自1987年《蒙特利尔议定书》发布以来，改变制冷和空调的工作方式一直是近年来的热门话题。人们急切需要相应对策用以缓解由于使用空调制冷而导致的对臭氧消耗和随之而来的全球变暖的现实。

“卡路里冷却”（Caloric Cooling）是利用固体材料进行制冷、供暖通风和空调（HVAC）的技术，它的原理是基于作为制冷介质的“卡路里固态材料”的不同的热物理效应（机械热，电热和磁热效应）。这一技术的优点是不会使用对环境有害并导致全球变暖的温室气体。它可以在噪音很小的情况下运行，并且其系统组件有回收的潜力。“卡路里冷却”有可能最终成为传统蒸气压缩制冷的真正替代品。

“卡路里热泵（Caloric heat pump）”研究的目标是基于活性“卡路里”再生（ACR：Active Caloric Regenerative）热泵循环，该循环是基于布雷顿循环（Brayton-based cycle），其中“卡路里”固体材料既充当制冷剂又充当热泵系统的再生器。系统的四个循环过程如图所示。

如图所示，ACR系统通过从较冷的外部环境提取热量，然后将热量通过系统传送到室内。从在ACR再生器中施加外场Y并将其保持在最大值（Y1）的条件开始，图a可以看到其绝热场减弱，直到达到最小值（Y0）。因此，“卡路里”固体材料表现出其独特的热物理效应，材料温度会降低。然后，辅助流体从较热的热交换器（HHEX）流向较冷的热交换器（CHEX），穿过再生器并对其进行加热（图b）。在绝热条件下外场从Y0增加到Y1（图c），由于材料的热物理效应，蓄热器进一步发热。因此，通过再生器，较冷的热交换器（CHEX）转换成较热的热交换器（HHEX），在HHEX处流体被加热（图d），从而建立所需要的ACR循环。

活性“卡路里”再生（ACR）热泵循环：a 绝热场减弱；b HHEX到CHEX的热量转移；c 绝热场增强；d CHEX到HHEX的热量转移

本文绘制了使用不同热效应材料的固态热泵能量性能图。进行研究时考虑了多种热效应材料，并基于活性“卡路里”再生（ACR）热泵循环系统进行评估。数值计算是通过二维模型执行的，该二维模型已在先前的研究中得到验证，模型通过有限元方法进行求解。所使用的固体材料是电热和机械热驱动的，作为基准磁热材料的“钆”也通过了比较测试。我们评估了“卡路里”固体材料热泵的热物理性能，如温度跨度，加热功率和性能系数COP。从全局考虑出发同时评估这三个能量参数，我们认为机械热是最适合热泵应用的热效应，尤其是基于弹性热的Ni-Ti和重热的乙氧基硅橡胶，对比所需能耗，这种独具创新的热泵系统能够实现令人满意的性能系数和所需的温差需求。