科创中国

清洁供暖、碳达峰、碳中和是“中央关心、社会关注、人民关切”的重大民生和社会需求。空气源热泵以室外空气为热源，其特点是热量处处存在、时时可得、随需而取，一机冬夏两用，已成为实现清洁供暖的重要技术措施。然而“低温”和“结霜”是制约空气源热泵规模化高效运行和稳定供热的关键因素。目前，我国空气源热泵技术已有效解决低温环境下“制热能力”不足的问题，但对于高湿环境结霜严重地区，尚缺乏具备“抑霜能力”的空气源热泵机组。本项目突破传统空气源热泵抑霜理论体系，建立了空气源热泵抑霜新机制，发明了以机组综合本构参数CICO（无量纲）为设计指标的抑霜型机组研制方法，开发了首套具有自主知识产权的抑霜型空气源热泵新设备，有效解决了结霜工况下，机组运行能效低的技术难题，实现了空气源热泵抑霜理论、技术与设备的全面突破。（一）建立空气源热泵抑霜新机制，破解了抑霜技术的理论壁垒。在国际上首次提出可表征结霜程度的机组综合本构参数CICO（无量纲），揭示了CICO对结霜速率以及换热温差的影响规律，并建立了基于CICO的结霜模型。可实现通过调整机组综合本构参数CICO参数值，减小室外侧换热器换热温差（ΔT），从而达到减缓、抑制结霜的目标。（二）首创抑霜型空气源热泵研制新方法，实现了热泵设备的技术升级。以CICO为抑霜设计指标，在国际上首创“制热优先、兼顾抑霜”的抑霜型空气源热泵机组研制新方法。该方法突破了传统空气源热泵仅以“制热为单一目标”的机组研发思路，耦合抑霜目标，重构空气源热泵机组研制流程，攻克了空气源热泵受“低温和结霜”耦合影响的关键难题，有效弥补了传统空气源热泵抑霜能力的不足，实现了热泵设备抑霜功能的从无到有。（三）自主研发抑霜型空气源热泵新机组，促进了热泵企业的产品换代。在国际上首次研发了具有自主知识产权的抑霜型空气源热泵热风机和热水机，新机组COP较国家现行能效限值分别提升27%和22%；在结霜严重地区，机组结霜频率可控制在20%以内，达到了减缓、抑制结霜的目标，有效解决了空气源热泵机组因结霜导致的实际运行能效低的技术难题。

本项目突破传统空气源热泵抑霜理论体系，以“探索抑霜新机制—建立抑霜新方法—研制抑霜新机组—现场应用示范”为研究路线，首创抑霜型空气源热泵研制新方法，自主研发抑霜型空气源热泵新机组，形成了空气源热泵“制热优先、兼顾抑霜”的全链条创新理论和技术体系，为提高空气源热泵在我国不同地区结霜工况的运行性能，提供了可靠的理论指导和技术保障。

（一）理论创新：建立空气源热泵抑霜新机制，破解了抑霜技术的理论壁垒

在国际上首次提出可表征结霜程度的机组综合本构参数CICO（无量纲），揭示了CICO对结霜速率以及换热温差的影响规律，并建立了基于CICO的结霜模型。可实现通过调整机组综合本构参数CICO参数值，减小室外侧换热器换热温差（ΔT），从而达到减缓、抑制结霜的目标。

（二）技术创新：首创抑霜型空气源热泵研制新方法，实现了热泵设备的技术升级

以CICO为抑霜设计指标，在国际上首创“制热优先、兼顾抑霜”的抑霜型空气源热泵机组研制新方法。该方法突破了传统空气源热泵仅以“制热为单一目标”的研发思路，耦合抑霜目标，重构机组研制流程，攻克了空气源热泵受“低温和结霜”耦合影响的关键难题，有效弥补了传统空气源热泵抑霜能力的不足，实现了热泵设备抑霜功能的从无到有。

（三）应用创新：自主研发抑霜型空气源热泵新机组，促进了热泵企业的产品换代

在国际上首次研发了具有自主知识产权的抑霜型空气源热泵热风机与热水机，经实验室与现场检测，新设备制热与抑霜性能显著提升。多家热泵企业率先建立新产品生产线，实现产品换代，有效推动了新产品在低温高湿地区的规模化高效应用。

