6. 供熱、熱水設(shè)備與系統(tǒng)　　

　?。ū竟?jié)作者：哈爾濱工業(yè)大學姜益強教授、董建鍇教授、鄭文科講師、博士生田中允、博士生黃帥）

　　

　　6.1 技術(shù)發(fā)展特點　　

　　疫情放開過后，今年制冷展參展商和參展人員明顯大幅增多。在供熱、熱水設(shè)備與系統(tǒng)方面，眾多國內(nèi)外知名企業(yè)參加了本次展會。從參展的相關(guān)產(chǎn)品可以看出，由于人工智能與智慧家居的快速發(fā)展，供熱、熱水設(shè)備與系統(tǒng)智慧化成為本次展會的特色。同時，受“碳中和、碳達峰”目標與節(jié)能減排的影響，供熱、熱水設(shè)備與系統(tǒng)更加注重高效節(jié)能和環(huán)保。此外，應(yīng)用于北方嚴寒區(qū)的供熱和供熱水的空氣源熱泵機組的低溫適應(yīng)性能進一步提升，單機雙級、復疊式超低環(huán)溫空氣源熱泵機組也成為本次展會的一個亮點。

　　

　　6.2 特色技術(shù)產(chǎn)品　

　　本次展會展出供熱與熱水設(shè)備與系統(tǒng)方面特色技術(shù)產(chǎn)品，主要包括光伏+為代表的智慧家居供能方案，具有智能運行模式的地暖中央空調(diào)系統(tǒng)，超低環(huán)溫空氣源熱泵供熱機組，高效多功能熱泵機組、家用熱泵熱水器、工業(yè)用熱水和蒸汽的熱泵機組以及對流式電采暖器等。

　　

　　6.2.1 光伏+為代表的智慧家居供能方案　　

　　家居供能方案智慧化程度逐漸加深，智慧家居、智慧建筑等通過人工智能、大數(shù)據(jù)、“云”端互聯(lián)等技術(shù)得以實現(xiàn)。供暖、供熱水設(shè)備及系統(tǒng)智能化運行，一鍵式操控，給人們的生活帶來便利、節(jié)能、舒適的體驗。隨著“雙碳”目標的提出和各項“雙碳”措施逐步落實，智慧控制系統(tǒng)與光伏+產(chǎn)品結(jié)合的全屋供能形式，為我國建筑低碳減排用能，助力零碳家居供能早日實現(xiàn)，起到了重要推動作用。

　　

　　如圖6-1所示為海爾集團推出的“光驅(qū)儲能”全屋供能解決方案，該系統(tǒng)最大的特色在于采用光伏光熱板蓄能，同時利用太陽光制熱和發(fā)電。在利用太陽能光電的同時吸收長波輻射制取生活熱水，結(jié)合采用光伏發(fā)電、智能蓄能、光熱采暖、變頻直驅(qū)等技術(shù)手段，整體太陽能光熱利用率超過70%。此外，智能蓄電終端可以將白天富裕的電能儲存，供夜間使用，同時接入市政電網(wǎng)，保證建筑供能穩(wěn)定性，實現(xiàn)建筑無限接近“零碳運營”。

(a) 海爾“光驅(qū)儲能”解決方案　             (b) 海爾海外熱泵方案

圖 6-1 海爾集團“光驅(qū)儲能”方案（供暖/制冷、供熱水、供電等）

　　

　　如圖6-2 (a)所示為美的集團提出“光儲熱柔”家庭用綜合能源解決方案，該方案以用戶端儲能作為蓄能首選項，全屋電氣化。利用光伏發(fā)電，全屋采用電采暖/制冷供能模式，搭配智慧柔性能源管理系統(tǒng)，極大地增強了建筑用能的獨立性。如圖6-2 (b)所示為曼瑞德集團提出的利用光伏發(fā)電驅(qū)動居家儲能用電系統(tǒng)，提出了與美的類似的智能住宅儲能系統(tǒng)。智能儲能控制柜對綠電存儲和使用進行分配，家居物聯(lián)，終端一鍵式操作，為智能零碳家居錦上添花。如圖6-2(c)所示為格力集團展出的以光伏直驅(qū)變頻多聯(lián)機為核心的“無電空調(diào)”系統(tǒng)，依托自身光伏直驅(qū)變頻離心科技，將光伏、儲能和空調(diào)有機的結(jié)合起來，減少了常規(guī)光伏電能利用時交直流多次能源變換過程中的能量損耗，通過智慧儀表對系統(tǒng)溫度等參數(shù)采集，采用網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸，并通過云計算對數(shù)據(jù)進行分析，使用移動端遠程控制，達到對系統(tǒng)智慧控制的目的，滿足這性化需求。

