低温热泵技术在日本的进展

第1篇随着全球气候变化和能源需求的不断增长，低温空气源热泵作为一种高效、节能的供暖和制冷设备，得到了越来越多的关注。

然而，传统的空气源热泵在低温环境下运行效率较低，甚至可能无法正常工作。

为了解决这一问题，本文将详细介绍空气能低温解决方案，包括技术原理、系统设计、应用领域以及发展趋势。

一、空气能低温解决方案的背景1. 低温环境下空气源热泵效率低在低温环境下，空气源热泵的蒸发温度会降低，导致制冷剂蒸发量减少，从而使得热泵的制热量下降。

当环境温度低于热泵的最低运行温度时，热泵的制热量会急剧下降，甚至无法满足供暖需求。

2. 传热系数低，传热效率下降低温环境下，空气的传热系数较低，导致空气与热泵换热器之间的传热效率下降。

这会使得热泵的制热量和制冷量降低，进一步影响了热泵的运行效率。

3. 系统能耗增加为了提高低温环境下的制热量和制冷量，需要增加热泵的运行时间，从而使得系统能耗增加。

这既不利于节能减排，也增加了用户的运行成本。

二、空气能低温解决方案的技术原理1. 低温热泵技术低温热泵技术是解决低温环境下空气源热泵效率低的关键技术。

其主要原理是通过增加压缩机、蒸发器、冷凝器等部件的尺寸，提高热泵的制冷量和制热量。

此外，还可以通过优化换热器设计、采用高效制冷剂等措施来提高低温热泵的运行效率。

2. 低温热泵辅助加热技术低温热泵辅助加热技术是在低温环境下，通过增加辅助加热装置，如电加热器、燃气加热器等，来提高热泵的制热量。

当环境温度低于热泵的最低运行温度时，辅助加热装置可以启动，为热泵提供额外的热量，保证供暖需求。

3. 空气预热技术空气预热技术是通过预热空气，提高空气进入热泵的入口温度，从而提高热泵的制热量。

具体方法包括：采用预热空气的换热器、设置空气预热室等。

三、空气能低温解决方案的系统设计1. 系统选型根据用户需求、建筑特点、气候条件等因素，选择合适的热泵型号和辅助加热装置。

在低温环境下，应选择低温热泵，并配备相应的辅助加热装置。

汽 车 工 程Automotive Engineering 2020年(第42卷)第12期2020(Vol.42)No.12doi ：10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.12.018新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究**天津市科技支撑重点项目(20YFZCGX00580)、江苏省常州市科技项目(CQ20200020)和中国汽车技术研究中心培育项目(19201209)资助。

原稿收到日期为2020年5月21日，修改稿收到日期为2020年6月29日。

通信作者:汪琳琳，高级工程师，博士,E-mail :wanglinlin@ 。

汪琳琳1，2，焦鹏飞2，王 伟2，伊虎城2，牟连嵩2，刘双喜2，许 翔3(1.天津大学机械工程学院，天津 300072； 2.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司，天津 300300；3.中汽研(常州)汽车工程研究院有限公司，常州213164)[摘要]为提高电动汽车的能源经济性,减少低温制热性能衰减问题，提岀并分析对比了 3种用于低温环境的热泵空调系统解决方案：(1)余热回收利用：回收利用电池、电机和电控系统的余热,提高热泵空调系统性能的同时，优化整车的能量消耗。

(2)蒸汽喷射热泵空调系统:对R1234yf 制冷剂的蒸汽喷射热泵空调系统进行了试验研 究。

结果表明，开蒸汽喷射比不开蒸汽喷射时的热泵系统的制热COP 约高10%〜30%，环境温度越低,制热COP 改善越明显。

(3)CO 2制冷剂热泵空调系统:研究显示由于CO 2制冷剂的特性，热泵系统可在环境温度-20 t 稳定有 效地采暖。

得岀的结论是，目前利用蒸汽喷射热泵空调系统是解决新能源电动汽车低温采暖的有效手段,而在未 来，使用自然制冷剂CO 2是必然趋势。

关键词：电动汽车;低温热泵;R1234yf ;余热回收;蒸汽喷射;CO 2Research on Low Temperature Heat Pump Air Conditioning System inNew Energy Electric VehicleWang Linlin 1,2, Jiao Pengfei 2, Wang Wei 2, Yi Hucheng 2, Mu Liansong 2, Liu Shuangxi 2 & Xu Xiang 31. School of Mechanical Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 ；2. CATARC ( Tianjin) Automotive Engineering Research Institute Co. , Ltd. , Tianjin 300300；3. CATARC ( Changzhou ) Automotive Engineering Rerearch Institute Co. , Ltd. , Changzhou 213164[ Abstract ] In order to enhance the energy economy of electric vehicles and reduce the degradation of low-temperature heating performance ， three solutions of heat pump air conditioning system in low temperature environ ­ment are proposed and comparatively analyzed : (1) waste heat recovery and utilization : the waste heat of battery , motor and electric control system is recovered and utilized ， optimizing the energy consumption of vehicle while im ­proving the performance of heat pump air conditioning system ； ( 2) vapor-injection heat pump air conditioning sys ­tem : experimental study is conducted on heat pump air conditioning system using R1234yf refrigerant , and the re ­sults show that the heat generating COP with vapor injection is about 10% 〜30% higher than that without vapor in ­jection. The lower the ambient temperature ， the more obvious the improvement of COP ；( 3) heat pump air condi ­tioning system with CO 2 refrigerant ： researches indicate that due to the characteristics of CO 2 refrigerant ， heat pumpsystem can provide stable and effective heating at an ambient temperature of - 20 兀.So a conclusion is drawn thatat present ， vapor injection heat pump air conditioning system is an effective mean for the low temperature heating in electric vehicles ， while in the future ， the use of natural refrigerant CO 2 will be the inevitable trend.Keywords : electric vehicle ； low temperature heat pump ； R1234yf ； waste heat recovery ； vapor injec-tion ； CO 22020(Vol.42)No.12汪琳琳，等:新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究-1745-前言随着大气污染日益加重和电动化技术快速发展，新能源汽车取代传统燃油汽车已是大势所趋。

