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热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。
通常用于热泵装置的低温热源改是我们周围的介质——空气、河水、海水，或者是从工业生产设备中排出助工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的；在小型空调器中，为了充分发挥它的效能，在夏季空调降温或在冬季取暖，都是使用同一套设备来完成的。在冬季取暖时，将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。
在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀(又称四通阀)进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器(作冷凝器用)，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器(作蒸发器用)，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气(或循环水)中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。
从低温热源(室外空气或循环水，其温度均高于蒸发温度to)中取得q。kcal/h的热量，消耗了机械功alkcal/h，而向高温热源(室内取暖系统)供应了qlkcal/h的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的，即q1=q0十alkcal/h如果不用热泵装置，而用机械功所转变成的热量(或用电能直接加热高温热源，则所得的热量为alkcal/h，
而用热泵装置后，高温热源(取暖系统)多获得了热量：q1—al=q0，kcal/h此一热量是从低温热源取得的，如果不用热泵装置，就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料，又可利用余热。
热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。若热泵与热机具有两个相同的热源温度，则热机循环的热效率η=al╱q1；热机循环的能量指标----热量转换系数φ=q1╱al，故φ=1╱η。η值总是小于1的，故φ值是大于1的。若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度，则它们之间的关系为：φ=q1╱al=q0+al╱al=ε+1，ε是制冷机的制冷系数。由此可看出，热量转换系数的最小值是吁=1，在此极限情况下q。=o，即没有从低温热源吸取热量。
作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。
但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。
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（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。
在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复
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