1 引言

 

  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(shū)》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(wèn)題的凸顯, 喚起了人們對(duì)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(kāi)發(fā)與利用, 促使傳統(tǒng)的、高能耗的家電產(chǎn)品逐步退出市場(chǎng)。

 

  近兩年來(lái), 用空氣能熱泵制取生活熱水的技術(shù)在國(guó)內(nèi)剛剛起步。空氣能熱泵熱水器由于安全、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、不排放毒氣等諸多優(yōu)點(diǎn), 以及可以有效解決目前國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)對(duì)節(jié)約能源、環(huán)保、安全等各方面較棘手的問(wèn)題, 而受到社會(huì)各方面的廣泛關(guān)注。

 

  最近, 由于其在節(jié)能創(chuàng)新方面業(yè)績(jī)突出, 熱泵熱水器已經(jīng)被國(guó)家科技部列入“火炬計(jì)劃”。

 

  最新調(diào)查顯示, 在目前階段下, 空氣能熱泵熱水器可以解決太陽(yáng)能熱水器在城市發(fā)展的困境, 占有率將在幾年內(nèi)達(dá)到太陽(yáng)能熱水器的數(shù)倍。預(yù)計(jì)在三至五年市場(chǎng)占有率可望達(dá)到10 %～ 20 %, 銷(xiāo)售總額將達(dá)到400 億元。在未來(lái)5 年內(nèi), 空氣能熱泵熱水器將成為中國(guó)家庭特別是商品樓房的熱水設(shè)備首選產(chǎn)品, 市場(chǎng)前景非常廣闊。

 

  特別是近年來(lái), 如何平衡燃?xì)馀c用電量?jī)煞N能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為政府工作會(huì)議頻繁討論的一個(gè)議題。以上海、天津為首的一些城市在未來(lái)幾年內(nèi), 內(nèi)環(huán)以內(nèi)的熱水鍋爐設(shè)備將逐漸被取締, 市政府職能部門(mén)也在大力提倡使用節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品。在這種情況下節(jié)能、環(huán)保的熱泵熱水器是一個(gè)最好的選擇。

 

  據(jù)了解, 在2008 年北京奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)村和奧運(yùn)場(chǎng)館所需要的大量生活熱水供用規(guī)劃中, 也是利用了熱泵技術(shù)輔助的加熱系統(tǒng)。

 

  2 運(yùn)行機(jī)理及研發(fā)現(xiàn)狀

 

  空氣能熱泵熱水器主要由類似空調(diào)器室外機(jī)的熱泵主機(jī)和大容量承壓保溫水箱組成, 規(guī)格從0.7kW 至100kW 不等, 可滿足小至家庭、發(fā)廊, 大至學(xué)校、賓館、軍營(yíng)、公共浴室等熱水用量較大的各種用戶的使用要求, 安裝不受建筑物或樓層限制, 使用上也不受氣候條件限制。具有高效節(jié)能、安全環(huán)保、全天候運(yùn)行、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn), 其熱效率是電熱水器的4 倍, 燃?xì)鉄崴鞯? ～ 6 倍, 在保證使用的前提下, 其效率同樣也高于太陽(yáng)能熱水器。

 

  一臺(tái)壓縮式熱泵裝置, 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(guò)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(guò)程, 從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。

 

  熱泵在工作時(shí), 把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量QA 在蒸發(fā)器中加以吸收;它本身消耗一部分能量, 即壓縮機(jī)耗電QB ;通過(guò)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, 采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量的電能。

 

  當(dāng)然, 空氣能熱泵熱水器不是簡(jiǎn)單地把熱泵空調(diào)器用于采暖的熱變成熱水。產(chǎn)熱水的溫度一般要求在45 ～ 50 ℃,因此它不僅有著在寒冷地區(qū)冬季如何產(chǎn)熱的問(wèn)題, 還有著在炎熱地區(qū)夏季如何產(chǎn)熱的問(wèn)題,空氣能熱泵熱水器的典型性能曲線如圖3 所示。

 

  如果空氣能熱泵熱水器從室外空氣中取熱的話,從冷凝溫度、冷凝壓力、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力以及兩者溫差、壓力差等技術(shù)參數(shù)與熱泵空調(diào)器的對(duì)比結(jié)果來(lái)看:無(wú)論是冬季還是夏季, 空氣能熱泵熱水器都要比熱泵空調(diào)器的運(yùn)行工況更不利。如何解決和處理這些技術(shù)問(wèn)題, 已經(jīng)受到業(yè)內(nèi)相關(guān)人士的廣泛關(guān)注。

 