(a) 美的“光儲熱柔”方案 (b) 曼瑞德住宅儲能系統(tǒng)

(c) 格力“無電空調(diào)”設(shè)計方案

圖6-2 智慧供能方案

　　

　　6.2.2 具有智能運行模式的地暖中央空調(diào)系統(tǒng)　　

　　本次展會中家庭用地暖中央空調(diào)系統(tǒng)依舊是各公司的主推產(chǎn)品，海爾、格力、美的、中廣歐特斯、松下、芬尼克茲等企業(yè)均推出了家庭地暖空調(diào)產(chǎn)品。通常情況下，地暖中央空調(diào)系統(tǒng)同時具有地板輻射末端和空調(diào)對流散熱末端兩套系統(tǒng)。夏季制冷時，利用空調(diào)對流散熱末端向室內(nèi)提供冷風。冬季供暖時，室外機將產(chǎn)生的高溫介質(zhì)送到地板輻射末端，向室內(nèi)輻射供暖，達到“頭涼足暖”的供熱效果，減少了冬季屋內(nèi)吹風帶來的人體不適感，有效改善人體熱舒適性。

　　

　　根據(jù)對流末端和輻射末端內(nèi)流通的介質(zhì)種類，地暖中央空調(diào)系統(tǒng)可分為“天水地水”（對流末端與輻射末端均為水循環(huán)）系統(tǒng)，“天氟地氟”（對流末端與輻射末端均為氟循環(huán)）系統(tǒng)以及“天氟地水”(對流末端為氟循環(huán)，輻射末端為水循環(huán))系統(tǒng)。與水循環(huán)相比，氟循環(huán)減少了一次中間換熱，在能效和能級品味上高于水循環(huán)，同時減少了不必要的水管路閥件，減小冬季管路凍裂意外的發(fā)生。但氟循環(huán)的安裝成本和空間尺寸限制了其在大型項目中的應(yīng)用。

　　

　　如圖6-3所示為格力家庭地暖空調(diào)兩聯(lián)供系統(tǒng)，目前已推出靜享“天氟地水”、潤享“天水地水”以及御享“天氟地氟”三大系列產(chǎn)品。系列產(chǎn)品均配有變頻變?nèi)?、智能物?lián)、三管制除濕不降溫等技術(shù)，可根據(jù)用戶需求和安裝場景，提供個性化定制方案。

(a) 靜享“天氟地水”地暖空調(diào)系統(tǒng)

(b) 潤享“天水地水”地暖空調(diào)系統(tǒng)      (c) 御享“天氟地氟”地暖空調(diào)系統(tǒng)

圖6-3 格力地暖中央空調(diào)系統(tǒng)

　　

　　如圖6-4所示為地暖中央空調(diào)二連供系統(tǒng)。各廠家均可為用戶終端提供靈活可變的末端形式，為用戶提供更多可能的選擇。圖6-4 (b)為松下集團推出的“天氟地水”地暖中央空調(diào)，與其他地暖中央空調(diào)相比，該地暖中央空調(diào)多模式智能化供能方案中，專門針對冬季低溫時屋內(nèi)快速升溫所設(shè)計出了“冬季地暖+中央空調(diào)連供模式”，冬季供暖時同時開啟對流和輻射兩種末端。在該模式運行下，熱流體首先進入對流末端使房間快速升溫，待達到適宜溫度后由地暖輻射末端維持室內(nèi)溫度，采用溫度自調(diào)節(jié)技術(shù)，提供更宜居的熱濕環(huán)境。其中針對北方供暖所研發(fā)的地暖中央空調(diào)系統(tǒng)能在-35℃低環(huán)溫下運行，增強了該類系統(tǒng)的適用范圍，提高了供暖穩(wěn)定性。

