互动科普

传统热水器，通过燃气、电等能源生成热能将水加热。而热泵热水器的原理则是，从空气中获得热能将水烧开。

热能由高温处向低温处传递。因此，当传递热能的物质（制冷剂）的温度低于外界温度时，制冷剂就可以从空气中吸收热量。以标准的热泵热水器为例，当室外温度为15℃时，5℃的制冷剂可被加热到10℃。

从空气中吸收了热量的制冷剂进入压缩机，温度会升高至130℃。这个热量就可将15℃的水加热成90℃的热水。与单纯使用电将水加热的热水器相比，只消耗1/4左右的电能。此外，制冷剂从外界吸收热能，温度一般都设定为比外界低10℃左右，所以即使在严冬或者是寒冷地带也可以制出热水。

而这种热水器之所以能够实现，是得益于压缩机技术的进步，以及将“二氧化碳（CO₂）”作为制冷剂使用的技术的进步。与空调等家用电器使用的制冷剂（氟利昂替代品）相比，CO₂即使被施以高压也能以气体或超临界的状态存在，并达到非常高的温度，因此，非常适合做热水器的制冷剂。

消耗等量的电能，热泵热水器最多可得到4倍于传统热水器的热水。其工作效率之高，现在尚无能出其右者。估计今后这种热泵热水器将会普及。

热泵热水器的系统

图解为热泵热水器。这种热水器由制出热水的热泵主机（左）和储存热水的保温水箱（右）组成。1.通过膨胀阀使CO₂膨胀，从而使其温度降至5℃。2.通过（空气）热交换器将空气中的热能传递给CO₂，使CO₂温度达到10℃。3.在压缩机中压缩CO₂，使其升温至130℃。4.使CO₂和水分别通过（水）热交换器，利用CO₂的热量将水加热。CO₂中的热量被水吸收，因而温度降至20℃，之后再次通过膨胀阀膨胀，温度变为5℃。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）