  目前, 主要有兩種解決方案, 一是從室內(nèi)空氣中吸收熱量。由于室內(nèi)環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定, 可以避免結(jié)霜現(xiàn)象和蒸發(fā)壓力的大幅波動(dòng), 在一定程度上保護(hù)了壓縮機(jī), 延長(zhǎng)了使用壽命;二是在節(jié)流部分, 采用雙毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。根據(jù)氣候條件, 選擇節(jié)流的毛細(xì)管通道, 再通過(guò)優(yōu)化控制, 能效比可以達(dá)到年平均4.0 的水平, 在冬季-10 ℃的低溫條件下能達(dá)到大約2.0 能效比的水平。

 

  3 與傳統(tǒng)熱水器的比較分析

 

  傳統(tǒng)熱水器以燃?xì)?、電?a href="http://www.zxkjjt.com/t/太陽(yáng)能.html" >太陽(yáng)能為主, 燃?xì)鉄崴靼踩暂^差, 燃燒不充分和水壓不穩(wěn)定易造成燃?xì)庵卸竞蜖C傷事件, 電熱水器的漏電隱患和住宅接地不良也對(duì)消費(fèi)者的生命安全造成嚴(yán)重威脅, 太陽(yáng)能熱水器儲(chǔ)水式的特點(diǎn)決定了其在晴天時(shí), 水溫可能很高, 造成燙傷, 陰雨天的電輔助加熱留下安全隱患, 在安裝、使用過(guò)程中也存在很多的局限性。而與以上熱水器不同, 空氣能熱泵熱水器是通過(guò)壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑氣體加熱水罐中的水, 電主要用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī), 制熱后的氣體通過(guò)外盤(pán)式的盤(pán)管與搪瓷水罐中的水交換熱量, 水電完全分離, 這樣, 既不存在漏電隱患, 省去了防漏電的煩惱, 也避免了電加熱管表面溫度高, 易結(jié)垢并影響加熱效率的弊端, 真正做到了安全可靠。

 

  空氣能熱泵熱水器由于采用了熱泵技術(shù), 可將大量低品位的熱能(空氣中的熱量)通過(guò)壓縮機(jī)和制冷劑, 轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏目衫玫?a href="http://www.zxkjjt.com/t/熱能.html" >熱能, 能效比在3.0以上, 即空氣能熱泵熱水器的壓縮機(jī)每耗1kWh 電,可產(chǎn)生電加熱消耗3kWh 電產(chǎn)生的熱水, 極大地節(jié)省了能源。

 

  當(dāng)然, 從初次購(gòu)買(mǎi)成本來(lái)看, 空氣能熱泵熱水器比電熱水器要貴不少。市場(chǎng)調(diào)查顯示, 120L 的空氣能熱泵熱水器, 市場(chǎng)價(jià)格在3000 ～ 4000 元, 200L 的空氣能熱泵熱水器, 市場(chǎng)價(jià)格在7000 ～ 8000 元。但在相同出水量的情況下, 其耗電量?jī)H為電熱水器的1/4 左右。按照120L 容量計(jì)算, 空氣能熱泵熱水器每小時(shí)耗電為0.56kWh , 普通電熱水器為2kWh , 一戶家庭每年能節(jié)省800 元左右。這筆初期投入預(yù)計(jì)將在2 年半時(shí)間內(nèi)收回。從投資回收來(lái)看, 還是相當(dāng)合算的。

 

  以120L 、溫度從15 ℃升到55 ℃為例, 我們對(duì)幾種熱水器的經(jīng)濟(jì)性做了比較, 可以看出空氣能熱泵熱水器在節(jié)能、環(huán)保方面確實(shí)優(yōu)于目前現(xiàn)有的其他熱水器。

 

  4 市場(chǎng)動(dòng)態(tài)

 

  國(guó)內(nèi)自主研發(fā)技術(shù)的空氣能熱泵熱水器2001年開(kāi)始進(jìn)入家庭, 之后發(fā)展遲緩, 直至目前, 在市場(chǎng)上幾乎還是一片空白。在近年供電矛盾突出的情況下, 由于其環(huán)保性能突出而獲得國(guó)家政策性支持, 市場(chǎng)前景重新被看好。目前, 全國(guó)已經(jīng)有100 多家企業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)空氣能熱泵熱水器的工作。

 

  現(xiàn)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的空氣能熱泵熱水器, 其主要結(jié)構(gòu)如圖4 所示。大部分生產(chǎn)廠家在基本架構(gòu)上并沒(méi)有較大變動(dòng), 技術(shù)創(chuàng)新多是基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上的局部改進(jìn)。

 

