家用空调维护进阶：制冷剂跨临界循环与跨季节储能耦合 基础回顾：常规空调制冷循环（蒸汽压缩式循环） 首先，让我们回顾您已知的常规家用空调（制冷模式）工作原理。其核心是 蒸汽压缩式制冷循环 ，主要部件包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。循环工质（制冷剂，如R32）在系统内经历 亚临界循环 。 关键点 ：在整个循环中，制冷剂的压力和温度始终低于其 临界点 （对于R32，临界温度约78.1°C，临界压力约5.78 MPa）。制冷剂在冷凝器中 完全冷凝 为液态，在蒸发器中 完全蒸发 为气态，主要依靠 相变潜热 （液体变气体吸热，气体变液体放热）进行热量搬运。 概念引入：什么是“跨临界循环”？ 跨临界循环 是一种特殊的热力循环，其工作过程 跨越了制冷剂的临界点 。最典型的应用是某些型号的二氧化碳（R744）热泵热水器或汽车空调。 工作原理区别 ：在跨临界循环中，高压侧的制冷剂压力高于临界压力，温度也常高于临界温度。此时，制冷剂在高压侧（气体冷却器，代替了冷凝器） 不会发生从气体到液体的相变 ，而是以超临界流体的状态，通过 显热 （温度变化带来的热量）的方式被冷却放热。低压侧则仍发生蒸发吸热过程。 与亚临界循环的核心对比 ：跨临界循环的放热过程是一个 温度滑移 较大的降温过程（超临界流体冷却），而非亚临界循环中温度基本恒定的冷凝过程。这使其在匹配变温热源（如将水从低温加热到高温）时，理论上具有更好的温度匹配度和能效潜力。 进阶耦合：跨临界循环如何与“跨季节储能”概念结合？ 跨季节储能 是指将某个季节（如夏季、春秋季）富余的能源（通常是热能）储存起来，用于另一个需求不同的季节（如冬季供暖）。 耦合思路 ：将采用跨临界循环（尤其是CO2循环）的热泵系统，与一个大型的、高度保温的地下储热体（如含水层、埋管土壤、大型水箱）连接。 工作流程示例（以CO2热泵耦合土壤储能为例） ： 夏季模式（制冷兼储热） ：CO2热泵为室内制冷。此时，热泵的“废热”（即通常通过室外机排到空气中的热量）不是直接排入高温的夏季空气（这会导致效率下降），而是通过气体冷却器，以 跨临界循环的高温放热特性 ，将热量高效地注入地下储热体。由于地下温度相对稳定，此过程比向高温空气排热更高效，同时为地下储能体充电。 冬季模式（供暖兼取热） ：切换运行模式，将地下储热体作为低温热源。CO2热泵从已储存了热量的地下储热体中提取低温热能，经跨临界循环提升温度后，为室内供暖。由于冬季地下热源温度高于室外空气温度，热泵的制热能效比（COP）将显著高于常规空气源热泵。 优势 ：这种耦合实现了能源在时间尺度上的转移，大幅提升了全年综合能效，特别适用于冬季供暖需求大、夏季有制冷需求的地区。跨临界循环因能产生较高温度的热量，更适合向储能体高效注入热量。 技术挑战与现状 系统复杂性 ：需要大规模、高保温的储热装置（如大型地下工程），初投资极高，更适合社区或区域级系统，而非单个家庭。 控制策略复杂 ：需根据季节、天气、负荷和储能体状态进行复杂的模式切换和优化控制。 家用化前景 ：目前纯正的“跨临界循环+跨季节储能”系统在普通住宅中极为罕见。但 其原理正启发着一些先进技术 ，例如： 带生活热水储水箱的CO2热泵热水器，可视为一种小规模、短周期的“储热”应用。 地源热泵（土壤源）本身利用了土壤的跨季节温度稳定性，虽然其常规循环仍是亚临界的，但思想上有相通之处。 研究方向包括开发更紧凑、经济的相变材料储热单元与高效热泵的耦合。 总结 ：您已理解的常规空调 亚临界制冷循环 是基础。 跨临界循环 突破了临界点限制，放热过程为变温显热释放。将它与 跨季节储能 耦合，是一种着眼于全年气候、实现能源时间转移的前沿系统构想，能极大提升综合能效，但目前因其复杂性和成本，主要处于区域供热/供冷的研究与示范阶段，其设计理念正在影响下一代高性能家用热泵系统的发展。