科技成果——超级热声热泵技术
技术开发单位
中科院理化技术研究所
项目简介
热泵技术是广泛应用的一种新型节能装置，相比传统电加热方式，采用热泵技术供热可实现节能50%以上。

然而，传统热泵技术在低温（低于-10℃）或高温（高于70℃）的使用环境中会出现效率显著下降、系统工作不可靠或不能工作等问题，使得应用受到一定的限制。

热声热泵是制冷技术发展历史上的新技术，具有高效、紧凑和高可靠等诸多优点，可在超低温或超高温使用要求环境下稳定高效运行，这一点是常规热泵技术无法实现的；在工业节能、汽车制造等领域有广阔应用前景。

技术特点
双作用行波热泵：相位自动调节并处于最佳区域，可以回收声功，结构紧凑，动率密度大，模块化结构，适合大功率。

（1）采用惰性气体作制冷剂，工质环保；
（2）-50℃到100℃工作范围，适合于超低温、大温差热泵需求；
（3）变负荷工况调节简单，易实现高效运行；
（4）系统制热系数高，相比直接电加热节能50%。

市场情况
在工业领域，许多工艺过程需要100-200℃工艺用热。

另一方面，工业过程存在大量30-60℃之间的余热，非常难于利用。

通过高温热
声热泵技术的利用，可以较为容易地实现对这些余热的利用。

在北方寒冷地区的冬季供热，超低温空气源热泵有巨大的市场需求，超低温热声热泵在此领域将有巨大应用潜力。

投资与效益
样机开发进入工程设计和产品开发阶段。

关键技术指标：余热温度30-50℃，供热温度120-150℃，供热功率30-50kW。

合作方式合作开发。

日本最新节能技术介绍演讲内容１．节能技术的作用２２．日本的节能技术成果３-１．热电联产技术３-２．热泵技术３-３．照明技术(LED ・Hf等)３-４．燃煤火电技术４．总结2010年11月峰岸俊行财团法人节能中心1国际协力本部技术协力部ECCJ１．节能技术的作用ECCJ2IPCC 第四次评估报告分析人为排出量7.2Gt/年(2000-2005年)稳定化排出量＝吸收量现在的排出量约是吸收量的2倍一年增加1.9ppm年增加pp(1995-2005年的平均值)现在Industrialization自然浓度日本温室气体约90％是因能源产生的CO2Carbon Dioxide in Atmosphere森林吸収量3.1Gt/年出处：IPCC４评估报告3 ECCJCO 2减排潜在性○温室气体产生的主要原因是因能源产生的CO 2、对地球变暖最有效的指标就是能源消费效率的改善（也就是节能）。

能效改善和节能是建立可持续发展能源开发与经济的关键对策。

2030年CO 2减排潜在性的对策类别贡献度（ＩＥＡ的分析）燃料转换（发电）※减排潜在性的百分比分配7%7%5%4%再生可能能源燃料转化（需要）5%20%17%燃料转换原子力10%省エネルギー58%67%节能44ECCJ世界发展中国家“节能”这个单词的意思？１．将浪费(损失)降低到最小限度２．将使用効率提高到最大限度热损失操作失常的改正，修理，绝热防止白炽灯设备、制造程序能源产品热损失变换效率的飞跃性提高热交换器能源回收LED荧光灯< 节能的思考方法>•节能是在现场实现的。

•节能是实践性的日常性的活动。

•节能的基本是能源管理。

5 ECCJ２．日本的节能技术成果ECCJ6日本制造业节能成功理由１．成本降低(国际竞争力增强)和企业自助性努力(1)能源管理(ZD/QC活动、利用SGA/TQC/TQM的改善活动)(2)设备投资和技术革新２．政府的政策(1)和政府紧密相连的法律整备：节能法和政府紧密相连的法律整备节能法(2)政府的财政支援措施(金融上的支援、税制上的支援、补助金制度)３．节能法执行机关的设置(节能中心等)相互效果相乘効果・加快实施节能推进、提高节能技术（日本成为节能技术居世界领先地位的国家）ECCJ10企业能源管理手法所谓能源管理、是指为改善收益而全面实施现状把握、制定规划实施对策进行评估制定规划、实施对策、进行评估。