上海节能技术展了解到，近日，美国能源部艾姆斯国家实验室Slaughter团队在磁致热热泵研发中取得关键进展，成功解决了该技术在重量、成本和性能方面的长期瓶颈。这一突破标志着无制冷剂热泵系统首次具备与传统蒸汽压缩技术竞争的实力，为零碳供热制冷技术的商业化应用开辟了可行路径。

传统制冷技术面临环境挑战

蒸汽压缩技术作为当前主流的制冷方式，依赖化学制冷剂实现热量转移。然而，常用制冷剂（如氢氟碳化物）的全球变暖潜能值可达二氧化碳的千倍以上，且存在泄漏风险。尽管近年来能效不断提升，但其环境隐患始终是行业痛点。国际协议如《基加利修正案》已明确要求逐步削减高GWP制冷剂的使用，推动行业寻求更可持续的替代方案。

磁致热技术：原理与优势

磁致热效应指磁性材料在外加磁场变化时吸放热的物理现象。通过周期性改变磁场并配合流体循环，可实现连续的热量转移。这种技术路径从根本上避免了化学制冷剂的使用，同时具备能源效率提升潜力。然而，此前磁致热装置受限于材料性能和结构设计，功率密度低、设备笨重，难以满足商业化需求。

突破核心：结构优化与材料创新

Slaughter团队通过创新设计楔形切口磁路结构，优化了永磁体与磁热材料的空间配置，显著提升了磁场利用效率和热交换速率。实验表明，新设计的功率密度已接近传统压缩机水平，同时大幅减少永磁体和磁钢的用量，有效控制了重量与成本。
在材料方面，团队对比了钆和镧铁硅氢化物等磁热材料的特性。后者虽具备更高理论功率潜力，但制备工艺复杂且需多材料组合使用。基于商业化可行性，团队在基线模型中采用钆材料确保系统稳定性，同时为未来材料升级预留空间。

商业化前景与行业影响

这一突破使磁致热热泵在建筑供暖、工业制冷等场景的应用成为可能。随着全球对高GWP制冷剂的管控趋严，欧盟、美国等地已出台政策鼓励零制冷剂技术研发。磁致热技术还可与可再生能源系统耦合，进一步降低碳足迹。
目前，团队正针对系统循环效率与长期可靠性进行优化，预计未来三至五年内推出商用机型。此外，通用电气、开利等企业已开始布局相关技术，推动产业链成熟。

技术挑战与未来方向

尽管进展显著，磁致热热泵仍面临材料成本、磁场控制精度等挑战。下一步研发需聚焦于新型磁热材料的开发（如钙钛矿氧化物）、磁场系统的轻量化设计，以及智能控制算法的集成。多学科协作将成为加速技术落地的关键。
上海节能技术展关注到，磁致热技术的成熟将重塑暖通行业格局，并为全球碳中和目标提供重要支撑。其应用还可能延伸至电子设备散热、医疗冷链等精密温控领域，拓展零碳热管理的边界。

来源：暖通家

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