一体式空气能热泵热水器

一体式空气能热泵热水器FREE-CP300L 可行性报告 台州飞日能源开发有限公司1. 立项的背景及意义 面对全球变暖和能源危机，世界各国将节能减排作为重要战略任务。在中国，能源消耗远高于平均水平，而且碳密度位居前列。（ 碳密度：百万吨能源消费排放的CO2/1000美元GDP）国家发改委正在研究制定“十二五”规划，并将节能减排作为一项重大专项规划，建立节能减排倒逼机制和长效机制。并要求各地加大资金支持力度，建设项目要向能尽快形成节能减排能力的短平快项目倾斜。空气能热泵热水器从空气中吸取能量，其能耗仅是传统电热水器的1/4、燃气热水器的1/3和太阳能热水器的1/2（阴雨天电加热工作）。 在热水器领域，空气能热水器采用的技术是全世界备受关注的新节能技术，也是目前世界上继燃煤、燃油锅炉、电热水器、燃气热水器、太阳能热水器之后的新一代节能环保装置。科学、合理的开发和推广，使空气热泵热水器为实现节能环保做出应有的贡献。2 .国内外研究状况和发展趋势 热泵技术历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，在美、日、西北欧洲等国已有几十年商业应用历史。冬季它从空气、土壤、江河湖泊、海水、工业废水、城市污水等低品位热源中汲能量，提升、转移为高品位热能，为用户供热。热泵技术供热系统可以实现环境废热的回收利用，变废为宝，符合可持续发展的要求，是新型可再生清洁能源。2.1国外空气源热泵热水器发展状况 上世纪80年代以来，美国、日本、澳大利亚、挪威、瑞士、瑞典和前苏联等国家相继加大力度开发产品，并为热泵产品的推广制定扶持政策。在国外，空气能热泵热水器由于得到各种政策的支持，已经成为市场的宠儿。无论是技术还是市场销售，国外空气能热水器发展要远远快于国内。瑞典政府宣布到2011年如果用热泵替换燃油和电热系统，政府将奖励每台1.2万到2万瑞典克郎(约合1800美元到3000美元)；澳大利亚对主动购买空气能热泵热水器的消费者给予每台1000澳元的补贴(约占总价的25%)；美国的节能法规定，购置太阳能热水器、空气能热泵热水器等节能设备，居民该项支出额的30%可以抵所得税；法国政府规定，利用可再生能源和特定型号热泵设备的发电系统，其产品可以享受50%的税额减免在这样的政策支持下，国外空气能热水器市场覆盖率也有着不一样的局面：在瑞典，目前有28.5%的家用使用各类型热泵供暖和供热水，另外还有10%的用户使用中央集中供热系统；在美国有约30%的热水设备选用了空气能热水器机组；2000年的欧洲热泵统计数据就表明中，仅德国和奥地利所使用的专门用于家庭提供热水的热泵就达48万台；瑞士的热水设备96%采用了热泵技术2.2国内空气源热泵热水器发展状况 国外空气能热水器的发展趋势，一方面其发展时间要远远长于国内，相对于国外空气能热水器发展历程，国内空气能还处于起步阶段。另一方面，国外政府部门为空气能产品的发展提供了便利，为其在市场竞争中的优势地位创造了条件。而面对国内空气能发展环境，政策支持也是未来的看点之一。目前，低碳节能这一时代主题已经越来越普及，国内空气能市场政策支持也大有不甘落后之势：据了解，在政府眼中热泵技术是非常耀眼的“明星”，多次被写进像“十一五”规划和节能法这样的政策条文。从中央到地方，各种形式和层次的财政补贴更是为产品的市场推广做出了示范和导向作用。从2006年起，建设部、财政部连续3年补贴了3批可再生能源建筑应用示范项目。去年第三批可再生能源建筑示范项目共有26个省(区、市)的130个项目上榜，其中有90个项目涉及到地勘单位擅长的土壤源热泵、地下水源热泵、淡水源热泵、海水源热泵、污水源热泵技术项目。辽宁省上榜的12个项目全部涉及热泵技术，山东、北京、河北也成为开发利用热泵项目比较多的省份。