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近日，工業(yè)和信息化部等部門聯(lián)合印發(fā)《節(jié)能裝備高質(zhì)量發(fā)展實施方案(2026—2028年)》(以下簡稱《實施方案》)。《實施方案》聚焦工業(yè)熱泵等重點領(lǐng)域節(jié)能裝備，籌劃了未來一段時期我國工業(yè)熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的藍(lán)圖，充分體現(xiàn)了以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級、以高端裝備支撐綠色轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略導(dǎo)向。
一、加快推進(jìn)熱泵在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用意義重大
工業(yè)領(lǐng)域能耗約占全社會能耗的三分之二，其中近50%的工業(yè)能耗以廢熱形式排放。熱泵是高效的熱量生產(chǎn)轉(zhuǎn)換裝置，使用熱泵回收工業(yè)余熱、替代燃煤燃?xì)忮仩t供熱，將顯著減少化石燃料消耗、提高能源利用效率、提升終端用能電氣化、減少二氧化碳排放。工業(yè)熱泵作為一種節(jié)能裝備在工業(yè)用熱轉(zhuǎn)型中將發(fā)揮重要作用，是100—200°C供熱裝備清潔、高效替代的可靠方案。近年來，隨著全球綠色轉(zhuǎn)型進(jìn)程加快，國際社會對熱泵的關(guān)注度越來越高。歐盟把熱泵與光伏、風(fēng)電、電動汽車等并列，作為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的六大清潔能源關(guān)鍵技術(shù)之一。
在“雙碳”戰(zhàn)略引領(lǐng)下，我國熱泵行業(yè)正處于快速成長期。據(jù)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2024年我國熱泵總產(chǎn)量約300萬臺，總銷售額331億元，占全球50%以上。在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)熱泵剛剛起步，2023年我國工業(yè)熱泵市場規(guī)模10.4億元，同比增長34%，熱泵推廣具有廣闊前景。在石油化工、紡織印染、造紙、食品加工、醫(yī)藥以及建材行業(yè)等普遍使用低溫?zé)崃Φ念I(lǐng)域，工業(yè)熱泵能滿足溫度低于200℃的供熱需求，其應(yīng)用潛力巨大，發(fā)展空間寬廣。
二、加強工業(yè)熱泵關(guān)鍵部件自主研發(fā)水平
壓縮機是工業(yè)熱泵的核心技術(shù)，高性能壓縮機是工業(yè)熱泵可靠性的關(guān)鍵一環(huán)。提升高性能壓縮機的研發(fā)水平，是國內(nèi)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重點任務(wù)。尤其需要提高壓縮機生產(chǎn)制造能力，增強機械、電氣部件的耐溫承壓水平，研制熱穩(wěn)定性強且與自然工質(zhì)或新型合成工質(zhì)潤滑性、溶解性、兼容性良好的潤滑油，形成渦旋、螺桿、離心等多類型壓縮機產(chǎn)品自主研發(fā)的全覆蓋，為不同容量、不同壓比的工業(yè)熱泵運行場景提供充足的技術(shù)支撐。完善和應(yīng)用磁/氣懸浮、噴液、內(nèi)熱回收等提高壓縮機效率的技術(shù)措施，攻克密封、冷卻等技術(shù)瓶頸。
三、提升熱泵系統(tǒng)設(shè)計水平
