關(guān)注「黑洞科技觀察」
傳遞科技背后的思考
天氣越來越冷了，身處北方的電動汽車車主們又開始了八仙過海，各顯神通。小伙伴們都在思考如何在電動汽車里度過漫長的寒冬。
面對開空調(diào)續(xù)航減半的抓狂狀況，大家創(chuàng)意不斷。有買USB加熱護膝的；有自制充電寶和逆變器給暖風供電的，有買柴油發(fā)動機供暖的，就差在車里放個燒煤的爐子了！
就在大家面對寒冬一臉茫然的時候，天空中傳來特斯拉Model Y的一聲吼：我有熱泵，跟我來！
一瞬間車主們沸騰了，有人高呼終于盼來了大救星；有人扼腕嘆息Model 3買早了（新款已經(jīng)搭載了熱泵）；有行動派開始對比測試并得出熱泵比傳統(tǒng)PTC加熱效率高3倍的結(jié)論；有人冷靜的指出特斯拉不是創(chuàng)新，熱泵不是新鮮事物，特斯拉也不是第一個使用的；
貌似很神奇，把熱量從寒冷的車外偷進溫暖的車內(nèi)？這好像和銀行一樣，通過儲蓄把錢從窮人手里收上來，然后再貸給有錢人。
今天我就和讀者們一起看看，這個熱泵有多神奇，它到底是怎么泵的？
泵和熱泵熱泵也是泵，首先我們要搞清楚什么是泵。
泵本質(zhì)上是通過做功來提高流體的位能，這說的好像有點兒太繞了。
說白話就是把水從低處抽到高處。呼，說人話的感覺真好，這就是科普的樂趣！
所以泵本質(zhì)上是逆勢而為的東西，既然是逆勢，就得消耗能量。
熱泵，也是逆勢而為，它逆的是什么勢呢？
高中學過的熱力學第二定律表明：熱量可以從高溫物體傳到低溫物體，但不能 “自發(fā)的” 從低溫物體傳到高溫物體。
所以，熱泵就是要通過外力，將熱量從車外低溫區(qū)域傳遞到車內(nèi)高溫區(qū)域！
熱泵的原理知道了熱泵是干啥的，還得知道它是怎么干的。
說實話頭條上有不少文章說熱泵，但是大多是用特斯拉的示意圖、八爪魚閥，還有一些空調(diào)領(lǐng)域的圖來解釋，不能說不好，但始終不夠直觀。
接下來我就嘗試用最簡單的道理來說一說熱泵的工作原理。
我們先看一個大家都能夠理解的現(xiàn)象，如下圖：
我們在燒水的時候（左側(cè)），水壺里的水吸收了熱量，達到100度，水就沸騰了，開始產(chǎn)生水蒸氣。大家都知道，水在一個大氣壓下沸點是100度，所以我們假設(shè)現(xiàn)在是在一個大氣壓下。
接著我們用一個管子把水蒸氣都送到右側(cè)，假設(shè)這個傳輸過程熱量不損失。那么100度的水蒸氣到了右側(cè)，由于沒有了熱源，開始冷凝，重新變成水珠。這個過程也把熱量釋放出來，溫度逐漸變低，假設(shè)降低到90度。
大家看到了吧，在一個大氣壓下，我們通過水蒸氣把熱量從左側(cè)100度區(qū)域傳遞到了右側(cè)90度區(qū)域。溫度從高到低，這貌似可以理解，平時大家燒水的時候也是這樣的現(xiàn)象。
接下來我們要看神奇的現(xiàn)象了，假設(shè)我們把左側(cè)的燒水壺拿到了喜馬拉雅主峰上。呃，我們就當是請王石幫我們帶上去的吧。
喜馬拉雅主峰8000多米，差不多0.41個標準大氣壓。所以，水在山上的沸點變低了，什么意思呢，就是說燒到77度，水就沸騰了，溫度不會再高了。產(chǎn)生這個現(xiàn)象也很好理解，因為氣壓低了，所以大氣對水表面的壓力小了，這樣水分子更容易變成蒸氣飄走。
接下來我們還是用一根管子把水蒸氣傳輸出去，這一次不一樣了，這根管子很長，真的很長，直接把水蒸氣傳到了北京，北京可是一個大氣壓。還是假設(shè)這個過程中沒有熱量跑掉，管子質(zhì)量很好。水蒸氣又到了剛才的盆上方，重復和上面一樣的冷凝過程，同樣要釋放熱量，然后變成水，而水還是90度。