(a) 歐特斯“天氟+地氟/地水”地暖空調(diào)     (b) 松下“天氟地水”地暖空調(diào)系統(tǒng)

(c) 海爾“天氟地水”地暖空調(diào)系統(tǒng)

圖6-4 地暖中央空調(diào)二連供系統(tǒng)

　　

　　6.2.3 超低環(huán)溫空氣源熱泵供熱機組　

　　隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的進一步落實和實施，空氣源熱泵機組憑借其高效節(jié)能、清潔無污染的優(yōu)勢引起愈來愈多的關(guān)注。針對北方地區(qū)供暖需求大，冬季氣溫低、空氣源熱泵取熱難、易結(jié)霜等行業(yè)痛點問題，芬尼克茲、歐博、海爾、歐特斯等廠家紛紛推出了超低環(huán)溫熱泵機組。

　　

　　如圖6-5所示為海爾集團推出的低環(huán)溫雙級復疊式空氣源熱泵機組。海爾針對低環(huán)溫和高溫熱水需求，采用噴氣增焓準二級壓縮+復疊式雙級壓縮技術(shù)，兩級壓縮均具備直流變頻。一級壓縮采用R32為冷媒變頻渦旋壓縮機，二級壓縮采用R134a變頻系統(tǒng)。在無電輔熱的情況下，可在-35℃的工況下制取最高達90℃的熱水。此外，機組采用了蓄熱式自適應(yīng)除霜技術(shù)，除霜模式下供暖水溫幾乎無波動，極大的增強了系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性。

　　

　　如圖6-6 (a)所示為芬尼克茲公司CO2熱泵熱水機組，該機組采用準二級渦旋變頻噴氣增焓壓縮機與高效氟冷變頻技術(shù)，在-35℃時，可快速制熱，最高產(chǎn)生65℃的高溫熱水。該機組是芬尼集團繼超級北極星低溫機組(-38℃低環(huán)溫)后推出的新型自然冷媒低環(huán)溫機組，ODP和GWP指標為0。如圖6-6 (b)所示為中廣歐特斯推出的低環(huán)溫空氣源熱泵機組，采用先進的噴氣增焓+噴液冷卻渦旋壓縮機。機組在-35℃低環(huán)溫取熱時還能有效降低壓縮機排氣溫度，延長壓縮機使用壽命，室外機采用二次過冷技術(shù)和智能除霜技術(shù)，保證機組穩(wěn)定運行。

圖6-5 海爾集團低環(huán)溫雙級復疊式空氣源熱泵機組

圖6-6 超低環(huán)溫空氣源熱泵機組

　　

　　6.2.4 高效多功能空氣源熱泵機組　　

　　本次展會中，歐博、克萊門特、芬尼克茲、松下、洋馬等公司都展出了集供暖、制冷、供生活熱水為一體的高效多功能空氣源熱泵機組，機組適用場合和溫域范圍逐漸變寬，這也成為行業(yè)發(fā)展的一個趨勢。

　　

　　如圖6-7 (a)和6-7 (b)所示，分別為歐博公司推出的四管制模塊機組和芬尼克茲公司推出的三聯(lián)供全熱回收機組。其中，歐博四管制模塊機采用以R410A為冷媒的全封閉渦旋壓縮機，是集制冷、供暖、生活熱水為一體的智慧節(jié)能型機組，可以實現(xiàn)單獨供暖、單獨制冷，還能實現(xiàn)冷暖聯(lián)供的功能。采用完全獨立的冷水換熱器和熱水換熱器，具有冷熱負荷變化自平衡特性。芬尼三聯(lián)供系統(tǒng)利用熱回收型三聯(lián)供機組和傳統(tǒng)單供暖機組組合的形式為用戶綜合供能，其中熱回收型三聯(lián)供機組即為四管制機組，制冷的同時兼顧熱水，為用戶提供冷熱連供方案。

　　

