熱力學定律
熱泵
熱泵(heat pump)和冷凍機是同一種裝置,只不過你在意的是溫暖的那一側、而非冰冷的那一側。它不是去冷卻室內,而是把熱從寒冷的戶外泵進舒適的室內來為建築供暖。這聽起來很反常——竟然從寒冷的冬季空氣中萃取溫暖——但即使是冷空氣也含有大量的熱能,熱泵只需用一份不多的電功,就能把那些能量鏟進你想要的室內。
在一個循環中,熱泵從寒冷的戶外吸收熱 Q_c,加上來自電力的功 W,再把 Q_h = Q_c + W 送進溫暖的房子。它的評定指標是供暖性能係數 COP = Q_h / W:你每付出一焦耳的功,能送進室內多少熱。因為 Q_h = Q_c + W 永遠大於單獨的 W,這個 COP 大於 1——熱泵送進你家的熱能,比它消耗的電能還多,這是任何普通電熱器都辦不到的。
這正是熱泵的超能力,也是它在高效供暖中居於核心地位的原因:電阻式電暖器把 100 焦耳的電變成 100 焦耳的熱,但熱泵能送出 300 焦耳甚至更多,因為其中大部分的熱是從戶外空氣「免費」舀來的、而非製造出來的。誠實的提醒是:當戶外溫度下降、與室內目標的差距拉大時,COP 會下滑,所以熱泵在最冷的日子最吃力、也最沒效率。
一台熱泵用 W = 100 焦耳的電,從寒冷的戶外空氣汲取 Q_c = 250 焦耳,並送進室內 Q_h = Q_c + W = 350 焦耳。它的供暖 COP = Q_h / W = 350 / 100 = 3.5,也就是用同樣的電,供應的熱是普通電暖器的 3.5 倍。
熱泵藉由從戶外引入熱,送進室內的熱比它所用的電還多。
熱泵輸出超過 100% 並不違反能量守恆:多出來的能量不是被創造出來的,而是從戶外空氣搬進來的,所以第一定律完全被滿足。
又称
另见