  國(guó)內(nèi)空氣能熱泵熱水器主要有商用和家用兩大系列, 家用系列簡(jiǎn)單地講, 可以說(shuō)是商用系列的小型化產(chǎn)品。除在水箱容量、熱水補(bǔ)償速度、制熱量、機(jī)組總重等方面因機(jī)組大小而不同之外, 二者在運(yùn)行工況、出水溫度、COP 以及制冷劑工質(zhì)的應(yīng)用等方面并沒(méi)有太大差別。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的該類產(chǎn)品種類繁多, 性能不一, 其主要性能指標(biāo)如下:

 

  ①機(jī)組運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)工況為環(huán)境溫度20 ℃;

 

  ②允許的工作環(huán)境溫度一般為-10 ～ 40 ℃, 部分產(chǎn)品在5 ～ 40 ℃;③最高出水溫度一般為50 ～ 60 ℃, 進(jìn)出水溫差一般為35 ～ 40 ℃;④熱效率(COP)一般在300 %～ 600 %, 部分產(chǎn)

 

  品夏季最高可達(dá)到700 %～ 800 %;

 

  ⑤制冷劑工質(zhì)多采用R22 、R134a 、R410a 、R417a ;⑥水箱容量主要有:

 

  家用系列:120L 、150L 、200L 、250L 、300L商用系列:270L 、400L 、480L 、760L 、840L 、1600L值得一提的是2005 年3 月, 首屆中國(guó)熱泵行業(yè)研討會(huì)的召開(kāi), 使得空氣能熱泵熱水器受到了業(yè)內(nèi)的普遍關(guān)注。除了幾十家已有產(chǎn)品投入市場(chǎng)的企業(yè)外, 許多尚未上馬生產(chǎn)的企業(yè)也列席了會(huì)議, 其中也包括傳統(tǒng)的空調(diào)生產(chǎn)巨頭。

 

  同年7 月, 全國(guó)首條規(guī)模生產(chǎn)整體式戶內(nèi)空氣能熱泵熱水器的總裝生產(chǎn)線在上海建成, 年產(chǎn)量可達(dá)到3 萬(wàn)臺(tái)。

 

  這些都充分表明, 目前國(guó)內(nèi)空氣能熱泵熱水器企業(yè)逐步增多, 實(shí)力逐漸加強(qiáng), 在研發(fā)和生產(chǎn)上的投入力度也越來(lái)越大。雖然國(guó)內(nèi)市場(chǎng)目前還處于開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段, 但是空氣能熱泵熱水器潛在的巨大市場(chǎng)和美好的市場(chǎng)前景正吸引著越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注和參與。

 

  5 亟待解決的問(wèn)題

 

  誠(chéng)然, 國(guó)內(nèi)空氣能熱泵熱水器的市場(chǎng)前景非?？春? 政府相關(guān)政策也有所支持, 但是我們還是應(yīng)該看到, 我們畢竟處于發(fā)展初期, 還有好長(zhǎng)一段路要走, 尤其是在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、技術(shù)研發(fā)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面還存在著相當(dāng)多的問(wèn)題。這也是今后空氣能熱泵熱水器在全國(guó)范圍推廣必然要面臨和解決的問(wèn)題。我們應(yīng)該看到:

 

  (1)空氣能熱泵熱水器在技術(shù)上還不是很成熟,特別是節(jié)能方面的關(guān)鍵技術(shù), 離產(chǎn)業(yè)化還有一個(gè)過(guò)程。據(jù)了解, 從2004 年開(kāi)始, 國(guó)內(nèi)不少空氣能熱泵熱水器廠家都推出了多款商用機(jī)和家用機(jī), 占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額, 但是市場(chǎng)拓展的步履還是有些艱難, 現(xiàn)在很多公司基本上是定量生產(chǎn)。

 

  因此, 不論從政府、企業(yè)還是市場(chǎng)方面都應(yīng)該對(duì)環(huán)保、節(jié)能的空氣能熱泵熱水器加強(qiáng)宣傳力度, 加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程, 以期得到更廣大消費(fèi)者的認(rèn)可。

 

  (2)空氣能熱泵熱水器屬于空調(diào)和熱水器的邊緣行業(yè), 對(duì)行業(yè)加以規(guī)范就顯得尤為重要。目前的GB/T 18713 -2002《熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》還遠(yuǎn)不足以監(jiān)管和指導(dǎo)整個(gè)市場(chǎng)。在首屆熱泵行業(yè)研討會(huì)上, 有關(guān)專家估計(jì)未來(lái)兩三年內(nèi)空氣能熱泵熱水器的市場(chǎng)將達(dá)到上百億元, 巨大的市場(chǎng)吸引了眾多企業(yè)介入, 目前每周都有一兩家企業(yè)投入研發(fā)生產(chǎn), 其中不乏出現(xiàn)了一些家庭作坊式的廠家, 產(chǎn)品質(zhì)量、售后服務(wù)都無(wú)從談起, 嚴(yán)重?fù)p害了消費(fèi)者的利益。

