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上一期我们学习了东南大学张小松教授关于商用热泵 - 聚焦空气源热泵除霜问题的技术讲座。第二期，让我们一起学习张小松教授关于工业热泵和零碳工业园区的技术专题。
工业热泵为何成为行业风口？
我国工业用热需求占全社会终端用能的比重已处于峰值区间，进一步挖掘工业供热环节的减碳空间，是实现全链条脱碳的关键环节，而工业热泵的规模化普及，正是撬动这一环节降本增效的核心抓手。
国内政策端已构建起从顶层设计到落地细则的完整支撑体系：以“3060”双碳战略为长期行动纲领，各类细分领域支持政策持续出台，2026年4月两办联合发布的《关于更高水平更高质量做好节能降碳工作的意见》，更是将工业热泵纳入重点推广的核心技术目录，凸显其在工业绿色转型中的关键地位。 
特斯拉“宏图计划”明确将热泵作为建筑与工业场景的标配用能装备
麻省理工2024年度十大突破性技术榜单也将热泵纳入其中
当前全球范围内，以北半球主要国家为核心，一场覆盖技术创新、场景落地的热泵推广浪潮正全面铺开
工业园区如何实现零碳？
工业领域消耗了全社会约半数的终端能源，能源消耗过程中不可避免地伴随碳排放。面向降碳与近零碳目标，产业端的转型抓手该如何锚定？
我国“双碳”相关政策已落地实施数年，覆盖从家电以旧换新到城市更新的多层级场景，而工业园区作为工业集聚的核心载体，其低碳升级更是关键环节。
要实现近零碳园区建设，必须对现有用能结构实施系统性深度重构，工业热泵将在这一进程中发挥核心支撑作用。
张小松教授援引国家发改委发布的中国能流图数据，通过2024年能源消费现状与2060年远景目标的对比分析指出：当前我国能源消费仍以煤炭等碳基能源为主，到2060年，传统碳基能源占比将大幅降至较低水平，可再生能源将成为能源供给的绝对主体。
当前我国终端电气化率仍处于相对低位，到2060年电力在终端能源消费中的占比将显著提升，电力将主要覆盖工业与建筑两大核心用能领域。
其中工业领域的能源消耗中，很大一部分以热能形式呈现，在未来高电气化的能源体系下，工业热泵将具备天然的技术适配优势。
工业园区要实现近零碳运行，需最大化提升可再生能源消纳比例，并配套完善储能体系。近年来我国储能产业发展迅猛，电化学储能的装机规模增长尤为突出。未来储能技术的发展不应局限于电池等单一电化学载体，需重点布局新型长时储能技术，与工业热泵形成高效协同的技术合力。
雪人零碳园区全场景热能解决方案
什么是再电气化？
第二次工业革命的核心标志是电气化进程的全面推进。当前，“再电气化”作为全新发展理念逐步兴起，其核心路径是以可再生能源电力为引领，通过电力驱动的工业热泵替代传统化石燃料直接燃烧，从源头削减燃烧过程产生的碳排放。
工业园区是工业低碳转型的核心载体，其关键在于聚焦高能耗、高排放环节开展深度攻坚： 从全球范围看，工业领域能源消费占全社会总能耗的38%，二氧化碳排放占总排放量的25%
我国作为制造业大国，工业领域的能耗与碳排放占比显著高于国际平均水平，这与国内大量工业场景存在广泛的工艺蒸汽与加热需求直接相关
工业系统中蕴藏着体量庞大、分布广泛的余热废热资源，这类资源普遍存在形态多样、布局分散、品位偏低、工况差异大的特点。
针对这一特性，依托工业热泵与新型储能技术的协同应用，可实现低品位余热废热的高效回收与梯级利用，大幅提升工业系统整体能效，是推动工业领域节能降碳的关键技术路径。
再电气化，就是新一轮、清洁零碳版的电气化，再电气化是在原有用电基础上，同步完成两件事：
供给侧：电力零碳化 - 大规模风光、核电、水电替代煤电，让电力本身变成低碳 / 零碳能源
消费侧：全域电能深度替代化石能源 - 以电代煤、以电代油、以电代气，工业、建筑、交通全面扩大用电比例，建成以电为核心的能源体系
也就是说，用清洁电力来全面替换各行各业烧煤、烧油、烧气的高碳用能方式。
变频将是工业热泵的调节能量和保持部分负荷高效率的手段
工业高温热泵的技术原理与中温热泵一脉相承，核心是通过可再生电力驱动热泵循环，从低温热源中提取低品位热能。当前可再生绿电若无法得到充分消纳，极易产生弃电浪费，而热泵正是实现“可再生电力”与“可再生热能/工业余热”高效衔接的关键纽带。
热泵供热的性能系数COP（Coefficient of Performance，是衡量空调与热泵能效的核心指标，数值越高代表设备能效水平越优）可轻松突破1，在小温差工况下甚至能达到数倍，能效表现远优于直接加热模式 - 传统化石燃料燃烧供热的COP理论上无法达到1。
从“十二五”到“十三五”，我国节能降碳的工作重心正逐步从建筑领域向工业领域延伸。张小松教授团队围绕工业余热驱动的热泵技术开展了大量基础试验，核心目标是验证其适配工业场景供热需求的可行性。
