空氣能熱泵熱水器的發(fā)展應(yīng)用及一些應(yīng)注意的問題

1、空氣能熱泵熱水器的發(fā)展應(yīng)用及一些應(yīng)注意的問題華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 汪南0 緒論2006年2月16日，旨在限制溫室氣體排放、遏制全球變暖的京都議定書生效，大力鼓勵(lì)、推廣綠色環(huán)保新能源及其應(yīng)用產(chǎn)品成為必然的選擇。而能源緊張、拉閘限電、燃?xì)鉂q價(jià)等問題的凸顯喚起了人們對能源戰(zhàn)略應(yīng)用的重新思考，同時(shí)也將人們的目光引向了新型能源的開發(fā)與利用, 這促使傳統(tǒng)的、高能耗的家電產(chǎn)品逐步退出市場。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和“城鎮(zhèn)化”進(jìn)程的加快，衛(wèi)生熱水能耗在建筑能耗中的比例越來越大，衛(wèi)生熱水節(jié)能已成為不容忽視的問題。這就催生了新一代熱水器空氣源熱泵熱水器，可以說它符合時(shí)代的要求?？諝庠礋岜脽崴髦饕幸韵聝?yōu)點(diǎn)：一

2、是節(jié)能。熱泵工作的原理就是用少量電能把空氣中或者水中的廢熱搬運(yùn)到要加熱的對象中， 就像水泵把水從低處送到高處，熱泵是把熱量從溫度低的地方運(yùn)到溫度高的地方，因此，要比純粹用電加熱或者用氣體燃料加熱要經(jīng)濟(jì)；二是安全。實(shí)現(xiàn)水電完全分離，同時(shí)也不像燃?xì)鉄崴饔斜ǖ碾[患，安全問題得到徹底的解決，而且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，用戶不必與強(qiáng)電接觸；三是安裝使用方便。陽臺(tái)、走道、雜屋、庭院、室內(nèi)、天面、外墻等隨意安裝，無須直面陽光；四是可以減少溫室氣體的排放，有利于保護(hù)環(huán)境?？諝饽軣崴髟谖覈梢运闶切屡d產(chǎn)品，其市場前景廣闊，但真正進(jìn)入到千家萬戶還有一段路要走，下面就有關(guān)問題談?wù)勛约旱囊恍┫敕ā?原理空氣源熱泵熱水器和

3、電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾裙?jié)能，這完全是由其工作原理決定的?？諝庠礋岜脽崴髦饕深愃瓶照{(diào)器室外機(jī)的熱泵裝置和大容量承壓保溫水箱組成。壓縮式空氣源熱泵裝置，主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流裝置四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)( 吸取環(huán)境中的熱量)、壓縮、冷凝（放出熱量)節(jié)流再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境中的熱量轉(zhuǎn)移到水中，如圖1所示。熱泵在工作時(shí)，把環(huán)境介質(zhì)（即空氣)中貯存的能量QA在蒸發(fā)器內(nèi)加以吸收；它本身消耗一部分能量QB，即壓縮機(jī)的耗電；通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進(jìn)行放熱QC，QC=QA+QB，由此可以看出，熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功QB和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量QA， 因此，采用熱

4、泵技術(shù)可以節(jié)約大量的電能。圖1 熱泵熱水器工作原理正如前所述， 熱泵工作的原理類似于水泵，把空氣里面廣泛存在的低品位能量，通過消耗電能，送到熱交換器（冷凝器)，然后冷凝器加熱熱水。所以。可以想象，如果所要加熱的熱水溫度確定（國標(biāo)規(guī)定衛(wèi)生熱水溫度55），當(dāng)環(huán)境溫度越低，那么熱泵工作就越困難，耗電就越多。2空氣能熱泵熱水器技術(shù)特點(diǎn)2.1家用型熱泵熱水器根據(jù)水箱與壓縮機(jī)的相對位置關(guān)系分為整體式和分體式，前者是將冷凝器和水箱置于一體，冷凝器采用盤管式或板片式，冷凝器可以放在水箱內(nèi)，也可以盤繞在水箱外壁，放在水箱傳熱效果好，能效比高，但對冷凝器盤管材料有要求，必須具有防腐功能。盤繞在管壁時(shí)傳熱熱阻高，因

