苏黎世联邦理工学院和瑞士东部应用科学大学的研究人员开发出一种新颖的热泵解决方案。利用这种新方法，企业可以产生高达200摄氏度的无碳工艺热，同时大幅减少所需的热泵数量。

无论是生产食品、饮料、药品、金属或纸张，还是处理表面和纺织品，工业企业都需要工艺热来满足多种应用需求。其中大部分仍通过燃烧化石燃料产生。因此，工艺热在全球工业部门的温室气体(GHG)排放中占很大比例。在瑞士，工艺热约占温室气体总排放量的8%。

工业部门已经能够以环保的方式利用使用可再生能源的工业热泵产生高达200摄氏度的工艺热。然而，尽管具有这种潜力，热泵在工业环境中仍然并不常见。现有的型号往往是为特定工业应用和温度定制的昂贵结构。

现在，苏黎世联邦理工学院和瑞士东部应用技术大学的研究人员开发出一种解决方案，使热泵能够以低廉且灵活的方式产生高达200摄氏度的热量。这比市面上现有的解决方案更符合该行业的需求，这就是为什么许多瑞士和国际公司已经对该技术表示出兴趣。

利用环境热量

热泵利用储存在废热或周围空气、地下水或土壤中的能量。它们通过在封闭系统中蒸发制冷剂流体，然后将气体通过压缩机以提高其温度，产生用于加热或工艺加热的热量。在此过程中获得的热量可用于加热建筑物或用于工业过程。

在传统热泵中，可实现的温度和温度曲线很大程度上取决于制冷剂的选择。热泵的所有组件(从蒸发器和压缩机到冷凝器和膨胀阀)都是根据制冷剂量身定制的。如果工厂需要为多种应用提供不同温度的热量，目前只能通过使用多台热泵来实现，每台热泵使用不同的制冷剂。这既昂贵又不方便，这就是热泵未能在工业领域取得进展的原因。

制冷剂混合物提高灵活性

苏黎世联邦理工学院能源与过程系统工程教授AndréBardow认为，他的团队已经找到了更好的解决方案：“我们使用混合制冷剂，而不是单一制冷剂。这样，热泵就可以使用不同的热源并产生不同的温度曲线。”

制冷剂混合物的成分可以变化，以适应不同的应用。这对公司来说是一个关键的好处：他们不必在需要不同温度时重新设计整个热泵，只需修改混合物即可，这更简单、更便宜。

混合物本身由传统制冷剂和另一种成分组成。热泵的温度曲线由这两种成分的比例决定。“原则上，只要温度不超过200度，就可以为工业过程提供任意数量的不同曲线。这是我们技术的主要优势，”Bardow说。

为了确定制冷剂混合物的合适成分，研究人员开发了一种计算机模型，该模型模拟了具有不同制冷剂混合物变体的热泵回路。“我们通过将热泵组件以及混合物的成分集成到优化过程中，扩展了现有的热泵热力学模型，”Bardow研究小组的高级科学家DennisRoskosch说。

研究人员的模型利用超过2亿种已知的合成分子来模拟两种分子的混合物，从而提供最高效的热泵性能。

试验工厂的初始合作伙伴

研究人员找到最佳制冷剂混合物后，便在瑞士东部应用技术大学的热泵实验室中确认了其性能。“测试表明，我们的混合物可将商用工业热泵的效率提高25%，正如我们预测的那样，”热泵实验室负责人StefanBertsch教授说道。研究人员还能够展示制冷剂混合物的不同成分如何影响温度曲线。

该团队现在希望提供更多具体的例子，说明他们的技术如何使特定的工业应用受益。这种新型热泵可能在食品、制药和化学工业中特别受关注，因为这些工业中的许多工艺都需要低于200度的温度。

与此同时，研究人员正与MANEnergySolutions或SchecoAG等热泵制造商以及Lindt等瑞士行业合作伙伴密切合作。下一步是规划和建造一个试验工厂，以进行进一步的测试。