以高温热泵代替传统工艺产生蒸汽，具有经济性和环保性，符合我国低碳发展目标。本项目对已开发的170kW级R245fa高温热泵机组进行测试分析，确定机组在热源温度50-70℃下均可实现100℃以上供热，分析了系统的优越性和应用前景。本项目针对实验中发现的闪蒸循环式蒸汽系统能效低和热泵系统动态稳定时间长的问题，提出蒸汽直出冷凝换热器结构设计方案和高温热泵系统动态控制优化方案，经仿真验证显著改善了热泵蒸汽系统性能和动态响应特性。

项目的总体目标是对已开发的高温热泵机组进行部件设计实现蒸汽直出并实现控制方面的优化，完成实验测试与性能分析：

1）设计蒸汽直出的两相冷凝器结构，建立冷凝器传热传质数学模型，对结构参数进行分析优化；

2）设计该高温热泵机组的动态控制策略，实现针对负荷追踪和能效提升的双目标优化；

3）建立高温热泵数学模型，搭建机组Simulink仿真平台和蒸汽直出冷凝换热器CFD模型，对系统进行预测和评估；

4）与企业合作完成热泵机组的90℃以上稳态和动态性能测试并验证具体应用场景下的可行性。

项目对高温热泵机组进行测试分析得出数据，机组 COP可达5.86，㶲效率可达54.25%，能效表现佳；机组相比燃煤锅炉，年运行成本减少22%，产生24%的碳减排效益，实现节能减排目标。项目设计了蒸汽直出冷凝换热器，对其进行数学建模及CFD仿真分析，利用工业生产中的余热，使用高温热泵机组实现直接蒸汽供应，提高蒸汽生产能效、减少成本。项目开发了基于PI双环控制和经济模型预测控制（EMPC）的动态控制优化策略。经仿真验证，后者通过目标追踪和能效提升的双目标控制将COP从未受控制时的3.68提升至4。两种控制策略在热泵机组上实体部署，能有效改善稳定时间长的问题，提高长期运行效率。