张教授团队还针对150℃高温蒸汽的工业应用需求展开专项研究：初期采用小型单级涡旋压缩机，在80℃高温热源条件下完成了70℃温升工况的小型原理样机验证。
后续进一步采用螺杆压缩机完成了系统大型化的性能验证。研究中，涡旋与螺杆机型均配置了变频压缩机，通过调节压缩机流量特性，适配供热侧的动态负荷变化。
经多轮系统性试验验证，热泵系统的能量守恒特性，以及COP、供热量随温升的变化规律均与理论预期高度吻合。未来，该技术可在大型供热管网中实现热源侧与负荷侧的精准动态匹配。
变频调节试验结果显示，机组在低频率运行时，蒸发器与冷凝器的换热面积可得到更充分利用，COP反而有所提升，这充分证明变频运行的负荷调节能力可显著提升系统部分负荷效率，是一项极具价值的核心节能技术手段。
用混合工质的温度滑移， 把废热“吃干榨尽”
雪人集团二氧化碳热泵热水机组
如何实现余热废热的深度高效回收与“吃干榨尽”式的充分利用？
核心路径在于构建梯级余热利用体系，可将30℃的余热热源逐级降温至10℃乃至5℃的深度回收区间
技术层面可采用混合工质，将传统有机朗肯循环优化为洛伦兹循环
在供热侧，同样可依托混合工质的非共沸特性实现精准匹配
业内已广泛关注二氧化碳工质，其超临界状态下的温度滑移特性可实现大温升输出，尤其适配热泵热水机组工况。
采用HFO与HC或CO₂复配的混合工质，可充分发挥各组分优势：既保留CO₂单位容积制热量大、成本低廉的特点，又能有效降低碳氢类介质的可燃性风险。
需注意，温度滑移特性虽对常规朗肯循环存在不利影响，但在梯级供热场景下可转化为显著优势，既助力余热资源的极致回收，又能有效降低热量输送过程中的泵组能耗。
新型储能与工业热泵的结合
新型卡诺电池储能技术，核心是利用可再生绿电驱动热泵完成电-热转换，将能量以高温热能的形式存储于储热介质中；在电网需要补充电能时，再通过热机循环将存储的热能重新转化为电能输出，具备与传统电化学电池一致的“充-放”储能属性。
在实际工程运行场景中，系统可依托电网谷段低价富余电力驱动工业级高温热泵，通过逆热力学循环将低品位热量泵送至高温热汇侧，完成高品位热能的高密度存储
当电网进入用电高峰时段，或风光等可再生能源出现出力缺口时，再以有机朗肯循环为核心的热动力发电系统，将储热介质中存储的高品位热能重新转化为稳定电能并网输出
该技术可实现电能-热能-电能的跨时空高效能量迁移，完成全时段的能源动态灵活调度，从机制层面破解风电、光伏等间歇性可再生能源的并网消纳瓶颈，显著降低新能源大基地的弃风弃光率。
雪人集团蒸汽热泵螺杆压缩机及蒸汽热泵产品
雪人集团OPCON POWERBOX ORC螺杆膨胀发电机组
总结与展望
我国工业能耗占全社会总用能比重达60%，其中工业热力消耗占工业总能耗的40%，工业供热环节碳排放体量突出。依托高效热泵技术、深度余热回收体系与清洁能源替代路径完成工业热源升级改造，是工业领域与零碳园区实现深度降碳的核心抓手
构建产学研协同攻关体系，定向研发高温专用压缩机、抗腐蚀特种换热装备；规模化推广新型高效高温热泵，突破现有供热温度上限；开发低GWP环保循环工质；搭载数字孪生智能控制系统，适配工业园区动态变负荷运行工况，强化全链路余热梯级耦合利用效率
创新商业模式与金融支撑体系，深度推广合同能源管理（EMC）、能源托管等轻量化落地模式，将热泵设备更新纳入绿色低息信贷支持范畴；依托规模化量产摊薄整机初投资成本；出台行业统一能效准入标准，规范市场良性竞争秩序
聚焦石油化工、纺织印染、食品加工、零碳园区等重点场景打造标准化示范项目，全周期量化节能、减碳、降本三类核心收益；分行业定制适配性一体化供热解决方案，降低企业技术选型门槛，提升市场接受度
完善产业政策与服务生态，落地设备改造专项补贴、相关税收减免等激励政策；推动热泵系统与分布式光伏、储热装置、虚拟电厂协同运行，依托峰谷电价差进一步提升项目经济性；打通碳交易、绿证收益转化通道，搭建覆盖全生命周期的专业运维服务体系。
张小松教授第二期工业热泵与零碳园区的专题分享，不仅系统强化了行业同仁对工业热泵全技术体系的认知深度，更通过原理层面的融会贯通，帮助大家打通了此前存在的部分知识盲区。
其中，“依托混合工质实现大温跨余热极致梯级回收”这一核心技术思路，该原理与天然气液化工艺中的混合工质应用逻辑高度同源，二者仅在应用场景上形成区分：前者面向中高温余热的深度回收，后者聚焦低温液化工况的高效换热。
混合工质梯级换热基本原理
雪人集团在天然气液化领域通过混合工质液化天然气-162 ℃
热泵和制冷都属于热能与动力的领域，混合工质的温度滑移，我们能联想到二氧化碳超临界逆流换热，也能联想到天然气液化MRC混合冷剂的梯级换热。冷热同源，也是目前如火如荼的工业热泵相关行业的致胜之匙。