　　如圖6-7 (c)所示為克萊門特公司新推出的六管制多功能風冷熱泵，在傳統(tǒng)四管制機組的基礎(chǔ)上，增加了兩路高溫熱水制取模塊，采用比澤爾螺桿壓縮機和谷輪渦旋壓縮機組合的形式，在供暖、制冷兩聯(lián)供的基礎(chǔ)上，可同時生產(chǎn)最高出水溫為78℃的超高溫熱水，成為醫(yī)院、工廠、酒店等多需求用戶傳統(tǒng)冷水機組搭配鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能替換方案。整機搭配全機自動控制系統(tǒng)，4壓縮機多管路智能化運行，具備良好的部分負荷性能，整機能效比最高可達6.59。

(a) 歐博四管制模塊機組     (b) 芬尼克茲三聯(lián)供系統(tǒng)

(c) 克萊門特六管制多功能熱泵　　

圖6-7 多功能空氣源熱泵機組

　　

　　近年來，隨著北方清潔供暖政策的實施，推動了燃料驅(qū)動型熱泵的發(fā)展。燃氣熱泵（Gas heat Pump，GHP）是以天然氣作為一次能源，驅(qū)動燃氣發(fā)動機產(chǎn)生機械功帶動壓縮機制冷/供暖的熱泵系統(tǒng)，同時回收發(fā)動機缸套和煙氣內(nèi)的高品位余熱制取生活熱水，可以實現(xiàn)制冷/供暖+全年生活熱水運行。如圖6-8 (a)所示為冰山（松下）集團展出的GHP系統(tǒng)，系統(tǒng)核心動力采用與尼桑公司聯(lián)合研發(fā)的GHP專用微電腦控制低轉(zhuǎn)速發(fā)動機，可實現(xiàn)低溫下快速制熱，冷態(tài)啟動時間比電熱泵快6倍以上。機組采用R410A環(huán)保冷媒，制冷/供暖是兼顧制取生活熱水，冬季供暖時靈活利用發(fā)動機余熱，供暖能力受環(huán)境溫度影響很小，冬季可實現(xiàn)連續(xù)供暖，-30℃環(huán)境溫度下可正常運行。如圖6-8 (b)所示為天加公司推出的GHP多聯(lián)機系統(tǒng)，利用發(fā)動機余熱預(yù)熱、融霜，實現(xiàn)融霜不降溫，引入智能控制系統(tǒng)，采用GHP與傳統(tǒng)電熱泵搭配的綜合供能方案，極大的提高用戶供暖穩(wěn)定性，提高熱舒適度。

(a) 冰山（松下）GHP燃氣機熱泵     (b) 天加GHP熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)

圖6-8 新型多功能GHP燃氣機熱泵機組

　　

　　6.2.5 家用熱泵熱水器　　

　　本屆展會上，家用空氣能熱水器因其高效節(jié)能的特點，受到越來越廣泛的關(guān)注。格力、西奧多和芬尼克茲等企業(yè)均推出了節(jié)能高效的家用空氣能熱泵熱水器產(chǎn)品，如圖6-9所示。其中，圖6-9 (a)為格力公司研發(fā)的更加高效的空氣能熱水器，能夠在全工況下單獨依靠熱泵機組輸出90℃超高溫水，節(jié)能模式下的COP可達5.6。并且，壓縮機采用格力自主研發(fā)的變頻雙級增焓熱泵技術(shù)，使用R134a升級冷媒，在-15℃的低溫環(huán)境下仍可穩(wěn)定制熱。圖6-9 (b)為西奧多公司研發(fā)的智能空氣能熱水器，能效比高達4.5，能耗為電熱水器的25%，燃氣熱水器的30%，實現(xiàn)了水電系統(tǒng)的完全分離，并且制熱、保溫、供水、補水全自動運行，自動控溫、只能除霜、斷電記憶等，無須人工調(diào)控，提供熱水的同時，還可提供冷氣。圖6-9 (c)為Jaja雅凱公司推出的無菌熱泵熱水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的熱泵熱水系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)不直接儲存熱水，內(nèi)置超強換熱盤管，實現(xiàn)了熱水即用即制，避免了長時間不用的菌團污染問題，并且與大多數(shù)常用生活水箱不同，該水箱的結(jié)構(gòu)能夠二次隔斷冷媒污染，避免污染生活用水。