大家發(fā)現(xiàn)沒有，通過這個長長的管子，我們把熱量從77度的低溫區(qū)，傳遞到了90度的高溫區(qū)。
熱力學第二定律不是說沒有外力熱量不能從低溫物體傳給高溫物體么？
上面的實驗中外力是什么呢？秘密就在這根長長的管子，在喜馬拉雅山上，大氣壓是0.41，那水蒸氣肯定也是0.41，可是傳遞到北京，變成了1。這個過程就要不斷的在管子里給水蒸氣加壓，而加壓是要消耗能量的，也就是要有外力做功。
如果我們做一個足夠長的管子，就可以把水壺送到太空，在那里水可是在零下40度就能沸騰。也就是說，我們通過水能從零下的環(huán)境獲取熱量，前提是這個環(huán)境的大氣壓力足夠小。
然而，理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感，我們做不出這么長的管子。而且水的沸點也太高了。
但是上面的實驗，核心是左右兩側(cè)的壓力不一樣，導致了水蒸氣在兩側(cè)沸點不同。
那我們只要找到一種物質(zhì)，在壓力變化不那么大的情況下，就能實現(xiàn)沸點變化很大，這樣不就很容易從低溫區(qū)域獲取能量了么。
幸運的是，有這種物質(zhì)，這就是制冷劑、也叫冷媒，有些地方也叫冰種，反正就是空調(diào)里面最基本的東西。
我們只要構(gòu)建一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，有兩個管道區(qū)域：一個低壓管道，并把它放到低溫區(qū)域，另一個是高壓管道，并把它放到高溫區(qū)域。
然后讓制冷劑在這個系統(tǒng)中從低壓管道向高壓管道循環(huán)，制冷劑在低壓區(qū)很容易就吸熱沸騰，變成蒸汽，然后加壓進入高壓區(qū)，在高壓區(qū)放熱冷凝，然后重新通過減壓閥進入低壓區(qū)繼續(xù)吸熱。
周而復始，往復不斷，熱量就這樣從低溫區(qū)進入了高溫區(qū)。
不管是空調(diào)制冷，還是熱泵供暖，都是這個原理。
加壓和循環(huán)，都需要消耗電能，消耗的電能少，搬運的熱量多，熱泵的效率就好。
可以肯定的說，只要不是很冷，熱泵的效率是大于100%的，而PTC電加熱的方式，效率是小于100%的。
所以，只要熱泵的綜合成本足夠低，它就比PTC好！
熱泵的產(chǎn)業(yè)特斯拉是一個奇怪的現(xiàn)象，它和蘋果一樣，能引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)走向。
盡管在特斯拉之前，日產(chǎn)聆風、雷諾ZOE、寶馬i3、豐田普銳斯、捷豹I-PACE、奧迪E-tron，以及部分大眾e-Golf都使用了熱泵，包括上汽、蔚來ES6、長安CS75 PHEV也都用了熱泵。
可只有特斯拉用了，熱泵才受重視，甚至很多人開始琢磨熱泵這個產(chǎn)業(yè)是不是價值洼地。
通過上面的分析，我們就能看出，這和傳統(tǒng)的空調(diào)沒啥差別，壓縮機是核心，想要節(jié)能就再加上變頻，想要車用就再小型化，真的沒有其他的了。
國內(nèi)熱泵的生產(chǎn)廠家很多，但是用于汽車的可能不多，畢竟之前的市場太小。奧特佳、三花智控、銀輪、空調(diào)國際、華域三電都有熱泵，像三花智控，已經(jīng)成立了針對新能源汽車的三花能源。
特斯拉帶火熱泵，短期空調(diào)廠家能獲利，但從長期看，有市場就會有競爭，這是一個充分競爭的行業(yè)，沒有黑科技能夠讓大家形成技術(shù)壟斷。
所以，最終市場一定趨于平常！
