低环境温度空气源热泵热水机市场前景分析和技术研究

摘要：本文介绍了低环境温度空气源热泵热水机产品市场发展的前景、机组的工作原理，并和市场上相关的加热水的产品进行比较和分析，同时分析和讨论了此类产品开发过程中需要注意的事项以及开发时存在的难点。
　　0、引言
　　当前煤炭、石油、天然气等“化石类能源”的不可再生性及全球储量的高速减少，带来了世界性的能源短缺，加上地球生态环境的日益恶化，使得保护生态环境、加速开发和利用可再生能源，成为人类紧迫而艰巨的任务。
　　蓬勃发展的中国经济、高速增长的热水需求、节能产品的美好市场前景以及商用和工业用及类似用途的热泵热水机(以下简称热泵热水机)对传统制热水设备革命性的替代趋势，使众多敏锐的厂家和商家精英，纷纷投身该领域，目前国内从事热泵热水机生产的厂家已遍布中国大江南北，市场已形成激烈竞争的局面。由于我国水资源，特别是地下水资源相对缺乏，这种情况在三北等传统的供热水地区更是严重，所以发展地下水源热泵受到了诸多条件的限制。空气源热泵机组除了具有环保、节能的特点外，还有系统简单、初投资低、维护方便、调节灵活等特点，因此已经得到了大面积的推广应用。由于市场上大量推广的普通空气源热泵机组不能在低温环境(-7℃以下)中长期可靠地工作，因此，就产生了低温空气源热泵热水机组这个细分市场。低温空气源热泵特指可以在环境温度-8℃以下的区域可以长期稳定可靠地工作，同时制热能效比应大于2.0的空气源热泵机组。
　　由于低环温空气源热泵的综合能效比与土壤源热泵相当，但它几乎不占用土地面积，同时初投资较其他热泵产品低的多，因此，在寸土寸金的形势下，这种初投资低、占地少、调节方便的低温空气源热泵产品就成了取代传统取暖方式的主要手段之一。
　　低环温空气源热泵机组主要应用领域是在我国的华北、西北和东北等传统的采暖区，供热是机组的主要功能，夏季供冷是辅助功能。目前，我国低温空气源热泵热水行业是一个正在兴起的产业，业内生产企业有十余家(清华同方、金万众、格力、大金等)。到目前为止，低温空气源热泵机组的市场容量约为11亿元。据初步预测，到2010年，低温空气源热泵机组的市场容量将达到54亿元，到2015年市场容量约为90亿元。随着我国环保、节能、可再生能源利用事业的推进，低温空气源热泵技术将会得到更为广泛的推广与应用。　一、 低环境温度空气源热泵机组技术原理
　　低温空气源热泵机组主要由压缩机、四通阀、冷凝器(风换热器)、冷凝风机、膨胀阀、辅助节流阀、经济器、蒸发器(水侧换热器)、气液分离器、油加热器等组成。其系统流程图和理论循环压焓图如下：

　　从冷凝器出来的液体分为2路：主路为制冷回路，辅路为补气回路。主路的制冷剂液体直接进入经济器;辅路的制冷剂液体经膨胀阀1降压后进入经济器。这两部分制冷剂在经济器中产生热交换后，辅路的制冷剂变为气体后被压缩机的辅助吸气口吸入，主路的制冷剂变为过冷液体经膨胀阀2降压后进入蒸发器，在蒸发器中汽化后被压缩机吸气口吸入。主路和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，再进一步压缩后排出压缩机外，进入冷凝器，从而构成封闭的循环系统。本系统的主要受益体现在：气态制冷剂的喷射可以降低排气比焓(h4’→h4),从而可以降低涡旋压缩机的排气温度(T4’ →T4)，同时把单级压缩变为准二级压缩，这样可以避免机组应用于低温工况下由于压缩比增大而使系统不能正常工作的问题;而且通过经济器利用冷凝器辅助之路节流之后的制冷剂将主路中的制冷剂进一步冷却，增大了膨胀阀前制冷剂的过冷度，膨胀阀前制冷剂温度从5点进一步过冷到6点，这样提高了系统中蒸发器的换热量，从而提高热泵系统总的制热量。　一、 低环境温度空气源热泵机组的综合社会经济性分析
　　1、环保
　　低温空气源热泵技术属于典型的环境友好型节能技术，由于它通过消耗部分电能，而大量提升和利用了空气中低品位热能(太阳能)来实现供暖，大大减轻了传统燃煤供暖造成的大气污染和温室气体排放等问题，具有很好的环保性。
　　表1可以说明采用低温空气源热泵机组供暖所产生的环境效益。
　　表1 几种供暖方案的排放量(kg)

　　注：低温空气源热泵热水机组全年平均制热COP取4。燃煤锅炉效率η取0.60,燃气锅炉效率取0.80。

　　热泵的工作原理决定了低温空气源热泵热水机组做热水的高效性：输入1份电能即可获取近4份以上的热能，做洗浴水方式较直接电采暖、燃煤、燃油方式相比，节