傳遞科技背后的思考
天氣越來越冷了，身處北方的電動(dòng)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(dòng)汽車?yán)锒冗^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(hù)膝的；有自制充電寶和逆變器給暖風(fēng)供電的，有買柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供暖的，就差在車?yán)锓艂€(gè)燒煤的爐子了！
就在大家面對寒冬一臉茫然的時(shí)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(dòng)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(gè)使用的；
貌似很神奇，把熱量從寒冷的車外偷進(jìn)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(gè)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(diǎn)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(xué)過的熱力學(xué)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(shí)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(gè)大家都能夠理解的現(xiàn)象，如下圖：
我們在燒水的時(shí)候（左側(cè)），水壺里的水吸收了熱量，達(dá)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(gè)大氣壓下沸點(diǎn)是100度，所以我們假設(shè)現(xiàn)在是在一個(gè)大氣壓下。
接著我們用一個(gè)管子把水蒸氣都送到右側(cè)，假設(shè)這個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)大家燒水的時(shí)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(dāng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。所以，水在山上的沸點(diǎn)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(gè)現(xiàn)象也很好理解，因?yàn)闅鈮旱土?，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(gè)大氣壓。還是假設(shè)這個(gè)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(fù)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(gè)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(xué)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)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(gè)環(huán)境的大氣壓力足夠小。
然而，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，我們做不出這么長的管子。而且水的沸點(diǎn)也太高了。
但是上面的實(shí)驗(yàn)，核心是左右兩側(cè)的壓力不一樣，導(dǎo)致了水蒸氣在兩側(cè)沸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)沸點(diǎn)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(yùn)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(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，有兩個(gè)管道區(qū)域：一個(gè)低壓管道，并把它放到低溫區(qū)域，另一個(gè)是高壓管道，并把它放到高溫區(qū)域。
然后讓制冷劑在這個(gè)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(jìn)入高壓區(qū)，在高壓區(qū)放熱冷凝，然后重新通過減壓閥進(jìn)入低壓區(qū)繼續(xù)吸熱。
周而復(fù)始，往復(fù)不斷，熱量就這樣從低溫區(qū)進(jìn)入了高溫區(qū)。
不管是空調(diào)制冷，還是熱泵供暖，都是這個(gè)原理。
加壓和循環(huán)，都需要消耗電能，消耗的電能少，搬運(yùn)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。
補(bǔ)充：這里說的有些模糊，應(yīng)該說只要不是很冷，熱泵工作的電能，如果按現(xiàn)有技術(shù)直接轉(zhuǎn)化為熱能，是要小于熱泵從外界吸收到的熱能！
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(gè)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(fēng)、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(gè)產(chǎn)業(yè)是不是價(jià)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(jī)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(gè)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！