5、而能效比要差些。 圖2 分體式熱泵熱水器 圖3 整體式熱泵熱水器分體式家用型熱泵熱水器是由熱泵主機(jī)+熱水箱，通過管路將兩者連接起來，一般采用循環(huán)加熱方式，當(dāng)水箱內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，壓縮機(jī)停止運(yùn)行。采用承壓水箱，水箱壁厚較大。家用熱泵出現(xiàn)了復(fù)合型功能的機(jī)組，即采用三個(gè)換熱器，兩個(gè)風(fēng)冷熱交換器和一個(gè)水冷熱交換器，其中兩個(gè)風(fēng)冷熱交換器一個(gè)安裝在室內(nèi)，一個(gè)在室外，水冷熱交換器布置在水箱內(nèi)。其工作模式：同時(shí)需要給房間供冷和供應(yīng)熱水時(shí)，室內(nèi)風(fēng)冷熱交換器為蒸發(fā)器，水冷熱交換器為冷凝器；房間需要供冷而水箱熱水溫度已達(dá)到要求時(shí)，室內(nèi)風(fēng)冷熱交換器為蒸發(fā)器，室外風(fēng)冷熱交換器為冷凝器，此時(shí)是一個(gè)單純的空調(diào)器；房間不

6、需制冷。需要對水箱加熱時(shí)（過度季節(jié)），室外風(fēng)冷熱交換器為蒸發(fā)器，水冷熱交換器為冷凝器；房間需制熱，水箱不需要加熱（冬季工況），室外風(fēng)冷熱交換器為蒸發(fā)器，室內(nèi)風(fēng)冷熱交換器為冷凝器，此時(shí)是一臺(tái)熱泵。2.2 商用型熱泵熱水機(jī)器商用熱泵熱水器和家用分體式熱泵熱水器很相像，只不過壓縮機(jī)功率較大，熱水的供應(yīng)能力增強(qiáng)，冷凝器常采用板式換熱器和套管式換熱器，加熱方式有循環(huán)式和直熱式兩種，前者通過冷凝器的不斷加熱，將水箱內(nèi)水溫從1525左右提升到55左右，然后停止運(yùn)行，工作過程中壓縮機(jī)的工作狀態(tài)點(diǎn)不固定，壓縮機(jī)工作壓力逐步升高；后者采用冷凝器將來自自來水管的水直接加熱到55，壓縮機(jī)的工作狀態(tài)點(diǎn)穩(wěn)定；兩種方式各有

7、優(yōu)缺點(diǎn)，前者可很方便完成對供水系統(tǒng)熱損失較大時(shí)的再加熱功能；后者壓縮機(jī)工作狀態(tài)較穩(wěn)定，采用逆流加熱方式，能效比高些。為了達(dá)到更高的能效比和經(jīng)濟(jì)效益，商用熱泵熱水器的使用必須結(jié)合建筑物的一些特點(diǎn)進(jìn)行綜合利用，如在學(xué)校工廠職工宿舍等場合安裝時(shí)，應(yīng)充分考慮和太陽能熱水器的結(jié)合，兩者互補(bǔ)運(yùn)行費(fèi)用更低。在酒店等場合使用時(shí)，則可考慮冷量的回收問題。2.3制冷劑的選擇目前常用的制冷劑類型是R22，在國外歐洲市場采用R417A，在日本采用的是R410a。3珠三角地區(qū)空氣能熱泵的發(fā)展?fàn)顩r3.1 企業(yè)特征及產(chǎn)品現(xiàn)狀04年到現(xiàn)在，空氣能熱水器企業(yè)大軍中，中小企業(yè)一直占據(jù)著整個(gè)市場的絕對比重，而這些企業(yè)普遍的情況是：

8、生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)研發(fā)能力差。國內(nèi)空氣能熱水器行業(yè)仍呈現(xiàn)出無序和品牌集中度較低的特征。隨著節(jié)能環(huán)保上升為一項(xiàng)基本國策，各級地方政府的逐漸重視，空氣能熱水器的升級換代的速度明顯加快，產(chǎn)能帶動(dòng)價(jià)格的競爭手段已逐漸削弱，新一輪的競爭特點(diǎn)集中為以技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新為核心。目前在全國生產(chǎn)熱泵企業(yè)的5、6百家企業(yè)之中，獲得生產(chǎn)許可證的只有27家企業(yè)，各種行標(biāo)、國標(biāo)的制定也趨使行業(yè)競爭格局升級?？諝饽軣崴骶薮蟮氖袌隹臻g吸引了以美的、格力為代表的知名品牌的加入，而這些在國內(nèi)空氣能熱水器行業(yè)中占據(jù)稍大優(yōu)勢的企業(yè)較為注重研發(fā)、追求技術(shù)創(chuàng)新，在它們的帶動(dòng)和對市場份額的大規(guī)模爭奪下，國內(nèi)空氣能熱水器行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新將成為必

