在瑞士，50%至60%的新房配备了热泵。这些系统从周围环境（例如来自地面、空气或附近的湖泊或河流）中吸收热能，并将其转化为建筑物的热量。

虽然今天的热泵通常运行良好且环保，但它们仍有很大的改进空间。例如，通过使用微型涡轮压缩机代替传统的压缩系统，工程师可以将热泵的功率需求降低 20% 到 25%（见插图）及其对环境的影响。这是因为涡轮压缩机比活塞装置效率更高，体积小十倍。但是，将这些微型组件整合到热泵的设计中并不容易。其微小的直径（<20 mm）和快速的转速（大于200,000 rpm）会引起并发症。

在洛桑联邦理工学院位于Microcity校区的应用机械设计实验室，由Jürg Schiffmann领导的一组研究人员开发了一种方法，可以更容易、更快速地将涡轮压缩机添加到热泵中。研究人员使用一种称为符号回归的机器学习过程，提出了简单的方程式，用于快速计算给定热泵的涡轮压缩机的最佳尺寸。他们的研究刚刚在美国机械工程师协会举办的2019年涡轮增压博览会会议上获得了最佳论文奖。

快 1,500 倍

研究人员的方法大大简化了设计涡轮增压器的第一步。这一步涉及粗略计算所需热泵的理想尺寸和转速，这一点非常重要，因为良好的初步估算可以大大缩短整体设计时间。到目前为止，工程师们一直在使用设计图表来确定涡轮压缩机的尺寸，但这些图表随着设备规模的缩小而变得越来越不准确。而且图表没有跟上最新技术。

图片来源：洛桑联邦理工学院

这就是为什么洛桑联邦理工学院的两名博士生——维奥莱特·穆尼尔（Violette Mounier）和西里尔·皮卡德（Cyril Picard）——致力于开发一种替代方案。他们将 500,000 次模拟的结果输入到机器学习算法中，并生成了复制图表的方程式，但有几个优点：即使在小尺寸的涡轮压缩机下，它们也很可靠;它们与更复杂的模拟一样详细;它们的速度快了 1,500 倍。研究人员的方法还让工程师跳过了传统设计过程中的一些步骤。它为微型涡轮增压器在热泵中的更易于实施和更广泛使用铺平了道路。 

编译 陈讲运微型涡轮压缩机的优点

传统的热泵使用活塞来压缩称为制冷剂的流体，并驱动蒸汽压缩循环。活塞需要润滑良好才能正常工作，但油会粘在热交换器壁上并损害传热过程。然而，直径只有几十毫米的微型涡轮压缩机可以在没有油的情况下运行;它们在气体轴承上以数十万转/分的速度旋转。部件之间的旋转运动和气体层意味着几乎没有摩擦。因此，这些微型系统可以将热泵的传热系数提高 20% 至 30%。

这种微型涡轮增压器技术已经发展了好几年，现在已经成熟。“已经有几家公司与我们联系，他们有兴趣使用我们的方法，”Schiffmann 说。由于研究人员的工作，公司将更容易将微型涡轮增压器技术整合到他们的热泵中。