上海交大團隊提出中間溫度儲熱技術，為冬季儲熱及夏季儲冷提供解決方案

近日，上海交大機械與動力工程學院制冷與低溫工程研究所王如竹教授ITEWA創新團隊在Energy & Environmental Science上發表了題為“Fewer temperature ties: scalable integration and broad selection of phase change materials for both heating and cooling”的研究論文，提出了雙效能準兩級熱泵耦合中間儲熱的供熱或空調制冷解決方案，使單一相變儲熱裝置同時實現冬季儲熱與夏季儲冷。研究結果表明了該系統在全球范圍內的規模化應用潛力，首次揭示了全球季節性供暖和制冷策略，為全球供暖和制冷普惠提供了啟示。制冷與低溫工程研究所博士生寇小雪為論文第一作者，王如竹教授為通訊作者。

全球約三分之一的人口面臨冬季取暖和夏季制冷的需求。在可再生能源戰略的背景下，相變儲熱技術與熱泵相結合的研究持續受到關注。然而，現有方法在同時滿足供熱和制冷雙重要求時，往往不得不聯用多個定制化的儲能裝置，不僅加重經濟負擔，還會在大規模應用中，因材料定制問題限制了該技術的廣泛推廣。因此簡化系統配置并增強其多功能性，是推動熱泵與熱能儲存耦合系統朝著季節性熱能供應方向發展的關鍵要素。

論文提出了一種用于雙季節使用的中間相變儲熱解決方案。結合雙效能準兩級熱泵，相變溫度介于環境溫度與供能溫度之間的相變材料可以同時作為冬季儲熱與夏季儲冷。論文建立了包含相變溫度在10-30℃區間的90種中間相變材料數據庫。針對全球有季節性供熱和制冷需求的地區，該文為51個國家/地區和95個省/州/自治區選擇了具有顯著優勢的中間相變儲熱材料。通過高通量篩選，研究確定了選用相變溫度在10.5-22℃之間的材料具有顯著優勢。在美國阿肯色州、中國北京，以及美國明尼蘇達州和中國上海，通過部署該系統，以需求為導向的能源供應策略可以得到顯著性能提升。與非集成熱泵相比，年性能系數提高了11.73%至21.99%，與單獨的儲熱與儲冷系統相比，年性能系數提高了51.31%。該集成系統克服了成本障礙，同時最大限度地減少了土地占用，并在全球氣候變化中表現出很好的適應能力。該解決方案為實現全球供暖和制冷普惠提供了一種新方法，促進人類獲得更加平等便捷的基本能源服務。

王如竹教授領銜的“能源-水-空氣”交叉學科創新團隊ITEWA長期致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉實現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動相關領域的進展。團隊近年來在Science、Nature Reviews Materials、Nature Water、Joule等期刊發表了系列跨學科交叉論文。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE04223A