9、然趨勢，行業(yè)內(nèi)的競爭格局將日漸升級，市場的品牌集中度也將逐漸提高。3.2 市場狀況空氣能熱水器進(jìn)入中國幾十年，但真正發(fā)展不過幾年的時(shí)間。從零星的市場到10個(gè)億的銷量，空氣能熱水器走的路并不長。07年年末的統(tǒng)計(jì)顯示，這一年空氣能熱水器企業(yè)大軍以迅雷不及掩耳之勢占領(lǐng)了近10個(gè)億的市場份額，而08年空氣能熱水器銷售市場最大的亮點(diǎn)莫過于格力3個(gè)月內(nèi)創(chuàng)造的2.2個(gè)億的銷量，這一數(shù)據(jù)，無不顯示出空氣能熱水器市場的巨大潛力！如圖一顯示，06年空氣能熱水器的總產(chǎn)量為6.2億元，07年為10億元，08年達(dá)到了15億元。從6.2億到15億，不過兩年的時(shí)間，年增長率達(dá)到150%。  圖4 熱泵熱

10、水器銷售行情（數(shù)據(jù)來源：慧聰熱泵網(wǎng)）3.4企業(yè)發(fā)展之路企業(yè)在研制生產(chǎn)銷售熱泵熱水器時(shí)，絕大多數(shù)企業(yè)在商用熱泵熱水器上投入較多，但商用熱泵熱水器的市場空間畢竟有限。因此，一個(gè)企業(yè)要想在熱泵熱水器行業(yè)做強(qiáng)做大，家用熱泵熱水器是必須搶占的市場。4應(yīng)注意的問題4.1 全年衛(wèi)生熱水供應(yīng)方案熱泵熱水器從原理上將低位熱源的熱量向高位轉(zhuǎn)移，如果低位熱源的品位太低，熱泵的熱搬運(yùn)能力明顯降低，當(dāng)空氣溫度降低到零下810以下時(shí)，基本上談不上什么制熱效果，當(dāng)對用戶來說這不能成為不能供應(yīng)熱水的理由，空氣溫度越低，用戶熱水噴出溫度的舒適點(diǎn)提高，即原先水溫在41時(shí)感覺良好，冬季可能要到43，使得熱水的消耗量大大提高，如果熱

11、水器產(chǎn)品不能滿足用戶的需求，則不管熱泵是如何節(jié)能，熱水供應(yīng)是失敗的。因此，作為熱泵熱水器企業(yè)再向用戶推銷產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)滿足用戶全年的熱水需求，對在惡劣天氣下熱泵熱水器本身不能滿足要求時(shí)，應(yīng)考慮一些補(bǔ)救措施，如加以電加熱器輔助加熱，盡管短時(shí)間是不節(jié)能的，但綜合全年的能效比，如果能得到2.0以上的效果，熱泵熱水器就非常理想了。4.2空氣能熱泵熱水器年性能評定體系的建立我國規(guī)定了在標(biāo)準(zhǔn)工況下家用熱泵熱水器的能效比，我的觀點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)工況下的能效比固然重要，但也必須建立熱泵熱水器的年性能的評價(jià)體系，熱泵熱水器和太陽熱水器一樣，屬于可再生能源利用設(shè)備。太陽熱水器在太陽輻照度很低時(shí)，需要輔助加熱，而熱泵熱水器，當(dāng)

12、采暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，也要求輔助加熱。這兩種熱水器都是主要從大氣中吸收可再生能源。很多國家對太陽熱水器的用戶給于適當(dāng)?shù)亩悳p免，承認(rèn)這些產(chǎn)品減少污染的作用。因此，管理部門要求必須能精確確定各個(gè)產(chǎn)品的量化性能。4.3 預(yù)防細(xì)菌繁殖措施供水系統(tǒng)是繁殖軍團(tuán)菌的主要場所，軍團(tuán)菌在接近人體溫的3536時(shí)最易繁殖，20以下不能繁殖，4550以上不繁殖或死亡，70則迅速死亡。因而其主要菌源實(shí)際上來自熱水系統(tǒng)，美國匹茲堡大學(xué)相關(guān)調(diào)查、研究工作也證明了這一點(diǎn)。熱泵熱水器作為一種熱水供應(yīng)設(shè)備，供水溫度一般在5055左右，在此溫度下細(xì)菌不易生存。熱泵熱水器的工作特點(diǎn)是熱水溫度越高則性能比也低。反之，降低熱水溫度熱泵的能效比

