新闻动态

空气源热泵入地暖市场须跨哪些“槛”

2010/07/07

■对话动机

在滴水成冰的气温状况下,只需借助少量电能就能从空气中提取热量,并为低温热水地面辐射供暖(简称“水地暖”)系统制取30℃40℃的热水,可使室内温度达到20℃以上……

上述不可思议的供暖过程,因为一种优质供暖设备的存在而成为现实。这种供暖设备就是空气源热泵。近年来,随着水地暖系统的大面积推广以及公众节能减排意识的提高,空气源热泵越来越受到地暖行业的追捧。然而,由于该产品与其他热源设备相比进入地暖行业的时间较晚,因此有关该产品的生产和应用标准至今没有完善,从而给投机者提供了可乘之机,进而导致了目前地暖市场上空气源热泵产品鱼龙混杂、真假难辨的局面。

为便于相关技术人员和消费者深入了解这一产品,本报记者近日采访了“空气源热泵地板采暖技术”的专利拥有企业、2008年度2009年度中国地暖行业领军品牌企业——北京清华索兰环能技术研究所的总工程师许杰。

■对话实录

记者:近年来,空气源热泵越来越被暖通界专业人士和普通百姓所认知,空气源热泵用于低温热水地面辐射采暖系统有何优势?

许杰:空气源热泵和地源热泵、水源热泵一样,是热泵的一种,可以从低温介质中提取热量并将这些热量输送到温度较高的介质中,以满足人们生产生活的需要。这3种热泵的区别在于,空气源热泵是从空气中提取热量,而水源热泵和地源热泵是分别从水和土壤中提取热量。从上世纪五六十年代起,空气源热泵技术的研究与应用就开始了,只是由于有些技术尚未完善,一开始空气源热泵主要用于大型公共建筑工程,与普通百姓的生活关系不大,因此大多数人对空气源热泵比较陌生。上世纪末以来,随着低温热水地面辐射供暖(简称“水地暖”)系统在我国北方地区的大量应用,再加上空气源热泵生产企业在除霜、低温运行等技术方面取得了突破,国内出现了一股开发应用空气源热泵技术的高潮。

那么,空气源热泵有哪些突出的优势呢?第一,空气源热泵可以从温度较低的空气中提取热量。例如,在室外气温接近0℃的冬季,空气源热泵可从室外空气中提取热量,为水地暖系统制取热水,可使室温达到20℃以上。第二,采用空气源热泵水地暖系统供暖,在华北地区大部或与之气候接近的地区,冬季平均每投入1千瓦电功率平均可得到3千瓦的热功率,在此过程中空气源热泵的性能系数(COP)为3,节能效果非常明显。而且,在满足设计室温的前提下,空气源热泵所供热水的温度越低,性能系数就越高。以北京为例,如果采用空气源热泵水地暖系统供暖,室温达到20℃左右时,水地暖系统所需要的热水只需达到35℃,这与在同等条件下采用普通散热器或风盘供暖所需要的热水至少低15℃。第三,空气中的热量绝大部分来自太阳,空气源热泵提取空气中的热量,事实上是间接和深层次地利用太阳能。第四,与水源热泵、地源热泵相比,空气源热泵无需打深井、不需要开挖地面,特别适用于城市居民密集区、远离中央热力站的居民区或独栋建筑,使用极其方便。

记者:企业进入空气源热泵的生产领域乃至地暖市场之前,需具备那些必要的技术条件?

许杰:第一,企业应具备较强的应用技术和产品的研发能力。空气源热泵的生产企业(简称“空气源热泵企业”),要在两个专业领域都具有实力,一是热泵技术,也就是空调用制冷(热)技术。空气源热泵企业不仅要确保机组在寒冷的气候条件下可靠稳定地工作,而且要使空气源热泵与水地暖系统很好地结合,要将热泵机组制取的热水高效地输送到地暖管中,这就要求空气源热泵企业必须解决空气源热泵水地暖系统的一二次工质回路换热、局部热量分配和各种工作状态下的控制等技术问题。空气源热泵企业的研发能力还体现在能够瞄准本行业所需的前沿技术,有针对性地开发和改良产品、改进工艺、吸收和消化行业内的先进技术、先进工艺,从而使自己的产品具有优势。比如,在能耗与售价相同的情况下,本企业的产品供热(制冷)出力更大、噪音更低、体积更小;在售价和性能相同的情况下,本企业的产品生产成本更低。

第二,企业要有很强的自我装备能力。空气源热泵企业除了应配备从市场上采购的通用装备、专业的仪器仪表外,还应有自建的专用设备设施,例如模拟自然状态的人工气候室、恒温恒湿间以及试验台、控制检测台、可供检测试验和可到现场体验的实体建筑等。

第三,企业应该具备对产品和配套件进行检测的能力,且这一能力要贯穿生产全过程:配套部件进厂前要进行检测,以防不合格配件进入生产线;生产过程中的关键步骤要进行检测,以防不合格的在线产品进入下一道工序;成品出厂前要进行检测,以防不合格产品出厂。此外,系统的联动试车检测也必不可少。

第四,企业还应具备设备的生产装配能力。这就要求企业要有厂房、场地、专门的工艺装备以及产能达到一定经济规模的生产线。

记者:上述技术条件,有可供参照的标准吗?国外同类产品的标准状况如何?贵公司的地暖用空气源热泵参照的是哪些标准?

