火是人類誕生之母，熱為人類生存所依。從原始社會到現(xiàn)代社會，時間尺度長達百萬年，熱能實際上一直是人類需求和實際消費的第一大能源類型。熱能作為人類第一能源的狀況今后也不大可能改變，因此，研究熱能的經濟轉換和利用，是一個極其重要的課題。

近一百年來，隨著多勃羅奧夫斯基電力系統(tǒng)的發(fā)明和推廣，產生了以社會化電力供應為基礎的現(xiàn)代文明。其間，一種值得檢討的技術及其產品也迅速蔓延開了，這就是令人痛快一時的電熱技術。今天，電爐、電窯、電干燥器、電烤箱等工業(yè)電熱設備，電取暖器、電飯煲、電熱水器等家用電熱裝置，已經充斥于社會生產生活的眾多熱能消費領域。它們以等于或者略小于1的似乎過得去的效率，將高品位的電能轉化為低品位的熱能供消費。這些大大小小的電老虎，消耗著市售電能總量的50%以上的份額，能源和環(huán)境載荷因而至少增加了1÷(0.5+0.5÷4)-1=60%。

今天，能源危機和環(huán)境危機的警鐘已經一再敲響，能源浪費已經難以為續(xù)了。為探討這一主題并尋求解決之道，熱泵技術是一種具有驚人的節(jié)能潛力的好技術，但就是因為它太好了，以致于令人難以置信而被擱置得太久。它在理論上和概念上也太深奧了，以致于能夠理解的人不多，甚至有許多人還誤以為它是屬于第二類永動機的技術妄想。它在現(xiàn)實的經濟生活中也太超前了，以致于在能源極其廉價的年代里很難找到需求。在歷史的、文化的、經濟的和配套技術方面的阻礙因素的制約下，熱泵技術雖歷經百年，卻一直未能得到普遍應用。這在大部分實用技術均能得到快速傳播和應用的上個世紀中，是一種罕見的特例。其中的教訓也很值得探討和總結。

50年前，蘇聯(lián)工程師設計了一種可以“泵熱”的機器，能從冰涼的莫斯科河中“泵取”熱量，我相信我當時崇拜的蘇聯(lián)工程師的設計一定正確，但卻無法理解其原理。

熱力學是在研究熱機理論模型的基礎上發(fā)展起來的，法國工程師卡諾和德國科學家克勞修斯等人為熱力學作出了奠基性的貢獻。熱力學的幾大定律，尤其是熱力學第二定律及其推論，引起了近現(xiàn)代物理學乃至數(shù)學、天文學、生物學和哲學的觀念變革。熱力學概念及其方法還是并稱現(xiàn)代科學三論之一的山農《信息論》的思想源泉。

熱泵技術是演繹熱力學的準平衡過程理論的結果。作為一種新能源技術，其理論上論證的變熱系數(shù)指標確實令人難以置信地高。這種指標放到當今的能源危機的大背景下來分析時，所凸現(xiàn)出來的價值特別地鼓舞人心。顯然，熱泵技術能夠大大地緩解當今世界的能源危機和環(huán)境危機，并且，人類要想克服能源危機和治理溫室氣體，也非要借助于熱泵技術不可。如前所述，痛快一時的電熱技術使能源和環(huán)境載荷增加60%以上，如能全部采用熱泵技術予以替代，相應減荷率將至少達到1-1÷1.6=37.5%。實際上，除了電爐、電窯可能以化學高溫熱源替代更合理以外，其余的絕大部分均能以熱泵替代。當然，對于那些科學素養(yǎng)較高但又恰恰不懂熱力學的人，他們一定會以為節(jié)能率達到75%～80%的熱泵指標不可思議，會以為是搞錯了或者是撒謊。他們更不會知道，經過改進以后，熱泵的節(jié)能率還可能達到90%，這就更神奇了。

熱泵技術的基本概念中，形式邏輯簡單但卻難于遞進理解并且容易產生悖謬的是變熱系數(shù)和能效比的概念。前者的定義是熱泵向高溫熱源釋放的熱量與泵熱過程的壓縮功之比，該比值與高低溫熱源的溫差成反比的性質意味著所泵熱量與壓縮功并不是等量的，并且可能被放大許多倍，這與功熱當量的概念似乎有表面上的矛盾。而能效比則是一項工程指標，通常以電能或電功率為輸入測度，以輸出熱量或熱流為效果測度，稱兩者之比為能效比。該比值是變熱系數(shù)的實現(xiàn)值，因而也容易產生理解上的困惑。

現(xiàn)有熱泵技術的能效比已經能夠達到4～5的水平，這相當于以1千瓦的電功率獲得4～5千瓦的熱功率。“相當”是指實際效果“相當”，這種實際效果產生了類似于有麥克斯韋妖精在操作的神奇。麥克斯韋妖精是一個導致熱力學悖論的統(tǒng)計操作命題，這樣的妖精因動力學缺陷而不可能存在。熱泵循環(huán)沒有動力學缺陷，它的狀態(tài)轉移過程是可準平衡解釋的實際過程，是可運行和可重復的過程。它的效果確實是神奇的，具有出人意料的倍乘效益，這正是熱泵技術的優(yōu)勢和魅力之所在。出人意料是因為人們頭腦中的觀念被電熱技術的經驗所禁錮而造成的?；疖噭偘l(fā)明時被稱為鐵馬，鐵馬比馬跑得快曾經令許多參觀者大驚失色，覺得不可思議。當人們理解和習慣了火車以后，就認為它比馬快幾倍是正常的了。鐵馬不是馬，機制不同因而速度差異大。同理，熱泵不是電熱絲，機制不同，發(fā)熱效果因而差若干倍也同樣地無需大驚小怪。在熱力學概念上，熱量和熱流是不能等同于熱能和熱功率的，否則將得出違反能量守恒定律的結論。

當熱力工程僅僅需要熱量和熱流時，它們與電熱技術轉換的熱能和熱功率等使用價值。因此，采用能效比為4～5的熱泵技術，可以節(jié)電75%～80%?？紤]到現(xiàn)代電網的熱能型消費的比例超過50%和其中約80%可以采用熱泵技術替代的事實，則普及熱泵技術的電網降荷率將超過30%～32%。這對于緩解能源危機和環(huán)境危機顯然具有特別巨大的意義。

熱泵系統(tǒng)的心臟是壓縮機，現(xiàn)有的熱泵壓縮機技術存在著效率偏低和成本偏高兩大技術性瓶頸，這影響了熱泵技術的普及。中國的熱泵研究和熱泵應用起步較晚，目前階段所用壓縮機幾乎全都依賴進口。進口壓縮機的價格問題更是突出，其效率指標也不理想。