（一）新技术弥补现有产品关键短板，技术优势明显 新技术突破传统空气源热泵仅以“制热为单一目标”的机组研发思路，耦合抑霜目标，重构机组研制流程，破解了制约空气源热泵规模化推广的“结霜”难题，实现了空气源热泵抑霜功能的从无到有，有效提高了空气源热泵技术优势。抑霜型新机组实际应用效果经国家空调设备质量监督检验中心、中国建筑科学研究院有限公司现场测试，结果显示：新型空气源热泵热风机结霜频率为19.0%，较常规机组降低59.2%，平均运行COP为3.7；新型空气源热泵热水机结霜频率为14.5%，较常规机组降低36.9%，平均运行COP为3.0。 （二）新技术改造成本小，技术升级易实现 新技术从空气源热泵机组常规配置整体优化角度出发，无需增加额外部件和设备，无需复杂工艺，相比传统抑霜技术的局部优化更易实现、抑霜更可靠；且抑霜型机组费用年值较常规机组降低了14%~21%，投资回收期仅为1年左右，技术升级易于实现。 （三）新产品全国适用广，市场需求大 在全国空气源热泵适用的261个地级行政区和4个直辖市中，据统计有174个城市的供暖季结霜频率达到50%以上，结霜导致空气源热泵在实际应用时，机组COP降低、制热能力衰减，实际性能严重偏离技术预期。新产品可有效弥补了传统空气源热泵抑霜能力的不足，适合于我国不同地域的气象特点，适用地域广，市场需求大。

项目团队以国家自然科学基金优秀青年基金获得者王伟教授为带头人，由3名教授，1名副教授，3名博士后和12名博士研究生在内的40余名研究生队伍组成。团队长期聚焦空气源热泵供暖能效提升的基础理论与关键科技问题，在国家自然科学基金项目、国家重点研发计划课题及子课题等科技项目持续支持下，以“科学识霜、准确控霜、有效抑霜”为研究目标，构建了空气源热泵“控霜-抑霜（攻-防双向）”、“设计-研发-运行”全链条创新理论与技术体系。多项理论与技术实现了“从无到有、从有到优”，有效破解了空气源热泵实际性能受复杂气象环境影响的理论与技术瓶颈，推动了空气源热泵低碳、清洁供暖的规模化高效应用。团队成果累计发表论文200余篇，主编专著2部；授权专利15项（含发明专利9项）、软著5项，形成除霜控制器、抑霜型机组等6项成果转化，服务6家企业，新产品销售19400台，应用于全国35个供暖项目，供暖面积达535万m2；主编、参编行业和地方标准4部；荣获中国制冷学会技术发明奖一等奖（2021年，1/6，近六年唯一）、华夏建设科学技术奖一等奖（2020年，3/15）等省部级科技一等奖3项。

抑霜型空气源热泵机组研制新方法，有效弥补了传统空气源热泵抑霜能力的不足，推动了热泵产品规模化应用，提升热泵产品应用效益，服务清洁供暖。

（一）累计销售新产品数量超过12500台，销售额约为6050万元，新增利润750万元。同方人工环境有限公司、广州能茵热泵科技有限公司和日出东方控股股份有限公司等多家热泵生产企业定型抑霜系列新产品，并销往全国几十个城市，取得了良好的经济效益。

（二）低温高湿地域规模化应用面积达135万m²，运行能效提升10%~30%。应用本项目成果所研制的抑霜型空气源热泵系列新产品，已推广至华北地区、环渤海和辽宁半岛等低温高湿、结霜严重地区，与同类产品相比，抑霜型机组在低温高湿环境下结霜显著减缓，供热性能稳定提升，具有很好的推广应用价值。

（三）提供适于我国不同地域特点的产品，引导空气源热泵精细化、高质量发展。发明的抑霜型空气源热泵研制新方法，可全面适应我国不同地域气象特点，根据不同抑霜目标（无霜、轻霜、一般结霜、重霜）需要，因地制宜开发空气源热泵机组，引导空气源热泵精细化、高质量发展，推动了热泵产品规模化应用，将为我国实施清洁供暖，服务碳达峰、碳中和提供可靠的理论指导和技术支持。

项目组依托抑霜型空气源热泵机组研制新方法，与热泵生产企业合作，授权企业建立抑霜型空气源热泵生产线，实现抑霜机组研发生产，促进热泵企业的产品换代升级。