為實(shí)現(xiàn)歐洲環(huán)境目標(biāo)，我們必須大幅降低快速擴(kuò)張的城市所排放的二氧化碳。將城市轉(zhuǎn)型為“智慧城市”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，便是對(duì)建筑進(jìn)行翻新和改造，加裝低排放供暖系統(tǒng)。熱泵技術(shù)在此過(guò)程中發(fā)揮著核心作用，因?yàn)樗衫铆h(huán)境中的能量來(lái)提供供暖和熱水。然而，由于城市空間有限，熱泵必須集成到現(xiàn)有建筑中，并與既有供暖系統(tǒng)兼容。此外，其安裝及運(yùn)行成本也須具備吸引力，方能確保在城市地區(qū)推廣熱泵既具有經(jīng)濟(jì)可行性，又具備環(huán)境可持續(xù)性。

“綠色熱泵”（GreenHP）項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)發(fā)一種先進(jìn)的30千瓦供暖系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)了上述挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)采用空氣/水源熱泵技術(shù)，環(huán)境影響極小，適用于人口稠密地區(qū)及城市中的多戶住宅和商業(yè)建筑的節(jié)能改造，并具備與未來(lái)能源系統(tǒng)（如智能電網(wǎng)）集成的潛力。編譯 陳講運(yùn)

相關(guān)研究采用了一種全面的多層次研究方法：從創(chuàng)新熱泵部件（如新型換熱器、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)樣機(jī)）的研制，到先進(jìn)系統(tǒng)集成理念的探索。為確保研究成果及GreenHP理念得以廣泛、自由地傳播，項(xiàng)目聯(lián)合體中未納入任何熱泵整機(jī)制造商，而是由經(jīng)驗(yàn)豐富的科研機(jī)構(gòu)和零部件制造商組成。

為將GreenHP集成至未來(lái)的智能能源系統(tǒng)，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種基于模型預(yù)測(cè)控制（MPC）方法的增強(qiáng)型三層控制器平臺(tái)概念，該平臺(tái)可在確保整體熱泵系統(tǒng)最高運(yùn)行效率的同時(shí)，以最低成本實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡。在所有研究案例中，相較于基準(zhǔn)控制器，GreenHP控制器可節(jié)省總現(xiàn)金流的4%至22%。負(fù)責(zé)GreenHP系統(tǒng)整體熱管理的系統(tǒng)控制器已在硬件與系統(tǒng)層面完成設(shè)計(jì)，并已開(kāi)發(fā)至可市場(chǎng)化水平。

在部件及整機(jī)層面，制冷循環(huán)系統(tǒng)及多個(gè)部件均針對(duì)丙烷制冷劑進(jìn)行了優(yōu)化，從而使30 kW GreenHP原型機(jī)組的制冷劑充注量降低至2 kg以內(nèi)，即每千瓦熱功率對(duì)應(yīng)的制冷劑充注量?jī)H為65 g。通過(guò)在冷凝器和蒸發(fā)器中采用鋁制多孔擠壓管（MPE），進(jìn)一步減少了制冷劑充注量。蒸發(fā)器空氣側(cè)則通過(guò)開(kāi)發(fā)高效翅片與先進(jìn)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，在結(jié)霜工況下使風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗降低了10%。在制冷劑側(cè)，引入了一種新型仿生分配器，用于將制冷劑均勻分配至蒸發(fā)器的MPE管路中。

一款采用增強(qiáng)型蒸汽噴射技術(shù)的變頻渦旋壓縮機(jī)原型機(jī)，確保了GreenHP在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的高季節(jié)性能系數(shù)。為進(jìn)一步減少制冷劑充注量，優(yōu)化了油池設(shè)計(jì)，使?jié)櫥陀昧繌?.3升降至1升。

綠色熱泵（GreenHP）原型機(jī)組在依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，幾乎實(shí)現(xiàn)了所有預(yù)設(shè)的性能指標(biāo)。尤其在季節(jié)性能系數(shù)（SCOP）方面表現(xiàn)優(yōu)異，達(dá)到3.3，與同屬10–20 kW小容量范圍內(nèi)的最佳性能熱泵機(jī)組相當(dāng)。

綜上所述，GreenHP在整機(jī)、部件及系統(tǒng)層面均展現(xiàn)出極具前景的研究成果，為后續(xù)研究項(xiàng)目奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為進(jìn)一步挖掘能效提升潛力并持續(xù)優(yōu)化GreenHP機(jī)組的整體性能，仍需在部件與系統(tǒng)層面開(kāi)展更多研究工作，包括大量實(shí)地實(shí)測(cè)。

GREENHP——用于建筑改造的下一代熱泵

建筑行業(yè)是當(dāng)今歐洲能源的主要消費(fèi)領(lǐng)域之一，過(guò)去20年整體呈上升趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的歐盟20-20-20目標(biāo)或歐盟能源路線圖2050中設(shè)定的目標(biāo)，必須翻新和改造這些建筑，并更換基于化石燃料或直接電加熱的低效供暖系統(tǒng)。擬議的熱泵技術(shù)為當(dāng)前和未來(lái)的挑戰(zhàn)提供了解決方案。

GreenHP項(xiàng)目的目標(biāo)是研究并開(kāi)發(fā)一種基于高容量空氣/水熱泵的新型高效供暖系統(tǒng)，用于多戶住宅和商業(yè)建筑的改造。這種高功率熱泵系統(tǒng)將使用替代制冷劑，并與大型（可再生）能源系統(tǒng)（尤其是智能電網(wǎng)）相互作用，并整合光伏、太陽(yáng)能熱能等其他可再生能源以及儲(chǔ)能。

為了應(yīng)對(duì)相關(guān)的科學(xué)挑戰(zhàn)，聯(lián)盟將采用整體方法，涵蓋系統(tǒng)集成層面、熱泵單元和組件層面的研究課題。這將主要用于城市中高容量空氣/水熱泵的改造應(yīng)用。所產(chǎn)生的技術(shù)解決方案將鞏固歐洲行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位，并鞏固其在日益激烈且全球化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的地位。

GreenHP項(xiàng)目的整體方法需要一個(gè)特殊的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目合作伙伴能夠在共同基礎(chǔ)上合作并利用項(xiàng)目成果。該聯(lián)盟僅包含原廠設(shè)備制造商和研究機(jī)構(gòu)，將向所有歐洲熱泵制造商公開(kāi)提供設(shè)備設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成的技術(shù)。通過(guò)這一舉措，GreenHP項(xiàng)目將激發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，尋找最適合市場(chǎng)的最佳解決方案，從而產(chǎn)生更大影響。聯(lián)盟意識(shí)到，這需要對(duì)熱泵制造商以及建筑師、城市規(guī)劃師、安裝人員和最終用戶進(jìn)行強(qiáng)有力的傳播。

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