 

  2005 年初, 某品牌的空氣能熱泵熱水器為上海某飯店設(shè)計(jì)用水方案, 根據(jù)甲方要求每日提供12t洗浴熱水, 根據(jù)冬季5 ℃或0 ℃時(shí)工況, 最少要配置3 臺(tái)額定制熱水量為400 L/h(40 ℃溫升)的機(jī)組以達(dá)到用水要求。但該品牌急功近利, 在掌握了甲方的初始投資預(yù)算后, 結(jié)合空氣能熱泵機(jī)組在有利工況下的工作條件, 選配了2 臺(tái)機(jī)組, 不足部分全部采用電加熱, 結(jié)果兩個(gè)月運(yùn)行下來(lái), 共耗電3 萬(wàn)多kWh , 根本不能滿足用水需求。不但沒(méi)起到節(jié)能的效果, 還大大浪費(fèi)了電能, 增加了運(yùn)行成本。保溫水箱也只是簡(jiǎn)單地在周?chē)门菽寮恿艘粚? 這樣的工程未能得到消費(fèi)者的認(rèn)可。很多時(shí)候并不是產(chǎn)品不合格, 更多的原因還是設(shè)計(jì)者急功近利, 沒(méi)有顧及消費(fèi)者的利益, 而一旦出了問(wèn)題, 消費(fèi)者的第一反應(yīng)則是機(jī)組有問(wèn)題, 還不成熟, 會(huì)對(duì)整個(gè)行業(yè)失去信心。

 

  在這種形勢(shì)下, 相關(guān)的政府職能部門(mén)、行業(yè)協(xié)會(huì)和企業(yè)應(yīng)當(dāng)參與其中, 大到生產(chǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范、安裝技術(shù)規(guī)范, 小到能效要求, 都需要成立一個(gè)行業(yè)組織集中統(tǒng)籌, 制定一套完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)產(chǎn)品和工程實(shí)施加以規(guī)范和監(jiān)管, 并使其有效實(shí)施, 維護(hù)良好的行業(yè)環(huán)境, 共同呵護(hù)和培育這一新興的產(chǎn)業(yè)。

 

  (3)空氣能熱泵熱水器需要占據(jù)直徑為半米多的一塊空間, 而目前大多數(shù)居室廚衛(wèi)設(shè)計(jì)并沒(méi)有為其留下一席之地。因此, 我們應(yīng)當(dāng)將空氣能熱泵熱水器納入綠色節(jié)能建筑發(fā)展計(jì)劃中, 并且在房屋設(shè)計(jì)時(shí)就為其留下相應(yīng)的空間, 以使空氣能熱泵熱水器在更大程度上得到推廣和普及。

 

  6 結(jié)語(yǔ)

 

  空氣能熱泵熱水器是一項(xiàng)極具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的新技術(shù), 具有節(jié)能、環(huán)保、安全的優(yōu)點(diǎn), 解決了太陽(yáng)能熱水器依靠陽(yáng)光采熱和安裝不便的缺點(diǎn)。它在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上剛一出現(xiàn)就顯示出巨大的市場(chǎng)潛力, 在未來(lái)5 年內(nèi)將成為中國(guó)家庭特別是商品樓房熱水設(shè)備的首選產(chǎn)品。因此成立一個(gè)行業(yè)組織, 盡快制定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 規(guī)范行業(yè)的發(fā)展秩序, 保護(hù)消費(fèi)者的利益, 已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)要加快空氣能熱泵熱水器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程, 并且出臺(tái)一些相關(guān)的優(yōu)惠政策和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼, 以使產(chǎn)品單價(jià)控制在千元左右, 更能為普通市民百姓所接受。

 

  另外, 目前所生產(chǎn)的空氣能熱泵熱水器正常工作的環(huán)境溫度一般為-10 ～ 40 ℃, 對(duì)冬季氣溫低于-10 ℃的寒冷北方不太適合, 而且采用空氣能熱泵熱水器加熱用水時(shí)對(duì)制冷劑的要求也相當(dāng)高。要解決這些技術(shù)難題, 使其得到更廣泛的應(yīng)用, 還需要在技術(shù)研發(fā)方面給予更多政策支持和資金投入。

 

  總的來(lái)說(shuō), 空氣能熱泵熱水器具有突出的節(jié)能、安全和環(huán)保性能, 有著巨大的市場(chǎng)潛力和美好的發(fā)展前景, 但在行業(yè)監(jiān)管、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程以及技術(shù)研發(fā)等方面也存在著不少問(wèn)題, 如何妥善解決和處理好這些問(wèn)題將成為我們今后研究的主要方向。