只做有“温度”的绿色科研，这位第一完成人14年囊括国家科技奖励三大项目奖

转自：上观新闻

在上海交通大学制冷与低温工程研究所，王如竹长期关注“冷暖变化”，干了20多年所长。这一次，凭借从北京“鸟巢”到漠河“北极村”等项目应用，他们创新攻关“采热供暖”，再度拿下国家级奖项。

王如竹（右二）及其团队。

6月24日，这位上海交大机械与动力工程学院教授带领团队，获得国家科技进步奖二等奖。据悉，这是王如竹以第一完成人身份，最近14年来收获的第三座国家科技大奖。而且，从国家技术发明奖到国家自然科学奖，再到今年的国家科技进步奖，他们囊括了国家科技奖励的全部三大项目奖。

空气源大温升热泵蒸汽发生系统。

解放日报·上观新闻记者了解到，2010年，王如竹等人的“太阳能空调与高效供热装置与应用”项目，获国家技术发明二等奖；2014年，其“吸附式制冷的吸附机理、循环构建及热设计理论”项目，又获国家自然科学奖二等奖；2024年拿奖的，则是“空气源热泵多品位热能高效供应关键技术与应用”项目。不难发现，这支团队只做有“温度”的绿色科研，引领清洁能源高效供应，助推低碳减排可持续发展。

空气源热泵热水器。

【1份电、搬3份热，4倍于电加热】

据国际能源署的研究报告，供热是全球最大的能源终端消费领域，当前向住宅、工业部门以及其他用途的供热约占全球总能耗的50%。

在过去很长一段时期，我国供热以煤炭为主，碳排放高，燃煤供热还曾造成严重雾霾。面向国家“双碳”战略，热能减碳任务艰巨。随着可再生电力占比提高，供热技术正逐步从传统化石燃料燃烧，转型为电气化低碳供热。

作为电气化低碳供热的关键技术，热泵可以通过消耗1份的电，从低温环境热源，如水源、地源、空气源、余热中，额外吸收搬运3份的热，实现4倍于电加热的供热能力。

目前学界普遍认为，若热泵全面应用于规模化供热水、采暖和供工业蒸汽等场景，可实现全社会减碳15%到22%。其中，空气源随处可取，更适合热泵的大规模推广。

在这一能源应用趋势下，项目团队在国家科技计划和校企合作项目支持下联合攻关，历时20年掌握了热能品位广、供热效率高、应用范围宽的“空气源热泵的多品位高效供热系列关键技术”，并实现了热水、采暖以及工业蒸汽的高效供应。在商用领域，他们首创空气源大温升复叠热泵蒸汽发生系统，最高输出温度可达到150℃，为工业热能供应提供了新选项。

王如竹等现场考察技术应用。

【超低温“破冰”，极寒地带照样供暖】

相比“烧管道气”的最常见燃气热水器，空气源热泵热水器则利用周边空气作为低温热源，来制取生活热水。它主要由空气源热泵循环系统和蓄热水箱两部分组成，通过消耗部分电能，把空气中的热量转移到水中，从而制取热水。

已应用王如竹团队关键技术的产品，实际运行测试表明，在室外干湿球温度计分别测得20℃、15℃的环境中，空气源热泵热水器把15℃冷水加热到55℃时，其性能系数达到4.73，处于国际最高水平。从全年运行的平均供热性能系数看，是传统的电加热热水器用电量1/4。

超低环温空气源热泵采暖机。

但不得不承认，在北方极寒地带，传统空气源热泵往往难以施展拳脚。面对这一挑战，项目团队研发出一项革命性的技术——气液混合喷射压缩技术。它巧妙地将制冷剂蒸气与液体同时注入压缩机，不仅显著降低了压缩机排气温度，而且也提高了热泵的制热效率，还确保了供水温度能够满足多样化的采暖需求。即便在-35℃的极端低温环境下，空气源热泵也能稳定高效地运行，实现了从家庭住宅到大型公共设施的全面适用性。

该技术在一系列标志性项目中得以成功应用，不仅北京“鸟巢”场馆的采暖项目确保了赛事的舒适环境，在素有“中国北极村”之称的漠河，低环温空气源热泵直面-40到-30℃的极端低温挑战，稳定供热保障了20℃的室内温度，有力证明了空气源热泵在超低温环境下的可靠性和高效性。

采用小温差换热末端的高效空气源热泵冷暖机。

【小温差换热末端，35℃进水供暖保湿】

“解剖”这一空气源热泵项目的内部，可谓“细节决定成败”。原来，其低水温风机盘管，利用“小温差换热末端技术”开发，将小管径铜管与波纹铝翅片相结合。

只见里面的铜管就像细密的血管，虽然管径纤细，却大大增加了与外界“交流”的表面积，让热量传递更加亲密无间；而那些波纹状的铝翅片，就像无数个小风扇，不仅扩大了热交换的空间，还加速了热量的“奔跑”速度，让冷凝过程变得更加轻松愉快。

由于这样的室内换热风机盘管显著提升了单位体积的换热能力，可以只用35℃热水高效供热，降低了整个热泵系统的供热水温度需求，较传统的45℃热水供热，使得热泵制热效率提高近30%。

在这一高能效比的换热新方案下，在冬季，即使风量较小，机组也能迅速将热量传播至室内，而且进水温度只需要35℃就能达到良好效果，确保了24小时采暖的高效运行。不仅即开即热，快速升温，减少了不必要的能源消耗，而且其空气源热泵水系统的供暖方式使得室内湿度得以保持，避免了空气过于干燥的问题。

而在夏季，当需要制冷时，通过加大风量，循环冷媒的温度在12℃-15℃便能轻松达到制冷要求，且无强力送风的不适感和噪音干扰。

图片来源：受访高校

题图说明：王如竹（中左者）与学生们在一起。（资料照片）

来源：作者：徐瑞哲

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