上海節(jié)能技術(shù)展了解到，近日，美國(guó)能源部艾姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Slaughter團(tuán)隊(duì)在磁致熱熱泵研發(fā)中取得關(guān)鍵進(jìn)展，成功解決了該技術(shù)在重量、成本和性能方面的長(zhǎng)期瓶頸。這一突破標(biāo)志著無(wú)制冷劑熱泵系統(tǒng)首次具備與傳統(tǒng)蒸汽壓縮技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，為零碳供熱制冷技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用開辟了可行路徑。

傳統(tǒng)制冷技術(shù)面臨環(huán)境挑戰(zhàn)

蒸汽壓縮技術(shù)作為當(dāng)前主流的制冷方式，依賴化學(xué)制冷劑實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。然而，常用制冷劑（如氫氟碳化物）的全球變暖潛能值可達(dá)二氧化碳的千倍以上，且存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。盡管近年來(lái)能效不斷提升，但其環(huán)境隱患始終是行業(yè)痛點(diǎn)。國(guó)際協(xié)議如《基加利修正案》已明確要求逐步削減高GWP制冷劑的使用，推動(dòng)行業(yè)尋求更可持續(xù)的替代方案。

磁致熱技術(shù)：原理與優(yōu)勢(shì)

磁致熱效應(yīng)指磁性材料在外加磁場(chǎng)變化時(shí)吸放熱的物理現(xiàn)象。通過周期性改變磁場(chǎng)并配合流體循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的熱量轉(zhuǎn)移。這種技術(shù)路徑從根本上避免了化學(xué)制冷劑的使用，同時(shí)具備能源效率提升潛力。然而，此前磁致熱裝置受限于材料性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功率密度低、設(shè)備笨重，難以滿足商業(yè)化需求。

突破核心：結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料創(chuàng)新

Slaughter團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)楔形切口磁路結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了永磁體與磁熱材料的空間配置，顯著提升了磁場(chǎng)利用效率和熱交換速率。實(shí)驗(yàn)表明，新設(shè)計(jì)的功率密度已接近傳統(tǒng)壓縮機(jī)水平，同時(shí)大幅減少永磁體和磁鋼的用量，有效控制了重量與成本。
在材料方面，團(tuán)隊(duì)對(duì)比了釓和鑭鐵硅氫化物等磁熱材料的特性。后者雖具備更高理論功率潛力，但制備工藝復(fù)雜且需多材料組合使用。基于商業(yè)化可行性，團(tuán)隊(duì)在基線模型中采用釓材料確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)為未來(lái)材料升級(jí)預(yù)留空間。

商業(yè)化前景與行業(yè)影響

這一突破使磁致熱熱泵在建筑供暖、工業(yè)制冷等場(chǎng)景的應(yīng)用成為可能。隨著全球?qū)Ω逩WP制冷劑的管控趨嚴(yán)，歐盟、美國(guó)等地已出臺(tái)政策鼓勵(lì)零制冷劑技術(shù)研發(fā)。磁致熱技術(shù)還可與可再生能源系統(tǒng)耦合，進(jìn)一步降低碳足跡。
目前，團(tuán)隊(duì)正針對(duì)系統(tǒng)循環(huán)效率與長(zhǎng)期可靠性進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)計(jì)未來(lái)三至五年內(nèi)推出商用機(jī)型。此外，通用電氣、開利等企業(yè)已開始布局相關(guān)技術(shù)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈成熟。

技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向

盡管進(jìn)展顯著，磁致熱熱泵仍面臨材料成本、磁場(chǎng)控制精度等挑戰(zhàn)。下一步研發(fā)需聚焦于新型磁熱材料的開發(fā)（如鈣鈦礦氧化物）、磁場(chǎng)系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)，以及智能控制算法的集成。多學(xué)科協(xié)作將成為加速技術(shù)落地的關(guān)鍵。
上海節(jié)能技術(shù)展關(guān)注到，磁致熱技術(shù)的成熟將重塑暖通行業(yè)格局，并為全球碳中和目標(biāo)提供重要支撐。其應(yīng)用還可能延伸至電子設(shè)備散熱、醫(yī)療冷鏈等精密溫控領(lǐng)域，拓展零碳熱管理的邊界。

來(lái)源：暖通家

如果有侵權(quán)行為，請(qǐng)聯(lián)系刪除。