国家科技进步奖 | 用一份电 聚N份热,空气源热泵技术引领清洁能源高效供应

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图说:空气源热泵多品位热能高效供应关键技术与应用-山东省沂南县沂南制药蒸汽供应项目 受访者供图(下同)
热泵技术仅消耗一份的电,却能从水源、地源、空气源、余热等低温环境热源中额外吸收搬运3份的热,实现4倍于电加热的供热能力。上海交通大学王如竹教授团队历时20年攻关技术瓶颈和应用现实难题,形成了热能品位广、供热效率高、应用范围宽的“空气源热泵多品位高效供热系列关键技术”,实现了空气源热泵高效加热供应热水、采暖以及工业蒸汽,助力我国低碳可持续发展。该项目获得国家科技进步奖二等奖。
即开即热低功耗供暖
在上海交大中意绿色能源楼,顶层的两室一厅冬暖夏凉。特别是在冬天,墙角的铜管小风口吹出温润的热风,室内宛如“温室”。这一绿色“样板房”正是应用了空气源热泵热水器和小温差换热末端技术。
以空气源热泵循环系统和蓄热水箱组成的空气源热泵热水器可以通过热泵利用空气作为低温热源来制取生活热水,该系统全年的运行平均供热性能系数COP值可达到4.0,是传统的电加热热水器用电量的1/4。
空气源热泵结合小温差换热末端技术则将换热设备中的管道设计如同“细密血管”,大增加了与外界“交流”的表面积,显著提升单位体积的换热能力,让整个热泵系统的供热水温度需求降低,较传统的45度热水供热,仅需35度热水就可以为全屋供暖,同时使得热泵制热效率提高近30%。
基于小温差换热风机盘管的空气源热泵水系统供暖不仅能实现“即开即热,快速升温”,而且使得室内湿度得以保持,避免“燥热”。而在夏季制冷时,通过加大风量,循环冷媒的温度在12-15℃便能轻松达到制冷要求,且无强力送风的不适感和噪声干扰。
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图说:空气源热泵多品位热能高效供应关键技术与应用-诺通科技的水蒸气压缩机产品
重塑北方极寒地带供暖
空气源热泵供暖不仅为南方地区带来了舒适绿色的供暖方式,项目团队还研发了气液混合喷射压缩技术,使得空气源热泵在-35℃的北方极寒低温环境也能稳定高效运行。这项技术巧妙地将制冷剂蒸气与液体同时注入压缩机,不仅显著降低了压缩机排气温度,而且也提高了热泵的制热效率,还确保了空气源热泵供热水温度能够满足多样化的采暖需求。
该技术在北京鸟巢场馆的采暖项目确保了赛事的舒适环境,为全国的绿色能源转型树立了标杆;在素有“中国北极村”之称的漠河,低环温空气源热泵直面-40度到-30度的极端低温挑战,稳定供热保障了20℃的室内温度,有力证明了空气源热泵在超低温环境下的可靠性和高效性。
工业供热新方案
针对100-150℃的工业供热及供蒸汽需求,项目团队创新提出了空气源大温升复叠热泵技术,将常温水高效加热至80度中温或者甚至被加热到90-120度。团队首创空气源大温升复叠热泵蒸汽发生系统,最高输出温度可达到150℃,制热性能系数达到1.85,电耗仅为电锅炉的一半。
该系统为工业热能的高效供应开辟了新途径。为促进该技术的推广和应用,团队还制定了我国第一本工业热泵发展白皮书,为工业热泵的未来发展提供了重要的指导和参考。
新民晚报记者 易蓉