近期，雷军发微博祝贺热泵技术入选了《麻省理工科技评论》评选的“2024年十大突破技术”。那么热泵技术究竟是什么，又凭什么入选“2024年十大突破技术”呢？

  水往低处流，水泵是将水由低处送往高处的机器。热量可以自发由高温物体传向低温物体，而热泵则是消耗少量电能将热量由低温度的环境搬运到高温环境的装置。由于热泵只是热量的搬运工，它用一度电搬运的热量远比用一度电驱动电加热PTC产生的热量多，因此更高效节能。

  热泵技术并不是一项新技术，它的工作原理本质上和空调（压缩式制冷机）一致，你可以简单地把热泵理解为“空调反装”。热泵与空调一样都有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器这四个主要零部件组成，利用制冷剂的物态变化搬运热量，制冷剂由气态变液态会散发热量，而由液态变气态则会吸热。

  在制冷模式下，压缩机将低温低压气态制冷剂，压缩为高温度高压力的气态制冷剂，经过冷凝器释放热量后变成高压液态制冷剂，通过膨胀阀又变成低压液态制冷剂，在蒸发器中吸收车内空气中的热量，变成低温低压气态制冷剂回到压缩机中。蒸发器吸热造成的局部空气的低温，通过鼓风机将冷风吹入乘座室内，这就是冷空调的原理。

  在制热模式下，利用“四通换向阀”让制冷剂反向流动，压缩机将低温低压气态制冷剂压缩成高压高温气态制冷剂，在车内冷凝器液化成高压液体，同时释放大量的热，完成“逆卡诺循环”。

  热泵在制热过程中不是像电暖器那样靠电阻发热加温空气，而是用电能利用压缩机和冷凝器改变制冷剂的气液相，通过制冷剂的相变积蓄潜热，然后随着制冷剂的流动将热量搬运到车内。

  根据卡诺的计算，假设室外7度，热泵出口温度45度，完美的热泵最大制热能效比COP=8.37。也就是花1度电可以搬运8.37度电的热量回来。当然真实的情况下能效比COP受材料、技术的限制，目前水冷热泵的热力学完善度约在30%-60%之间，所以热泵空调消耗1度电能够获得4度电的热量比电加热器更省电。

  蓄电池在低温度的环境下，充放电能力会严重降低，这是纯电汽车在冬季面临的最严重的问题。热泵技术是解决纯电动汽车冬季续行里程变短的有效方案。冬季使用热泵空调制热，与使用PTC制热相比，可降低60%的能耗，增加约25％左右的续行里程。

  当然真正的热泵空调不单需要加热或制冷驾驶室，还要捕获驱动电机、车载充电器、电池组和逆变器散发的废热，天冷时还需要维持电池仓的温度，同时还需要应付室外温度过低（低于零下30°）等复杂情况，因此真实的回路结构会复杂得多。

  热泵可通过电力高效冷却和加热空间。如今，许多建筑物仍然使用化石燃料供暖。改用由可再次生产的能源驱动的热泵能够在一定程度上帮助家庭、办公室和工业设施大幅度减少碳排放。近年来，为摆脱天然气依赖，欧洲建筑物中热泵安装量大幅增长。

  在亚洲，由于新技术的普及新型热泵能够给大家提供更高的温度，在食品、造纸等需要烘干、加热的工业制造领域中正在替代化石燃料的加温设备，从而让工业制造的过程更加清洁。

  根据乐观预测，到2030年，全球将安装约6亿台热泵，提供20%的建筑物供暖需求，这将减少5亿吨碳排放，相当于今天欧洲所有汽车的总排放量。

  目前，热泵仍然面临着巨大的挑战，包括提高产量和确保电网足够强大，能够为这些技术和其他应对气候问题的技术提供电力。但所有迹象都表明，热泵正在进入黄金时代。

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