 

　　圖6-9 (d)為芬尼克茲公司的產(chǎn)品，采用獨特的水電分離技術(shù)，避免了觸電的風險，并且采用雙重換熱技術(shù)，外繞盤管、特種鋼板層、鈦瓷內(nèi)膽層三層隔絕，阻斷氟泄露于水，具有智能化霜技術(shù)，加快冬季化霜，以改善熱泵在低溫環(huán)境中制熱性能。圖6-9 (e)為中廣歐特斯公司推出的產(chǎn)品，采用超導換熱技術(shù)以及R134a環(huán)保冷媒，使得微通道面接觸換熱增加33%，并且采用晶鋼5k內(nèi)膽，具有殺菌、抑垢、耐酸堿和耐高溫等特點，加熱過程中產(chǎn)生免費冷氣可供廚房使用。

圖6-9 家用熱泵熱水器

　　

　　6.2.6 工業(yè)用熱水和蒸汽的熱泵設(shè)備　　

　　相比于居民生活熱水量少、溫度低的特點，工廠等場所對熱水水量及溫度有更高要求。工業(yè)用熱水熱泵為工業(yè)離散余熱回收、工業(yè)園區(qū)蒸汽（熱水）供應(yīng)、化工系統(tǒng)的冷熱同制提供了高效綠色低碳方案。

圖6-10 工業(yè)用熱水和蒸汽的熱泵設(shè)備

　　

　　如圖6-10 (a)所示為格力公司推出工業(yè)大容量高溫離心熱泵，采用雙壓縮機串聯(lián)多級壓縮以及10 kV永磁變頻直驅(qū)等技術(shù)，熱水出水溫度高達120℃，供熱容量10 MW，最高溫升80 K，通過高效熱泵技術(shù)回收工業(yè)余熱，提高能源利用率。如圖6-10 (b)所示為冰輪環(huán)境公司推出的HD寬溫域離散余熱相變提質(zhì)離心機組，該產(chǎn)品采用雙級串聯(lián)增壓離心式壓縮機，永磁同步變頻電機高速直驅(qū)傳動，磁懸浮軸承，微重力(壓差）循環(huán)-高效蒸汽發(fā)生-汽水分離一體器，智能工質(zhì)分布調(diào)節(jié)技術(shù)，蒸發(fā)-冷凝溫域?qū)掃_60℃，可產(chǎn)出1.0～1.5 bara蒸汽。

　　

　　如圖6-11 (a)所示，麥克維爾空氣源熱泵高溫熱水器采用多重壓縮復疊設(shè)計和無極調(diào)節(jié)全變頻設(shè)計，可以實現(xiàn)-26℃環(huán)溫下生產(chǎn)90℃熱水，能夠充分滿足寒冷地區(qū)熱水供應(yīng)，無需額外增加電熱。也可實現(xiàn)5℃自來水直接加熱至90℃，以應(yīng)對電鍍、紡織印染等工業(yè)生產(chǎn)中50℃~80℃高溫熱水的需要。如圖6-11 (b)所示為江森自控公司推出的HPS螺桿式高溫熱泵機組，采用高效、高壓雙螺桿壓縮機，最高出水溫度可達85℃，除單熱泵應(yīng)用及冷熱聯(lián)用外，還可以做冷熱兩用型機組，即根據(jù)需求冬季單制熱運行，夏季單制冷運行。冷熱兩用型機組可提供60℃~85℃的高溫熱水，或5℃~15℃的低溫冷水。

圖6-11 工業(yè)用熱泵熱水器

　　

　　6.2.7 熱泵烘干機　　

　　為解決烘干過程中的高能耗，高污染的問題，采用空氣源熱泵技術(shù)進行干燥的設(shè)備有著節(jié)能、運行可靠、易于自動控制、適合于多種物料使用、干燥和排放無污染等優(yōu)點，越來越受到市場歡迎，也必將成為今后重點發(fā)展的方向。本屆展會上，海爾和百奧等公司推出了熱泵烘干機，如圖6-12所示。

