- 水（R718）为GWP零、无毒不可燃天然制冷剂，具高汽化潜热。
- 综述覆盖100℃以上至约250℃供热，含单级、多级及R718复叠配置。
- 水热泵需压缩机处理大体积流量、先进密封，并应对高温腐蚀与精确控制。
水：一种用于高温工业热的有前景制冷剂
工业工艺加热占全球能源消费的很大份额，并且在很大程度上仍依赖化石燃料。高温热泵（HTHP）能够将低品位余热提升至 100℃ 以上的可用温度，因此作为实现工业加热电气化并减少相关温室气体排放的解决方案，正受到越来越多的关注。
最近，由美国辛辛那提大学和埃及艾斯尤特大学的研究人员团队发表在《Applied Thermal Engineering》上的一篇综述论文 [1] 探讨了水（R718）作为 HTHP 制冷剂的潜力，总结了理论建模、仿真、实验研究和样机演示的发现。水具有若干有吸引力的特性：它是一种全球变暖潜能值（GWP）为零的天然制冷剂，无毒且不可燃，来源广泛，并具有良好的热物理性质，包括高汽化潜热。根据所综述的研究，基于 R718 的系统可在高温下提供有竞争力的效率，尤其是与先进压缩机技术和优化循环配置相结合时。
该综述涵盖了在 100℃ 以上至约 250℃ 的温度范围内供热的应用，并考察了不同的架构，包括单级和多级系统，以及将 R718 与 R600 或 R1234ze(Z) 等其他低 GWP 制冷剂相结合的复叠配置。这些特性使基于水的 HTHP 在回收工业余热以及在食品加工、化工、制浆造纸和区域供热网络等行业提供工艺热方面尤其具有吸引力。
为什么水尚未在热泵中得到广泛使用？
尽管具有这些优势，将水用作制冷剂仍带来特定的工程挑战，这些挑战在历史上限制了其在蒸汽压缩热泵中的应用。水的低蒸气压和高比容要求压缩机能够处理大体积流量，并要求使用先进的密封系统，而高温蒸汽条件则带来了与材料兼容性和腐蚀相关的额外要求。还需要精确控制以确保稳定高效运行。
该综述重点介绍了双螺杆、离心式和涡轮压缩机，以及喷水、多级或复叠配置方面的进展，如何有助于应对这些限制并扩大可达到的温度范围。实验样机日益印证数值研究的结果，但在基于 R718 的高温热泵（HTHP）能够实现更广泛的工业部署之前，仍需在部件设计、材料、控制和商业规模示范方面进一步开发。综述所评述的经济性评估也令人鼓舞，表明在合适的工业运行条件下，R718 系统可提供具有吸引力的资本成本和投资回收期。
欲了解更多信息，该综述论文可在 Applied Thermal Engineering 上以开放获取方式获取。
[1] Elwardany, M., Siva Kumar Reddy, Y., Nassif, N., 2026. 水（R-718）作为高温热泵制冷剂：机遇、挑战与未来方向. Applied Thermal Engineering 304 (2026) 132756. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.132756
