上海節能技術展了解到，近日，美國能源部艾姆斯國家實驗室Slaughter團隊在磁致熱熱泵研發中取得關鍵進展，成功解決了該技術在重量、成本和性能方面的長期瓶頸。這一突破標志著無制冷劑熱泵系統首次具備與傳統蒸汽壓縮技術競爭的實力，為零碳供熱制冷技術的商業化應用開辟了可行路徑。

傳統制冷技術面臨環境挑戰

蒸汽壓縮技術作為當前主流的制冷方式，依賴化學制冷劑實現熱量轉移。然而，常用制冷劑（如氫氟碳化物）的全球變暖潛能值可達二氧化碳的千倍以上，且存在泄漏風險。盡管近年來能效不斷提升，但其環境隱患始終是行業痛點。國際協議如《基加利修正案》已明確要求逐步削減高GWP制冷劑的使用，推動行業尋求更可持續的替代方案。

磁致熱技術：原理與優勢

磁致熱效應指磁性材料在外加磁場變化時吸放熱的物理現象。通過周期性改變磁場并配合流體循環，可實現連續的熱量轉移。這種技術路徑從根本上避免了化學制冷劑的使用，同時具備能源效率提升潛力。然而，此前磁致熱裝置受限于材料性能和結構設計，功率密度低、設備笨重，難以滿足商業化需求。

突破核心：結構優化與材料創新

Slaughter團隊通過創新設計楔形切口磁路結構，優化了永磁體與磁熱材料的空間配置，顯著提升了磁場利用效率和熱交換速率。實驗表明，新設計的功率密度已接近傳統壓縮機水平，同時大幅減少永磁體和磁鋼的用量，有效控制了重量與成本。
在材料方面，團隊對比了釓和鑭鐵硅氫化物等磁熱材料的特性。后者雖具備更高理論功率潛力，但制備工藝復雜且需多材料組合使用。基于商業化可行性，團隊在基線模型中采用釓材料確保系統穩定性，同時為未來材料升級預留空間。

商業化前景與行業影響

這一突破使磁致熱熱泵在建筑供暖、工業制冷等場景的應用成為可能。隨著全球對高GWP制冷劑的管控趨嚴，歐盟、美國等地已出臺政策鼓勵零制冷劑技術研發。磁致熱技術還可與可再生能源系統耦合，進一步降低碳足跡。
目前，團隊正針對系統循環效率與長期可靠性進行優化，預計未來三至五年內推出商用機型。此外，通用電氣、開利等企業已開始布局相關技術，推動產業鏈成熟。

技術挑戰與未來方向

盡管進展顯著，磁致熱熱泵仍面臨材料成本、磁場控制精度等挑戰。下一步研發需聚焦于新型磁熱材料的開發（如鈣鈦礦氧化物）、磁場系統的輕量化設計，以及智能控制算法的集成。多學科協作將成為加速技術落地的關鍵。
上海節能技術展關注到，磁致熱技術的成熟將重塑暖通行業格局，并為全球碳中和目標提供重要支撐。其應用還可能延伸至電子設備散熱、醫療冷鏈等精密溫控領域，拓展零碳熱管理的邊界。

來源：暖通家

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