　　

　　如圖6-12 (a)所示海爾公司推出的熱泵烘干機，采用液晶屏智能化用戶界面，操作簡便，用戶可實現(xiàn)一鍵式全自動烘烤，也可根據(jù)烘干工藝分階段自行控制烘干溫度和濕度，控干/濕球±0.5℃，提升物料品質(zhì)，溫度調(diào)節(jié)范圍為18℃~80℃，濕度調(diào)節(jié)范圍為5%~99%，可在室外10℃~43℃、室內(nèi)30℃~70℃溫度運行范圍，適應(yīng)不同地域需求。如圖6-12 (b)所示為百奧公司推出的熱泵烘干機，其控制系統(tǒng)采用微電腦全自動控制，濕度控制范圍為10%~98%RH，設(shè)定最高溫度為55℃，能夠滿足各個行業(yè)不同溫濕度的要求，并且該設(shè)備采用了百奧獨有的故障自動判斷技術(shù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)如濕感溫感故障，系統(tǒng)高壓、低壓等各種故障時，控制系統(tǒng)中即時顯示相應(yīng)代碼報警，保證了設(shè)備高效運行。

圖6-12 熱泵烘干機

　　

　　6.2.8 對流式電采暖器　　

　　在某些地區(qū)，當集中供暖并不可能或者并不適合，那么分散式供暖就是最理想的選擇。其中，對流式電采暖器具有安裝靈活、制熱快以及精準控制等優(yōu)點，通過加熱元件直接加熱空氣，冷空氣自底部進風口進入，熱空氣自上方出口風口流出，空氣循環(huán)流動，熱空氣均勻到達室內(nèi)各個角落，成為房間取熱的理想選擇。本屆展會上，世創(chuàng)電能公司推出了不同形式的對流式電采暖器，如圖6-13所示對流式采暖器，已成功應(yīng)用于分散式供暖，根據(jù)需要的時間、需要的地點，進行供暖，精確舒適的同時，大大節(jié)約成本。采暖器采用德國原裝進口加熱管，QR快速反應(yīng)不銹鋼加熱元件，升溫迅速，3 s可達25℃，可進行7天多段編程，智能預(yù)約加熱時間，精準度高達0.7 K，擁有定時器和故障報警功能，室內(nèi)開窗自動識別，高效節(jié)能不浪費。此外，由于機器內(nèi)無需風扇，空氣循環(huán)流動，無噪音，恒溫恒濕不干燥，沒有空調(diào)一樣吹熱風的感覺。

圖6-13 世創(chuàng)電能對流式電采暖器

　　

　　6.3 小結(jié)　　

　　本次展會在“碳中和、碳達峰”目標引領(lǐng)下，參展的供熱和熱水設(shè)備產(chǎn)品總體顯現(xiàn)智能、高效、節(jié)能和環(huán)保的特點，參展企業(yè)多，參展產(chǎn)品廣。并且，隨著智慧建筑、智慧家居的理念逐步深入人心，供熱和熱水設(shè)備與系統(tǒng)越來越重視智慧化，并將會得到更加快速的應(yīng)用與發(fā)展。另外，熱泵技術(shù)在供熱、供熱水領(lǐng)域的作用日益增強，超低環(huán)溫空氣源熱泵因其更優(yōu)越的低溫適應(yīng)性得到不斷發(fā)展。高效多功能熱泵機組因其具有供熱、供冷、熱回收等功能，未來將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)高溫熱水或蒸汽的工業(yè)用熱水熱泵機組、以及高溫熱泵烘干機，為工業(yè)離散余熱回收、工業(yè)園區(qū)蒸汽（熱水）供應(yīng)、化工系統(tǒng)的冷熱同制，以及工農(nóng)業(yè)及工藝干燥提供了高效綠色低碳方案，未來會有越來越好的市場前景。總之，隨著“雙碳”目標逐步達成和人民生活需求的進一步提高，供熱和熱水設(shè)備與系統(tǒng)的智能化、功能綜合化、健康舒適化、清潔電力化將得到進一步的發(fā)展，也必將成為未來發(fā)展的方向。