GREENHP：用于既有建筑改造的下一代熱泵

為實現歐洲環境目標，我們必須大幅降低快速擴張的城市所排放的二氧化碳。將城市轉型為“智慧城市”的關鍵環節之一，便是對建筑進行翻新和改造，加裝低排放供暖系統。熱泵技術在此過程中發揮著核心作用，因為它可利用環境中的能量來提供供暖和熱水。然而，由于城市空間有限，熱泵必須集成到現有建筑中，并與既有供暖系統兼容。此外，其安裝及運行成本也須具備吸引力，方能確保在城市地區推廣熱泵既具有經濟可行性，又具備環境可持續性。

“綠色熱泵”（GreenHP）項目通過開發一種先進的30千瓦供暖系統，應對了上述挑戰。該系統采用空氣/水源熱泵技術，環境影響極小，適用于人口稠密地區及城市中的多戶住宅和商業建筑的節能改造，并具備與未來能源系統（如智能電網）集成的潛力。編譯 陳講運

相關研究采用了一種全面的多層次研究方法：從創新熱泵部件（如新型換熱器、風機和壓縮機樣機）的研制，到先進系統集成理念的探索。為確保研究成果及GreenHP理念得以廣泛、自由地傳播，項目聯合體中未納入任何熱泵整機制造商，而是由經驗豐富的科研機構和零部件制造商組成。

為將GreenHP集成至未來的智能能源系統，本項目開發了一種基于模型預測控制（MPC）方法的增強型三層控制器平臺概念，該平臺可在確保整體熱泵系統最高運行效率的同時，以最低成本實現負荷平衡。在所有研究案例中，相較于基準控制器，GreenHP控制器可節省總現金流的4%至22%。負責GreenHP系統整體熱管理的系統控制器已在硬件與系統層面完成設計，并已開發至可市場化水平。

在部件及整機層面，制冷循環系統及多個部件均針對丙烷制冷劑進行了優化，從而使30 kW GreenHP原型機組的制冷劑充注量降低至2 kg以內，即每千瓦熱功率對應的制冷劑充注量僅為65 g。通過在冷凝器和蒸發器中采用鋁制多孔擠壓管（MPE），進一步減少了制冷劑充注量。蒸發器空氣側則通過開發高效翅片與先進風機設計實現了優化，在結霜工況下使風機運行能耗降低了10%。在制冷劑側，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器的MPE管路中。

一款采用增強型蒸汽噴射技術的變頻渦旋壓縮機原型機，確保了GreenHP在整個運行范圍內的高季節性能系數。為進一步減少制冷劑充注量，優化了油池設計，使潤滑油用量從3.3升降至1升。

綠色熱泵（GreenHP）原型機組在依據國際標準進行測試時，幾乎實現了所有預設的性能指標。尤其在季節性能系數（SCOP）方面表現優異，達到3.3，與同屬10–20 kW小容量范圍內的最佳性能熱泵機組相當。

綜上所述，GreenHP在整機、部件及系統層面均展現出極具前景的研究成果，為后續研究項目奠定了堅實基礎。為進一步挖掘能效提升潛力并持續優化GreenHP機組的整體性能，仍需在部件與系統層面開展更多研究工作，包括大量實地實測。

GREENHP——用于建筑改造的下一代熱泵

建筑行業是當今歐洲能源的主要消費領域之一，過去20年整體呈上升趨勢。為了實現當前的歐盟20-20-20目標或歐盟能源路線圖2050中設定的目標，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。擬議的熱泵技術為當前和未來的挑戰提供了解決方案。

GreenHP項目的目標是研究并開發一種基于高容量空氣/水熱泵的新型高效供暖系統，用于多戶住宅和商業建筑的改造。這種高功率熱泵系統將使用替代制冷劑，并與大型（可再生）能源系統（尤其是智能電網）相互作用，并整合光伏、太陽能熱能等其他可再生能源以及儲能。

為了應對相關的科學挑戰，聯盟將采用整體方法，涵蓋系統集成層面、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/水熱泵的改造應用。所產生的技術解決方案將鞏固歐洲行業的技術領導地位，并鞏固其在日益激烈且全球化的市場競爭中的地位。

GreenHP項目的整體方法需要一個特殊的聯盟結構，項目合作伙伴能夠在共同基礎上合作并利用項目成果。該聯盟僅包含原廠設備制造商和研究機構，將向所有歐洲熱泵制造商公開提供設備設計和系統集成的技術。通過這一舉措，GreenHP項目將激發競爭，尋找最適合市場的最佳解決方案，從而產生更大影響。聯盟意識到，這需要對熱泵制造商以及建筑師、城市規劃師、安裝人員和最終用戶進行強有力的傳播。

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