3.项目研究的重点内容及关键技术一体式空气能热泵热水器（以下简称机组）关键技术有化霜技术和低温可靠性。3.1化霜技术 机组在低温环境下（5以下）工作，翅片式换热器出现结霜现象，而霜层传热性能极差，直接影响翅片换热器的换热效率，进而导致整机能效比下降。结霜现象是客观存在、且不可避免的，选择那种除霜方法，及时的将霜层彻底清除是研究的重点内容。3.1.1优化结构设计 加大翅片间距，提高风速，可缓解结霜问题；翅片材料选用亲水铝箔，有利于化霜时彻底清除霜层。3.1.2除霜方式 除霜方式有停机自然、四通阀换向化霜和热气旁通化霜等多种方式。 停机自然化霜：系统设置简单，操作方便，化霜速度较慢，环境温度低于0时，无法实现化霜。 四通阀换向除霜:系统设置复杂，化霜速度快，化霜时需要吸取水箱中的热量。 热气旁通化霜：系统设置较简单，化霜速度适中，化霜时无需吸收水箱中热量。综合分析，拟选取热气旁通化霜做为化霜方法。3.1.3化霜参数化霜各参数的设置需要做大量实验确定，工作量大，费用高。主要研究内容为：结霜机理、霜层分布情况、霜层与环境温湿度关系、除霜温度点的选择、除霜温度探头位置的选择、除霜持续时间、观测除霜效果等。3.2低温可靠性机组在低温环境下（0以下）可能会出现多种问题，因此开发时需重点研究：低温启动性能、低温热效率、低温压缩机回油性能、低温排气温度过高。低温启动性能：低温环境下启动，可能会出现低压过低，低压保护开关无法打开，机组无法正常工作。低温热效率：低温环境下，因为结霜、压缩机性能等原因导致整机cop下降。低温压缩机回油：低温环境下，压缩比高，吸入制冷剂气体稀薄，导致回油能力下降，严重时压缩机烧毁。低温排气温度过高：低温环境下，吸入气体稀薄，导致压缩机排气温度高，严重时使得润滑油碳化，压缩机烧毁。综合以上问题，设计时从系统结构和电器控制着手，保证机组在低温环境下可靠运行，并通过低温试验验证各个措施的可行性。4 项目主要经济指标、应用前景等 4.1经济性分析 热泵技术加热是目前最经济、最节能、最环保的加热方式，具体经济性分析如下表：现以加热1吨水为例，自来水温按15，加热至55，需要40000kcal的热量。 表一 热泵产品经济性分析电热水器40000kcal817 kcal/kwh=49.0kwh0.6元/kwh29.4元液化气40000kcal7560 kcal/kg =5.3kg3.5元/kg18.55元天然气40000kcal6450 kcal/m3 =6.2 m32.2元/ m313.64元管道煤气40000kcal2660 kcal/m3 =15.0 m30.9元/ m313.5元柴油锅炉40000kcal8670 kcal/kg =4.6kg3.6元/kg16.56元煤锅炉40000kcal2752 kcal/kg =14.5kg0.6元/kg8.7元热泵机组40000kcal3010 kcal/kwh =13.3kwh0.6元/kwh7.98元 节能效果：热泵机组与电热水器相比，每吨水可节约电能36千瓦时。如果大批量推广，节能效果是相当可观的。环保效果：若以燃煤锅炉测算，每10000kw热泵机组投入使用，相当于少燃烧1580吨标准煤，大约可减少向大气排放一氧化碳（CO）45余吨、氮氧化物（NOx）7 .5吨、二氧化硫（SO2）32吨，粉尘20余吨。4.2应用前景4.2.1国内政策 应对全球变暖成为各国重要战略任务。面对全球变暖等环境问题，中国政府的成绩及承诺：始终把应对气候变化作为重要战略任务。1990至2005年，单位国内生产总值二氧化碳排放强度下降46%。在此基础上，中国提出，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%45%。 