许杰:应该说,空气源热泵大规模应用于民用建筑市场较晚,大多数空气源热泵企业的生产资质、生产核准手续、施工安装资质等都不太健全。我国空气源热泵行业中首个也是目前惟一一项通过原建设部、住房和城乡建设部鉴定的空气源热泵地暖技术(技术所有人为北京清华索兰环能技术研究所)产生于2002年,比上世纪80年代水源热泵技术的鉴定晚了近20年。在一些建筑和暖通产品的标准中,部分标准涉及水源热泵和地源热泵产品,涉及空气源热泵的则很少。不过近年来,国家陆续在空调和家电行业出台的相关标准对空气源热泵行业具有一定的参考意义。例如,电冰箱的能效标准(GB12021.2-2003)、房间空气调节器能效限定值及能效等级(GB12021.3-2010)以及热泵热水器的相关标准。这些标准都把能效限定值、节能评价值、能效等级列在重要地位。空气源热泵采暖设备的相关标准也在酝酿、制定中。

本人认为,地暖用的空气源热泵迟早会有标准出台,并且这些标准必然会首先符合国家的节能减排政策。如前所述的标准中,房间空调器的能效标准已经由前些年的5级变为3级,能效比最低标准也已由2.6提高到3.2,最高标准已经升至3.6。这样的节能标准已接近或达到了欧洲国家和日本同类产品的现行标准。这对空气源热泵生产企业无疑是一种提醒与鞭策,它至少说明:将出台的空气源热泵标准不会低于这些标准所规定的范围。北京清华索兰环能技术研究所(简称“清华索兰”)和其他生产空气源热泵的企业一样,根据行业发展趋势,参照相近、相类产品的标准制定了自己的企业标准并严格执行。

由于空气源热泵跨建筑安装(暖通)和家电两个行业,因此,国家对这种产品有强制性的管理要求,比如,这类产品必须通过“3C”认证。另外,这种产品还应该通过中国家用电器研究所的权威检测,以保证产品的使用功能和节能要求。

记者:请以贵公司的产品为例,说明地暖用空气源热泵从立项到投产应该经过哪些流程?

许杰:清华索兰有关空气源热泵的研发工作始于上世纪末。大体程序是:从借鉴国内外空调采暖行业前沿技术和市场调研入手,确定了在北方寒冷地区将空气源热泵应用于冬季地板采暖(水地暖——本报注)的课题。以前,空气源热泵在北方用于采暖时,气温低于5℃时就无法工作,即使能工作,效率也非常低或严重降低供热出力。清华索兰在研发过程中重点攻克了空气源热泵在低温条件下结霜和降低供热出力、降低效率两大难题。在人工模拟环境的实验室中初步解决了上述难题后,在2000年2001年两个完整采暖季中,在我公司员工的住宅、合作企业开发的商品住宅以及自愿试用的用户的多套住宅中,安装了试制成功的“空气源热泵—地板采暖中央空调系统”。清华索兰根据这些住宅室外气温的变化状况,按日、按小时做了实时监测记录,并由中国家用电器研究所检测所对这一系统进行了检测。通过对实验室和住宅中“空气源热泵—地板采暖中央空调系统”应用过程的追踪和分析,清华索兰建立了热泵的冷凝温度与蒸发温度降低对应关系的数学模型,对空气源热泵水地暖系统的构造、水温、室温进行了预测与验证。在此过程中得到了如下准确的数据:北京地区冬季采暖负荷为55瓦/平方米、室温达到20℃时,空气源热泵制取的热水平均温度为35℃;如果采暖建筑的围护结构符合高标准的节能要求,当该建筑的采暖负荷为35瓦/平方米时,空气源热泵制取的热水平均只需30℃。上述成果在当时的国际同类技术中处于先进地位。2002年3月28日,原建设部科技司组织专家对该技术进行鉴定,认为该技术“具有明显的节能环保效果,属国内首创,具有国际先进水平”。此后,该项技术获得了国家专利,清华索兰遂以此技术为基础,使该产品逐步标准化、系列化,并建立了生产线,进行了包括“3C”认证在内的相关认证。