科创中国

项目描述（包括但不限于项目背景及意义、项目领先性和创新性、核心技术亮点、知识产权获取情况、技术来源、已开展的示范及应用情况、未来商业模式、社会效益等，不超过1500字）1. 项目背景及意义随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国的建筑能耗逐年上升。在冬季寒冷地区，建筑供热能耗占建筑总能耗的 45%以上，是节能减排的重要突破口。传统上，我国城镇的建筑供暖方式以燃煤、燃气锅炉，电空调为主，均直接或间接以化石燃料为主要能源，农村地区的采暖主要以煤和生物质等燃料的散烧为主。一方面，较低的能源利用效率造成了化石燃料的巨大浪费，另一方面，以化石燃料和生物质燃烧为主的采暖方式，造成严重的冬季燃烧供暖性大气雾霾问题。我国多数地区，如东北、华北等广大地区，有迫切的冬季清洁采暖需求。热泵技术可实现输入能量倍增供暖，是清洁供热的重要发展方向。电驱动的蒸汽压缩式热泵寒冷环境下的供热需求，大温升供热要求大压比，需通过喷气增焓、两级甚至多级压缩等技术来适应寒冷环境，耗电量大，一次能源利用率低。热驱动的吸收式热泵可利用天然气、工业余热、太阳能等热驱动，但受限于工质蒸发和冷凝温度下饱和压力的限制，发生温度高，且机组难以在低于-15 oC的环境中高效运行，在应用低于方面受到较大限制，难以满足冬季严寒地区（如包头）的供热需求。2. 项目领先性和创新性本项目的先进性体现在将吸收式热泵可利用低品位热源驱动、蒸汽压缩式热泵寒冷环境适应性强的优势相结合，提出吸收-压缩式复合热泵，并采用GAX回热环节实现高效化，如图1。 图1 GAX吸收-压缩复合热泵流程图通过压缩机关键参数和吸收浓度差的调节来适应热源-负荷侧的变工况条件，突破传统吸收式热泵在供热温度限制下的蒸发和发生温度条件，更加适应寒冷环境特性，拓展了适用地理范围；利用吸收器和发生器的温度重叠，构建GAX回热环节，提升热泵供热效率。同时，在利用太阳能方面，通过吸收过程的浓度差调节，更加适应太阳能动态集热特性，大幅拓宽了适用太阳能热源温区，通过太阳能热的分温区“高温高效利用、低温长时间应用”，并结合运行参数调节和运行策略优化，充分满足清洁、高效、广地域的供热需求。该技术可应用于包头地区的冬季清洁供热。3. 核心技术亮点本项目围绕吸收-压缩复合热泵循环机理及寒冷环境高效制热特性开展研究，涉及的核心技术有：(1) 吸收-压缩复合热泵循环的构建与GAX优化区别于传统吸收式热泵循环，吸收-压缩复合热泵在蒸发和吸收过程之间增加了工质蒸汽的压缩过程，热泵工作在三个压力层级，提升了吸收压力和吸收终了的溶液浓度，在相同冷凝压力下，发生温度明显降低；吸收器和发生器出现温度重叠，可通过潜热的有效回收，构建GAX回热环节；同时，借助压缩机的负压吸气可降低蒸发压力和温度，增强其寒冷环境适应能力，拓展应用地理区域范围。通过内部热回收、工作压力的合理控制进行降耗和增效协同优化，实现理想能效和制热效果。(2) 吸收-压缩复合热泵的高效、稳定供热运行策略需要根据环境工况和用热需求确定压缩机回路接入热泵循环的边界条件（压缩机回路断开时，吸收-压缩复合热泵转变为吸收式热泵）。对于热源，若使用太阳能热，为实现大温区太阳能热的“高温高效、低温长时间”充分利用，当温度足以驱动复合热泵时(如>80 oC)，利用太阳能复合热泵实现供热的“倍增效应”；当温度不够高时，可考虑在适宜温区(如40~80 oC)内应用太阳能直接供热，在较低温区(如10~40 oC)内作用于复合热泵蒸发器，利用太阳能-空气双源蒸发过程，提高蒸发温度和蒸发量，对太阳能热实现升温后供热。针对太阳辐射的间歇性和不稳定性问题，需要设置合适的补充热源（燃气等），或只使用燃气驱动。统筹压缩机回路切换和不同热源的互补切换，优化运行策略，是本项目的核心技术之一。4. 拓展应用及知识产权获取情况该技术还可广泛应用于建筑供热、空调和农业干燥等领域，对部分工业领域的工艺用热过程也有重要借鉴价值。该技术已申请国家发明专利1项，发表国际期刊SCI论文一篇。


单位简介（500字以内。）上海交通大学太阳能发电及制冷教育部工程研究中心成立于2001年5月，是教育部首批批准成立的部级工程研究中心。在2019年首次教育部工程研究中心评估中获得优秀。工程中心依托上海交大机械与动力工程学院制冷与低温工程硏究所（1956年建立）和物理系太阳能研究所（1996年建立）强大科研实力，并借助上海交大与一系列企业的产学研合作，集学科建设、技术创新和科技成果产业化的工程化验证为一体，致力于太阳能光伏发电、太阳能光热综合利用技术和热泵空调、分布式能源和储能技术的研究开发。以太阳能和热泵空调产品孵化及工程化应用为主要目的，并将孵化的产品通过与企业的合作实施产业化。工程中心在太阳能建筑应用、太阳能制冷、太阳能采暖、高效太阳能集热器、太阳能光伏应用、空气源热泵热水系统、基于热泵的综合能源利用技术、地源热泵、水源热泵、冷热电联供系统的匹配与优化等领域具有显著优势，也积累了充分的研究开发经验，掌握了适合规模生产的工程化共性、关键性技术，可以持续不断地为社会提供可再生能源和节能减排的工程化技术成果。