制冷機燙傷了他的手，他卻收穫了「地暖小屋」

羅伯特?韋伯的想法並不是一時的心血來潮，而是有著深厚的科學積澱。

每到冬天，我們南方人就異常羨慕北方有暖氣這種操作，可是在20世紀50年代，地源熱泵還處於孕育之中，更別說中國北方了。只有美國發明家羅伯特?韋伯幸運地住上了「地暖小屋」，這簡直就是超級奢侈的享受啊。那麼，他憑什麼這麼早就能住上「地暖小屋」呢？

源於意外的靈感

1948年的一天，美國發明家羅伯特?韋伯(Robert.C.Webber,1911～1984)在動手改進他家的冰箱時，發現冰箱工作的時候兩側板是熱的，不小心還燙傷了手。

地源熱泵（圖片來源：news.17house.com）

其實，這是一種正常的現象。冰箱就是一種制冷機，其中，壓縮機的冷凝器分布在電冰箱的兩個側邊，當冰箱工作的時候，壓縮機排出的高溫製冷劑氣體需要通過冷凝器進行散熱，因此兩側板就會出現發熱的現象。他是在觸摸冷卻系統的出口管道時燙傷的，這也說明冰箱在製冷的同時還要排出很多的熱量。

羅伯特?韋伯（網路圖）

疼痛之餘，羅伯特?韋伯想到的是，能不能把機械裝置倒過來，把這部分熱量利用起來，這樣制冷機不就變制熱機了嗎！

讓廢熱變成熱源

其實，羅伯特?韋伯的想法並不是一時的心血來潮，而是有著深厚的科學積澱。

早在1929年，羅伯特?韋伯就從事製冷方面的安裝服務工作。後來，他還為當時最大的冷藏捕魚船安裝了機械冷凍系統，並參加了該船的首航任務。

1932年，羅伯特?韋伯任職於印第安納波利斯電力照明公司，承擔一項冰櫃製造項目，這也是他走上地源熱泵發明之路的開始，工作過程中，他發現，冰櫃壓縮機產生的廢熱溫度高達84℃，白白浪費掉是十分可惜的。

就用自家的4台製冷器進行試驗，把4台製冷器產生的廢熱通入水箱之中，然後把加熱的熱水通過管道來提供熱源，沒想到第一次實驗就成功了。

韋伯的「地暖小屋」

小試成功之後，羅伯特?韋伯逐漸完善了關於地源熱泵的構想，進一步拓展了熱泵的功能，使其既能供暖又能製冷。有了這些準備，自然要行動起來。

地源熱泵示意圖（圖片來源：diyuanrebengkt.blog.163.com）

羅伯特?韋伯就在自家後院中安裝了一套這樣的裝置。地下挖深15.24米，埋設了長121.92米直徑19.05毫米的銅管，在地下室安裝了一個3馬力的機組。據悉，這套裝置可使其居室溫度維持在24℃左右。

地源熱泵百年之路

羅伯特?韋伯是第一個通過逆向使用製冷器來為房間供暖的科學家，也是現代地源熱泵的先鋒人物。

科學家提出地源熱泵的概念，已經有一百年多年的歷史了。1912年，瑞士工程師海因里希?佐伊利(Heinrich?Zoelly，1862-1937)申請了一份專利報告，其中提出了「地源熱泵」的概念。

所謂熱泵，是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置。顧名思義，「熱泵」就是能把外界空氣（或循環水）中的熱量「泵」入溫度較高的室內裝置。

瑞士工程師海因里希?佐伊利（圖片來源：translate.sogoucdn.com）

羅伯特?韋伯的地源熱泵，是一種基於製冷劑的閉環地熱系統。在該系統中，製冷劑通過銅管直接與土壤交換熱量，因此又被稱為直接交換熱泵。在加熱模式下，製冷劑吸收熱量並從液體變為氣體(蒸發)；在冷卻模式下，製冷劑放出熱量並從氣體變為液體(冷凝)。

20世紀80年代，地源熱泵技術趨於成熟。如今，已獲得了蓬勃發展，並被認為是一種重要的節能裝置。通常，地源熱泵消耗1kWh的能量，可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。這是熱泵的優勢所在，是電流的熱效應所望塵莫及的。

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參考文獻

【1】Tingsheng Xu（譯）.《歷史回眸之四:1948羅伯特C.韋伯(Robert .C.Webber) 現代地源熱泵先鋒》，中國建設信息供熱製冷，2008年10期。

【2】謝娟 林元華 周瑩 胡文成 等.《能量轉換材料與器件》，科學出版社，2013年版。

作者：肖溪樹

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