国家发改委正在研究制定相关政策，并将节能减排作为一项重大专项规划，建立节能减排倒逼机制和长效机制。并要求各地加大资金支持力度，建设项目要向能尽快形成节能减排能力的短平快项目倾斜。4.2.2市场前景 学校、医院以及酒店、会所、度假休闲设施建设进一步加快。有意愿有能力消费的中产阶层日趋膨胀，盛行家庭冲浪、SPA理疗等前卫消费理念。新购住房装修以及家庭使用多年的旧热水设备需要更换，随着消费理念转变，开始选用舒适节能安全的空气能热水系统。各类能源价格不断刷新历史记录，系统运行费用居高不下。电热水锅炉运行耗电高，配电容量扩容申批繁琐且费用高昂。燃油/燃气锅炉受原油价格上涨和供给影响，使用成本逐年攀高。上述条件综合作用，热泵市场快速崛起。4.3预期目标本产品拟向国内外推广，预期实现年销售额1000万，利润150万。5现有工作基础及条件5.1相关产品生产经验 公司2007建立，并快速与国外客户合作开发分体承压式太阳能热水器，以最短的时间实现批量生产。公司成立伊始即用欧洲的高标准要求生产，产品质量得到国外客户一致好评。2010年公司开发出泳池用空气能热泵热水器，开始向热泵市场进军。公司具备承压水箱和泳池用空气能热泵热水器生产经验，可充分利用自身优势将其整合为一体，形成一体式空气能热泵热水器，力争进入国外家用市场。5.2生产设备公司已经投入大量人力、物力、财力，制作大量工装夹具和产品模具。公司现有：直缝焊机、环缝焊机、滚圆机、折弯机、剪板机、普通车床、仪表车床、各类冲床等设备可满足本产品的生产需要。6.研究方案、技术路线、组织方式及课题分解等6.1机组工作原理空气能热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。 空气能热泵系统将空气中的低品位的热能,通过制冷压缩机按热泵方式作功,提升为高品位的热能，用来取暖或供应热水。 图一 空气能热泵热水器工作原理6.2机组结构初步确定6.2.1机组的主要组成 一体式空气能热泵热水器由热泵系统、承压水箱和电控系统三部分组成。 图二 一体式空气能热泵热水器示意图6.2.2机组结构分析国内市场上普遍为分体式空气能热泵热水器，由一台室外机（与空调室外机类似）和承压水箱组成，本机组同其比较，具有以下优点：安装方便，可靠性较好、成本较低等。6.3组织方式与课题分解6.3.1研究研制流程图总体设计、研究方案拟订热泵系统组件研制承压水箱研制电控系统研制机组组装机组实验产品定型项目鉴定图三 项目研究研制流程图6.3.2课题分解6.3.2.1承压水箱承压水箱研制由台州飞日能源开发有限公司（简称飞日能源）完成。研制过程中重点关注承压水箱的电化学腐蚀、晶间腐蚀、保温性能。严把检验关，水箱应无漏水、渗水现象，承受压力符合设计要求，并进行疲劳试验，保证耐久性，试验合格后交付课题组备用。6.3.2.2电控系统研制 电控系统由飞日能源和专业厂家合作开发。飞日能源提出技术要求；专业厂家编写程序，制作控制主板，完毕后交付课题组备用。6.3.2.3热泵系统组件研制热泵配件如：压缩机、风机、电子膨胀阀等由外协厂家提供，配件性能必须符合设计要求。飞日能源负责组件制作，组件制作过程严格按照热泵产品组装工艺进行，完毕后备用。6.3.2.4其他后期工作由多个单位飞日能源负责按照设计方案将机组总装。飞日能源和认证机构（TUV、合肥通用机械研究院等）共同完成以下工作：化霜试验、高温试验、低温试验、电器安全试验、整机性能试验等。飞日能源、专业技术人员、客户代表共同完成机组定型工作。7.机组技术经济指标 名称：一体式空气能热泵热水器型号：FREE-CP300L电源制式：230V/50Hz水箱容积：300L制热量：2766W输入功率：859W能效比：3.22高度：1883mm直径：650mm重量：9