—5℃的环境温度下，每耗一度电，可产生3度电以上的热量，节能效益达到75%，而在—15℃的环境下，消耗1度电，也可产生2度电以上的热量，与电辐热相比的节能效益达到70%。冬季季节综合能源利用率≥3.0，远高于电直接供暖。
国家提倡“宜电则电，宜气则气”！有关部门应该正确认识我国的能源现状，合理发展“煤改气”，不搞“大跃进”，不要给老百姓造成“煤禁了，气却没有来”的供暖困境。同时，在“煤改电”推行中，吸取北京经过多年试点走出的技术路线，认定以空气源热泵为主的科学路线方针，从而更完美的完成“减煤换煤，清洁空气”的行动计划！既要蓝天白云，又要温暖过冬！
版权：文中视频和配图由清华同方、芬尼、中誉、伊蕾科斯分别提供。第三部分的论述，为谷轮压缩机的相关资料，第四部分所举的案例数据由英华特提供，特此致谢。