零碳科技：海尔热声热泵技术获全国颠覆性技术创新大赛最高奖

近日，由工信部主办的第十三届中国创新创业大赛颠覆性技术创新大赛总决赛盛大举行。海尔空调带来的“极低温室效应高效大温跨热声热泵”项目以全票通过的优异成绩，成功斩获本次大赛的最高奖——优胜奖。是2024年度家电行业唯一获奖项目，也是行业内唯一三次拿下最高奖的企业。

今年的全国颠覆性技术大赛重点聚焦未来能源、未来制造、未来信息、未来材料、未来空间和未来健康六大可能产生重大颠覆性突破的技术领域，旨在提高企业和国家科技竞争力，掌握未来发展的主动权。

在能源领域，绿色低碳已是全球的大势所趋。因此，以高效能源利用著称的热泵技术成为主流科研方向。但传统的热泵技术面临着两大挑战：一是有效供热温跨范围小，仅65℃左右，而且随着温跨增加制热效率会骤降甚至失效，无法满足更高温跨场景的供热需求。

比如在中国最北端的漠河，冬季环境温度低至-50℃，供热温度需要达到45-60℃，这些需要大跨度制热的场景，传统热泵技术基本“束手无策”。

二是不环保，由于其大量使用非环保制冷剂，会加剧温室效应。海尔本次参赛的热声热泵技术，则为这个行业性难题提供了颠覆性的解决方案。

该技术突破了传统压缩机热泵技术框架，采用了全新的热力循环运作模式。即便在极端恶劣环境中也能稳定高效运行，供热效率比传统热泵技术提升了30%以上；大温跨的需求也得到了很好的解决，供热温跨突破100℃。

不仅如此，海尔空调热声热泵技术还采用惰性气体（如氦气、氮气等），作为工作媒介彻底杜绝了温室气体的排放，真正达成了零温室效应的环保要求。

美国能源部将热声热泵技术列为“十大最有前景的新型制冷/热技术”，热声热泵技术堪称是最具颠覆前景的大温跨供热技术。

大温跨热声热泵技术未来将广泛应用于极地科考、一带一路和高纬度严寒地区的全采暖季。

海尔率先突破的大温跨热声热泵技术，将成为全面助推“双碳”目标实现的重大技术手段，正带动新产业链落地，以科技创新驱动新质生产力发展。

什么是热声热泵技术？

热声技术是指由介质引起声学自激振荡的现象。热声技术实质上是一项“热机技术”。有人甚至称热声热机为“第四代热机”。如同蒸汽机或内燃机一样，热声热机可将热转换为机械能，或用机械能产生温度差。

简单地说，热声效应是由热在弹性介质（常为高压惰性气体）中引起声学自激振荡的物理现象。如下图1所示的简单装置，当热量施加到热端换热器上，热端换热器所包围的气体被加热。气体膨胀并产生首个压力扰动波前，向两端以声速传播。同时由于膨胀后的气体被推入回热器板叠的空隙中，回热器的温度低于热端换热器，气体换热后体积收缩，收缩的气体有向回运动的倾向。同时，第一个压力波前传播到谐振腔的端部而反射回来，反射波与气体收缩运动相叠加。在某一频率（由谐振管长度与声速度决定）上产生正反馈加强，经若干个周期的重复加强后，达到饱和而形成持续的谐振波动。这个过程完成了热到声波形式的机械能的转换，这一过程就是“热声正效应”。这个热声装置就是最简单的“热声发动机”。如果在谐振管中利用电声振荡装置产生声压力波，“热声逆效应”的结果就会使得两个换热器间产生温差，即泵热过程。利用这个泵热过程，就可以制作由声波进行制冷的“热声制冷机”。热声制冷机已可轻易地实现摄氏零下200度以下的低温。

此外，将上述两套系统连接在一起。一个系统加热，产生声振荡，另一个系统吸收声振荡进行制冷。这样的系统可以实现完全无机械运动部件，由热直接驱动的制冷机。

与热声制冷类似，但将低温端的温度固定为环境温度，可以实现高效制热，即热泵功能。在工业过程与生活中，很多场合都需要用电力产生热。常见的加热方式是采用电热元件将电力通过电阻发热产生热能，但这种热产生方式不经济，能源利用效率低。热泵作为一种新型的加热方式可以提高数倍的能源利用效率，如空气源、水源或地源热泵等。现有的热泵利用工质的压缩-蒸发过程（常见空调系统的逆过程）实现热泵功能。然而，由于工质特性的限制，这种热泵很难实现大温差泵热（一般低于100摄氏度），限制了在更高温度的应用。

利用热声热机，可以实现更高温度的泵热过程而制造热声热泵。由于热声热泵采用气体工质，适宜在很宽的温度范围内工作，因此热声热泵更适合高温（高于150摄氏度）应用场合。

从固态电卡制冷，到新型高温磁热泵

再到热声热泵技术

海尔已连续三次

荣获全国颠覆性技术创新大赛最高奖

每一次突破

都是海尔对科技高峰的勇敢探索

和对绿色未来的不懈追求

海尔将继续投身于绿色科技的研发与创新

推动行业向更加高效、环保的未来迈进

部分素材来源：海尔新媒体、科普中国

*文中部分图片由AIGC技术辅助生成