制约空气能热泵采暖行业发展的技术问题

随着热泵压缩机技术的发展，空气能热泵在-15℃乃至-25℃的室外环境温度下实现制热运行的主要技术问题已经解决，但是，以较高的热能输出温度运行在技术以及运行经济性方面仍是难题，因此采用低温辐射采暖末断系统，可以使热泵节能的优势得到更好的发挥。空气能热泵的制热量和性能系数受环境温度影响明显，一直是制约国内热泵采暖热水行业发展的主要技术问题。导致这类问题的主要原因： 采暖系统应用人员对热泵性能不了解，没有充分考虑低温运行条件下热泵的性能以及采暖负荷的变化，机组选型偏小。一方面采暖系统设计人员没有注意到空气能热泵的制热量随环境空气温度的下降而减小，按以往采用气采暖热水炉等热源装置的方式考虑热源装置的容量；另一方面，市场上信息比较混乱，空气能热泵热水机的额定制热能力按20℃环境温度考虑，而典型的热泵采暖运行环境温度为7℃，两个测试条件的差异就导致30%左右的热量差异，此外，环境温度为-7℃热泵的制热能力约为环境温度为7℃的55%，与此同时，住宅的采暖负荷则随环境温度的下降而增加，若系统设计人员对这些问题认识不足，就会导致热泵采暖效果不良。 制造商未掌握热泵冬季制热设计的关键技术，技术措施不当，其后果不仅导致冬季制热性能不良，而且压缩机容易损坏。以前在家用空调制造行业，冬季压缩机烧毁现象是一个突出问题，随着产业集中度的提高，产往大企业集中，设计错误导致压缩机冬季烧毁的情况在房间空调器制造行业基本消失，但是由于近年来大量中小企业进入热泵热水器制造行业，同样的问题成为热泵热水器行业的突出问题，以至于在国内市场上出现了热泵热水器专用压缩机。必须指出，类似的热泵产品在日本已经出现30年，而且这类产品在日本的市场保有量大约为国内的一百倍，而在日本这类问题并没有发生。由此可见，问题不在于这类产品的技术合理性，而在于个别企业的设计不当。未采用压缩机调速技术，以及一些诸如***等方法，一味依赖辅助热源。在冬季利用辅助热源解决热泵供热量不足问题，是在热泵应用早期的无奈之举，随着压缩机变容量技术以及***技术的应用，空气能热泵在冬季对辅助热源的依赖逐步减少。 住宅采暖和卫生热水的能耗在一些地区可能占家庭能源费用支出的67%左右，因此随着***节能和环保形势的发展，家庭热能供应系统的节能问题成为关注的焦点。在国内多项目涉及多能源集成应用产品的标准近年相继发布；在欧洲，由于相关节能指令的实施，使用单一能源的电热水器和燃气热水器的采暖热水器逐步被集成太阳能热水装置或热泵热水装置的组合型热水系统取代；在北美、日本等地，类似的变化已经越来越广泛地影响全社会。 不同类型的能源的技术经济特性存在差异，因此，虽然能源之间通常可以适当的转换相互替代，但是，两种具有相近的功能而技术经济性差异较大的能源，如果能够合理地进行集成，将获得优于两种能源***使用的效果。例如，电热过程是将电能转换为热能的过程，从一次能源利用效率的角度衡量，能源利用效率较低。但是，电热过程易于控制、调节，电热元件结构简单、紧凑，以及制造成本低廉是电热技术突出的优势。又如，太阳能热利用过程受气象条件制约明显，日照条件不良会不同程度影响输出热水的温度，同时还存在冬季水温持续偏低的难题，采用集成电加热措施，利用电加热元件能够以紧凑的结构和低廉的购置费用，获得弥补日照条件不良以及冬季运行对太阳能热利用过程水温影响的效果，而且运行稳定、可靠。若电热元件的功能被电动空气能热泵替代，用于补充热能所消耗的电能将减少67%左右。 近年住宅多能源集成供暖已经成为家庭能源利用技术发展趋势。多能源集成热水和采暖系统的基本特征是可以集成太阳能热利用装置、热泵装置和燃气加热装置，提供卫生热水和采暖热水，也可以根据用户的需要扩展空调制冷功能和热回收功能等，并可以集成住宅新风系统等装置，同时配备循环系统、末端装置以及监控系统。其中，生活热水系统仅具备满足生活热水供应需求的功能。 空气能热泵辅助加热太阳能采暖方式，是根据太阳能热水器具有良好的节能特性，但是其供热能力受日照条件影响很大的特点，在日照良好时利用太阳能作为热源部分取代空气能热泵的负荷；燃气辅助加热空气能热泵采暖方式，是利用燃气热水器的使用性能基本不受气象因素和室外温度的影响，但是存在运行费用较高和排除空气污染物的问题。空气能热泵与燃气采暖炉组合的意义在于，在室外环境温度较低时，采用氟碳类制冷剂的空气能热泵机组的制热性能衰减情况明显，而燃气采暖炉运行稳定，所以，用燃气采暖炉与太阳能热水器组合，系统相对简单而且成本较低。 空气能热泵采暖***有利的末端系统形式是地板低温辐射；目前空气能热泵采暖存在的冬季制热量不足、可靠性等问题，主要是对热泵技术的理解和运用不当所致，并非空气能热泵技术自身的局限；采用多热源集成运行方式，可以改善供暖热源的技术经济性。空气能热泵用于住宅采暖在国内外已经积累多年的经验，不过，在国内利用空气能热泵热水机组用于住宅采暖时间不长，需要热泵产品制造企业以及采暖系统设计、施工企业共同努力探索符合国内住宅集中采暖的技术规范。空气能热泵具备在国内广泛地区作为住宅采暖热源的条件，因而，住宅采暖领域应重视空气能热泵热水机组作为住宅集中采暖热源而对行业产生的深远影响。