隨著熱泵技術的不斷發(fā)展和日新月異,空氣源熱泵在-15℃乃至-25℃的室外環(huán)境溫度下實現(xiàn)制熱運行的主要技術問題已經(jīng)解決,但是,以較高的熱能輸出溫度運行在技術以及運行經(jīng)濟性方面仍是難題,因此采用低溫輻射采暖末端系統(tǒng),可以使熱泵節(jié)能的優(yōu)勢得到更好的發(fā)揮。
空氣源熱泵的制熱量和性能系數(shù)受環(huán)境溫度影響明顯,一直是制約我國熱泵采暖熱水行業(yè)發(fā)展的主要技術問題。
制約我國熱泵采暖熱水行業(yè)發(fā)展的主要技術問題
導致這類問題的主要原因:
1.采暖系統(tǒng)應用人員對熱泵性能不了解,沒有充分考慮低溫運行條件下熱泵的性能以及采暖負荷的變化,機組選型偏小。一方面采暖系統(tǒng)設計人員沒有注意到空氣源熱泵的制熱量隨環(huán)境空氣溫度的下降而減小,按以往采用氣采暖熱水爐等熱源裝置的方式考慮熱源裝置的容量;另一方面,市場上信息比較混亂,空氣源熱泵熱水機的額定制熱能力按20℃環(huán)境溫度考慮,而典型的熱泵采暖運行環(huán)境溫度為7℃,兩個測試條件的差異就導致30%左右的熱量差異,此外,環(huán)境溫度為-7℃熱泵的制熱能力約為環(huán)境溫度為7℃的55%,與此同時,住宅的采暖負荷則隨環(huán)境溫度的下降而增加,若系統(tǒng)設計人員對這些問題認識不足,就會導致熱泵采暖效果不良。
2.熱泵制造企業(yè)未掌握熱泵冬季制熱設計的關鍵技術,技術措施不當,其后果不僅導致冬季制熱性能不良,而且壓縮機容易損壞。以前在家用空調制造行業(yè),冬季壓縮機燒毀現(xiàn)象是一個突出問題,隨著產業(yè)集中度的提高,產往大企業(yè)集中,設計錯誤導致壓縮機冬季燒毀的情況在房間空調器制造行業(yè)基本消失,但是由于近年來大量中小企業(yè)進入熱泵熱水器制造行業(yè),同樣的問題成為熱泵熱水器行業(yè)的突出問題,以至于在我國市場上出現(xiàn)了熱泵熱水器專用壓縮機。必須指出,類似的熱泵產品在日本已經(jīng)出現(xiàn)30年,而且這類產品在日本的市場保有量大約為我國的100倍,而在日本這類問題并沒有發(fā)生。由此可見,問題不在于這類產品的技術合理性,而在于個別企業(yè)的設計不當。
3.未采用壓縮機調速技術,以及一些諸如補氣等方法,一味依賴輔助熱源。在冬季利用輔助熱源解決熱泵供熱量不足問題,是在熱泵應用早期的無奈之舉,隨著壓縮機變容量技術以及補氣技術的應用,空氣源熱泵在冬季對輔助熱源的依賴逐步減少。
多熱源采暖方式
住宅采暖和衛(wèi)生熱水的能耗在一些地區(qū)可能占家庭能源費用支出的2/3左右,因此隨著全球節(jié)能和環(huán)保形勢的發(fā)展,家庭熱能供應系統(tǒng)的節(jié)能問題成為關注的焦點。在我國多項目涉及多能源集成應用產品的標準近年相繼發(fā)布;在歐洲,由于相關節(jié)能指令的實施,使用單一能源的電熱水器和燃氣熱水器的采暖熱水器逐步被集成太陽能熱水裝置或熱泵熱水裝置的組合型熱水系統(tǒng)取代;在北美、日本等地,類似的變化已經(jīng)越來越廣泛地影響全社會。
不同類型的能源的技術經(jīng)濟特性存在差異,因此,雖然能源之間通??梢赃m當?shù)霓D換相互替代,但是,兩種具有相近的功能而技術經(jīng)濟性差異較大的能源,如果能夠合理地進行集成,將獲得優(yōu)于兩種能源獨立使用的效果。例如,電熱過程是將電能轉換為熱能的過程,從一次能源利用效率的角度衡量,能源利用效率較低。但是,電熱過程易于控制、調節(jié),電熱元件結構簡單、緊湊,以及制造成本低廉是電熱技術突出的優(yōu)勢。又如,太陽能熱利用過程受氣象條件制約明顯,日照條件不良會不同程度影響輸出熱水的溫度,同時還存在冬季水溫持續(xù)偏低的難題,采用集成電加熱措施,利用電加熱元件能夠以緊湊的結構和低廉的購置費用,獲得彌補日照條件不良以及冬季運行對太陽能熱利用過程水溫影響的效果,而且運行穩(wěn)定、可靠。若電熱元件的功能被電動空氣源熱泵替代,用于補充熱能所消耗的電能將減少2/3左右。
近年住宅多能源集成供暖已經(jīng)成為家庭能源利用技術發(fā)展趨勢。多能源集成熱水和采暖系統(tǒng)的基本特征是可以集成太陽能熱利用裝置、熱泵裝置和燃氣加熱裝置,提供衛(wèi)生熱水和采暖熱水,也可以根據(jù)用戶的需要擴展空調制冷功能和熱回收功能等,并可以集成住宅新風系統(tǒng)等裝置,同時配備循環(huán)系統(tǒng)、末端裝置以及監(jiān)控系統(tǒng)。其中,生活熱水系統(tǒng)僅具備滿足生活熱水供應需求的功能。
空氣源熱泵輔助加熱太陽能采暖方式,是根據(jù)太陽能熱水器具有良好的節(jié)能特性,但是其供熱能力受日照條件影響很大的特點,在日照良好時利用太陽能作為熱源部分取代空氣源熱泵的負荷;燃氣輔助加熱空氣源熱泵采暖方式,是利用燃氣熱水器的使用性能基本不受氣象因素和室外溫度的影響,但是存在運行費用較高和排除空氣污染物的問題??諝庠礋岜门c燃氣采暖爐組合的意義在于,在室外環(huán)境溫度較低時,采用氟碳類制冷劑的空氣源熱泵機組的制熱性能衰減情況明顯,而燃氣采暖爐運行穩(wěn)定,所以,用燃氣采暖爐與太陽能熱水器組合,系統(tǒng)相對簡單而且成本較低。
空氣源熱泵采暖最有利的末端系統(tǒng)形式是地板低溫輻射;目前空氣源熱泵采暖存在的冬季制熱量不足、可靠性等問題,主要是對熱泵技術的理解和運用不當所致,并非空氣源熱泵技術自身的局限;采用多熱源集成運行方式,可以改善供暖熱源的技術經(jīng)濟性。
空氣源熱泵用于住宅采暖在國內外已經(jīng)積累多年的經(jīng)驗,不過,在我國利用空氣源熱泵熱水機組用于住宅采暖時間不長,需要熱泵產品制造企業(yè)以及采暖系統(tǒng)設計、施工企業(yè)共同努力探索符合我國住宅集中采暖的技術規(guī)范??諝庠礋岜镁邆湓谖覈鴱V泛地區(qū)作為住宅采暖熱源的條件,因而,住宅采暖領域應重視空氣源熱泵熱水機組作為住宅集中采暖熱源而對行業(yè)產生的深遠影響。





