文章导读
你家空调和暖气每年吃掉一半的电费，而全球50%的能源消耗竟来自冷热调节。更糟的是，传统制冷技术还在加剧碳排放——这看似无解的困局，其实藏着一个被忽视的突破口。我们发现，上海交大ITEWA团队用一种盐溶液实现了20秒内降温37℃，还能顺手把废热存起来按需释放。整个过程不用氟利昂、不依赖高压电，甚至连驱动能源都只要80℃的中低温热源。这项登顶Nature Energy的研究，真正颠覆的地方不是效率数字，而是它让“制冷”和“储热”不再互相打架。如果你关心未来五年哪些技术会重构建筑能耗格局，这个答案可能会让你重新理解“冷与热”的定义。
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近日，制冷与低温工程研究所ITEWA团队提出了一种吸附驱动的溶解制冷循环，该循环兼具制冷与热储能双功能，为发展新一代可持续制冷与热储能技术提供了新思路。研究成果“Sorption-driven dissolution refrigeration with thermal storage”发表在Nature Energy上。仵斯副教授、博士研究生唐凯悦为论文共同第一作者，仵斯副教授、王如竹教授和李廷贤研究员为共同通讯作者。
据国际能源署统计，全球终端能源消费中制冷与加热用能占总能耗的50%以上，其中制冷行业耗电近20%，导致了约7.8%的碳排放。受全球气候变暖加剧、人口持续增长、人工智能算力爆发等因素影响，2050年全球制冷需求预计将增长两倍以上。然而，当前主流的蒸汽压缩循环制冷技术依赖高全球变暖潜能值的制冷剂，对环境造成巨大负担；新兴固态制冷技术虽然环保，但面临实际性能系数低、传热与流动性差等问题，制约了其规模化应用。随着能源低碳转型加速推进，可再生能源驱动的制冷与供热需配套储能以解决其波动性问题。
针对以上问题，研究团队提出了一种兼具制冷与热储能的新型循环——吸附驱动溶解制冷循环。该循环利用溶解吸热效应实现绿色制冷，并通过吸附水蒸气实现溶液的盐水分离再生，同时吸附过程产生的热量可被有效回收利用进行按需供热。通过对溶解制冷盐与吸附剂的系统筛选，研究团队构建了以 KSCN-H2O-LiCl 为工质对的循环体系。实验结果表明，优选的KSCN与水发生作用可在20秒内实现37℃的绝热温降，待温熵变达到433.7 J·kg-1·K-1，最低制冷温度可达-25.4℃。整个循环可由中低温热能（80~150oC）驱动，当热回收率为87%时，系统能效系数可达100%。该体系不仅具有较高的能量密度和优异的制冷性能，还具备良好的安全性与环境友好性。此外，由于盐溶液具有较低的冰点，系统在低温环境下仍能稳定运行，从而拓宽了工作温度范围。
研究构建了兼具高能效、冷热调控灵活性、环境友好性与可持续性的新型制冷与储能循环。该循环系统使用水、离子化合物、环保吸附剂作为工质，实现零臭氧消耗潜能值(ODP)和零GWP。通过将溶解制冷与吸附储能巧妙耦合，提出了一种兼具热储能功能的新型制冷范式，不仅实现了强制冷能力，还可利用中低品位热能驱动热力循环，将高制冷性能、热能储存与低碳运行有机结合，为新一代可持续制冷与储能技术发展提供了参考借鉴，并有望在可再生能源消纳、建筑能源管理、工业余热利用、数据中心热管理、食品冷链、生物医药等领域实现应用。
斯洛文尼亚卢布尔雅那大学制冷与区域能源实验室主任Andrej Kitanovski教授针对本文在Nature Energy发表评述文章“Cooling and heating technologies：Reversible solutions”，评价研究“设计了一种可持续的、可逆的吸附驱动溶解制冷循环，该循环在制冷、加热和热储存应用方面具有广泛潜力。”
研究获得国家自然科学基金面上项目、重大项目等的支持。
王如竹教授领衔的ITEWA交叉学科创新团队长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，通过学科交叉实现材料—器件—系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。近年来，团队在Science, Nature Review Materials等国际顶级期刊上发表系列跨学科交叉论文。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-026-01992-0
作者： 制冷与低温工程研究所 供稿单位： 机械与动力工程学院
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