作者：克里斯托夫·埃尔哈特 , 苏黎世联邦理工学院
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，工业公司的许多应用都需要过程热量。其中大部分仍然是通过燃烧化石燃料产生的。因此，过程热量的产生占全球工业部门温室气体 (GHG) 排放的很大一部分。在瑞士，温室气体排放量约占总排放量的 8%。
工业部门已经可以使用以可再生能源产生的电力运行的工业热泵，以环保的方式产生高达 200 摄氏度的工艺热量。然而，尽管有这种潜力，热泵在工业环境中仍然不常见。这是因为现有模型往往结构昂贵，是针对特定工业应用和温度定制的。
现在，苏黎世联邦理工学院和布克斯东瑞士应用科学大学的研究人员开发了一种解决方案，使热泵能够在高达 200 摄氏度的各种温度下廉价、灵活地产生热量。这比商业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了兴趣。该研究发表在 国际制冷杂志 .
利用环境热量
热泵利用废热或环境空气、地下水或土壤中储存的能量。它们通过在封闭系统中蒸发制冷剂流体，然后使气体通过压缩机以提高其温度来产生用于加热或处理热量的热量。在此过程中获得的热量可用于为建筑物供暖或用于工业过程。
在传统的热泵中，可达到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）都是针对这种制冷剂量身定制的。
如果工厂需要不同温度的热量来满足多种应用，目前只能通过使用多个热泵来实现，每个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。
混合制冷剂提高灵活性
苏黎世联邦理工学院能源与过程系统工程教授安德烈·巴多 (André Bardow) 相信他的团队已经提出了更好的解决方案，“我们使用混合制冷剂，而不是单一制冷剂。这使得热泵能够使用不同的热源并产生不同的制冷剂。”温度曲线。”
制冷剂混合物的成分可以变化，以满足不同的应用。这对公司来说是一个关键的好处：他们可以简单地修改混合物，而不必在需要不同温度时重新设计整个热泵，这更简单、更便宜。
该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，工业流程就可以有任意数量的不同轮廓。这是我们技术提供的主要优势，”Bardow 说。
使用计算机模型来确定正确的混合
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，可以模拟具有不同制冷剂混合物变体的热泵回路。 Bardow 研究小组的高级科学家 Dennis Roskosch 表示：“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。”
研究人员的模型利用了超过 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。
更多信息： 莱昂·P.M. Brendel 等人，高温热泵中的高滑移制冷剂混合物：第 1 部分 – 性能系数， 国际制冷杂志 （2024）。 DOI：10.1016/j.ijrefrig.2024.05.005
由...提供 苏黎世联邦理工学院