13、會(huì)提高，系統(tǒng)耗電量降低，因此在有些場所的運(yùn)行管理人員為了節(jié)約電費(fèi)，人為降低水箱的設(shè)定溫度，水箱溫度在4548，而水箱離供水點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，在有些支路上水溫很低，長期不用時(shí)就存在軍團(tuán)菌繁殖的風(fēng)險(xiǎn)。另外即使水箱溫度設(shè)定較高，但由于大型供水系統(tǒng)采用較大的儲(chǔ)水箱，箱體內(nèi)水溫分層明顯，即水箱上部溫度比下部溫度高出很多，在下部死角處易繁殖軍團(tuán)菌。北京市5家三星級以上賓館飯店進(jìn)行基本情況調(diào)查，采集生活熱水，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室軍團(tuán)菌病原學(xué)檢測，同時(shí)測定水溫。結(jié)果所調(diào)查的5家賓館飯店中有2家檢出軍團(tuán)菌，76份水樣中有5份陽性水樣，陽性率為6.58，混水罐、儲(chǔ)水容器和末梢水三個(gè)環(huán)節(jié)有檢出，陽性率分別為25.00、33.33和

14、4.35，三者之間無明顯差異。軍團(tuán)病已成為危害人群健康的一種重要疾病，其對人類健康的威脅已經(jīng)達(dá)到不容忽視的程度，研究報(bào)道，其暴發(fā)流行期病死率高達(dá)30%(15.4%30.0%)，散發(fā)病例病死率最高可達(dá)69%；世界范圍內(nèi)每年數(shù)萬病例。熱泵熱水器系統(tǒng)中是存在軍團(tuán)菌繁殖的可能的，因此必須考慮到這一危險(xiǎn)的存在，并采取相應(yīng)的防治措施，以免悲劇的發(fā)生。4.3系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性關(guān)系到產(chǎn)品的聲譽(yù)，盡管到處報(bào)道熱泵技術(shù)已經(jīng)成熟，但也應(yīng)注意到熱泵和其它熱水器相比，系統(tǒng)非常復(fù)雜，系統(tǒng)部件多，因而故障點(diǎn)也多，熱泵出現(xiàn)的問題的報(bào)道也很多。作為生產(chǎn)廠家，應(yīng)在以下幾方面多加注意：控制系統(tǒng)的改進(jìn)：有些廠家產(chǎn)品冬天

15、正常，但夏季出現(xiàn)沒到設(shè)定水溫時(shí)機(jī)組關(guān)機(jī)現(xiàn)象；控制器經(jīng)常失靈，非法停機(jī)和頻繁啟動(dòng)冬季除霜不合理：不同的區(qū)域不同時(shí)節(jié)，結(jié)霜的特征都不一樣，化霜不徹底時(shí)容易導(dǎo)致熱泵不工作或燒毀壓縮機(jī)。制冷管路布置的合理性：管路布置不好，易引起震動(dòng)而導(dǎo)致管道開裂現(xiàn)象。部件運(yùn)行的可靠性，有些廠家忽視一些小的制冷附件，這些制冷附件導(dǎo)致整個(gè)熱泵工作不正常。4.4防腐問題不少廠家生產(chǎn)的整體式家用熱泵熱水器，采用了將銅管繞成盤管后放置在水箱內(nèi)，由于國內(nèi)自來水水質(zhì)較差，采取加氯消毒方式，使得水中氯離子濃度較高，另外，國內(nèi)有些廠家生產(chǎn)的銅管質(zhì)量不過關(guān)，存在雜質(zhì)，另外，銅管表面溫度高會(huì)加速水中金屬離子的積聚，在水中形成原電池，加速了

16、銅管的腐蝕，種種原因，導(dǎo)致這類產(chǎn)品在運(yùn)行23年之后，陸續(xù)出現(xiàn)了明顯的腐蝕現(xiàn)象（銅綠水），如果不加處理，當(dāng)廠家產(chǎn)品銷售達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，大面積出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象而退貨打官司時(shí)，對企業(yè)的生存是致命的。4.5它國經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)在國外，有不少公司在研制開發(fā)熱泵熱水器，其發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)值得中國學(xué)習(xí)。4.5.1美國熱泵熱水器的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)在美國，熱泵熱水器的發(fā)展并不順利，至少在2004年以前如此：在上世紀(jì)70年代，由于中東戰(zhàn)爭引起的石油危機(jī)，使得熱泵得以大大發(fā)展，在80年代初，伴隨著熱泵的技術(shù)發(fā)展，熱泵熱水器也得以大面積擴(kuò)張，很多大企業(yè)也加入到熱泵熱水器行業(yè)中來，但隨之而來的是產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，用戶紛紛投訴，很多企業(yè)被迫改行，企業(yè)數(shù)量由最多的15家下降到不足3家（1995年）在維持。其主要原因在于熱泵熱水器的作用被夸大化了：熱泵的確是