除關(guān)鍵部件壓縮機外，熱泵系統(tǒng)涉及換熱器、膨脹閥等部件。每個部件進(jìn)出口狀態(tài)的協(xié)同耦合，共同決定了熱泵機組的總體能效。合理的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、部件選型、參數(shù)設(shè)計能夠最大程度地降低系統(tǒng)的用能損失。工業(yè)熱泵研發(fā)人員應(yīng)全面基于仿真和實驗優(yōu)化系統(tǒng)匹配，提升系統(tǒng)的整體能效。工業(yè)熱泵寬溫域高溫供熱和大溫升供熱的應(yīng)用場景使得其能效水平與常規(guī)民用冷熱水機組不能類比，后續(xù)可探索制定工業(yè)熱泵專用的能效等級標(biāo)準(zhǔn)，為熱泵廠商整機制造提供標(biāo)桿和參考。
四、促進(jìn)工業(yè)熱泵多樣化發(fā)展
工業(yè)場景下的熱能供應(yīng)相比民用場景更為復(fù)雜，具體表現(xiàn)在熱源來源廣(從0—30°C的環(huán)境熱源到70—90°C的工藝余熱)、用戶需求多樣化(不同工藝的熱需求溫度跨越80—200°C，用熱介質(zhì)包含熱水、蒸汽等)。針對不同類型的熱源和熱需求，要多樣化、個性化地開展工業(yè)熱泵的研發(fā)和應(yīng)用。例如在熱源與熱需求大溫跨的場景中，可采用復(fù)疊壓縮、多級壓縮、壓縮—吸收耦合的機組；對于用戶的直接蒸汽需求，進(jìn)行開式水蒸氣壓縮；針對中高溫余熱的利用，考慮采用吸收式熱泵等。多元化的工業(yè)熱泵產(chǎn)品是其能適配各種應(yīng)用場景的技術(shù)保證。
五、強化工業(yè)熱泵與場景間耦合匹配
聚焦100-200°C的中低溫工業(yè)熱需求，為工業(yè)熱泵尋找合適的應(yīng)用場景，并結(jié)合具體工藝用熱需求進(jìn)行針對性的機組設(shè)計和部署。當(dāng)前，石油化工、金屬制造、食品加工、紡織、醫(yī)藥等行業(yè)的蒸餾、精餾、干燥、加熱、消毒等過程有高度適合應(yīng)用工業(yè)熱泵的熱需求，并已有工程應(yīng)用。但在具體使用過程中，需要結(jié)合每個工藝的特點，進(jìn)行冷熱物流集成分析，通過冷熱物流集成方法識別內(nèi)部熱回收潛力，最終明確需由熱泵承擔(dān)的外部供能需求。應(yīng)優(yōu)先利用余熱作為熱泵熱源，提升熱泵系統(tǒng)的能效。還可以發(fā)掘冷熱聯(lián)供的應(yīng)用場景，例如單臺熱泵機組冷熱雙用或?qū)⒅评錂C的冷凝熱作為熱泵低位熱源。工業(yè)熱泵真正融合進(jìn)應(yīng)用場景才能使其效用最大化，避免產(chǎn)熱效率高但用熱效率低的現(xiàn)象。
六、擴大工業(yè)熱泵市場應(yīng)用規(guī)模
目前工業(yè)熱泵還處在市場推廣的初始階段。每項新技術(shù)達(dá)到了一定程度的規(guī)模化應(yīng)用，才能更好地反推其進(jìn)一步發(fā)展。例如想要實現(xiàn)設(shè)備與人工智能的融合，需要足夠的運行數(shù)據(jù)及工藝需求數(shù)據(jù)的反饋來進(jìn)行故障診斷、用能水平追蹤、設(shè)備與工藝聯(lián)動交互的建立、需求預(yù)測、排放監(jiān)測與分析等。建筑熱泵領(lǐng)域智能化平臺的建設(shè)已具備規(guī)模，而工業(yè)熱泵領(lǐng)域還比較薄弱。對此可以支持建設(shè)全節(jié)能裝備綠色工業(yè)示范園區(qū)，一定數(shù)量規(guī)模的工業(yè)熱泵在各種品位的余熱和熱需求間發(fā)揮熱樞紐的作用，基于此構(gòu)建熱泵運行與工業(yè)需求的協(xié)同優(yōu)化平臺，建成智慧化的區(qū)域熱能供應(yīng)系統(tǒng)。要重視工業(yè)熱泵與規(guī)模化儲熱的結(jié)合、實現(xiàn)熱泵增效儲熱以及通過熱泵實現(xiàn)儲熱能質(zhì)匹配調(diào)控，大幅度增強規(guī)模化儲熱的靈活性。
(作者：上海交通大學(xué)講席教授、制冷與低溫工程研究所所長 王如竹)
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