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。
由上表可以看出，采用低温空气源热泵热水机组进行供，与燃煤锅炉相比，可以节约标准煤54%，与燃气锅炉相比，可以节约标煤43.3%。因此可以减少大量的温室气体、粉尘、酸性气体的排放，非常符合我国调整能源结构、发展环保事业的大方向。
2、节能、节水、节地、节材
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 能潜力巨大。
通过一次能源效率分析，低温空气源热泵与直接电热水器相比，节能达75%;与燃煤锅炉相比，节能达53%;与燃气锅炉相比，节能达43%。
低温空气源热泵技术还可以充分利用建筑自然能源(空气里储存的能量)，符合“温度对口，梯级利用”的用能基本原则。可以缓解我国的能源紧张形势，推进我国的建筑节能事业的发展。
3、综合效益最优 1、生产一吨热水不同能源费用数据对比表(以北京为例) 现以加热1吨水为例，自来水按15加热至55计算，需要40000kacl的热量
| 热水设备 | 热源数值 | 热源单价 | 运行成本 |
| 电锅炉 | 40000÷817kcal/kwh＝49.00kwh | 0.74元/kwh | 36.26元 |
| 电锅炉（谷电） | 40000÷817kcal/kwh＝49.00kwh | 0.30元/kwh | 14.70元 |
| 液化气锅炉 | 40000÷8640kcal/kg＝4.63kg | 8.00元/kwh | 37.04元 |
| 天然气锅炉 | 40000÷6880kcal/m3＝5.81m3 | 2.80元/kwh | 16.27元 |
| 管道煤气锅炉 | 40000÷3040kcal/m3＝13.16m3 | 1.32元/m3 | 17.37元 |
| 柴油锅炉 | 40000÷8160kcal/kg＝4.90kg | 7.00元/kg | 34.30元 |
| 煤锅炉 | 40000÷2580kcal/kg＝15.50kg | 0.76元/kg | 11.78元 |
| 普通热泵 | 40000÷2451kcal/kwh＝16.30kwh | 0.74元/kwh | 12.06元 |
| 普通热泵（谷电） | 40000÷2451kcal/kwh＝16.30kwh | 0.30元/kwh | 4.89元 |
| 低浊热泵 | 40000÷3268kcal/kwh＝12.24kwh | 0.74元/kwh | 9.06元 |
| 低温热泵（谷电） | 40000÷2268kcal/kwh＝12.24kwh | 0.30元/kwh | 3.67元 |
结论二、
电热水锅炉具有使用方便，能适应任何天气变化，但需要专用机房，占用室内空间，易结水垢，运行过程中耗电量极大，对电能造成很大的浪费，运行费用高。
现在市场新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了该产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。
结论三、
热泵热水机组不受天气情况限制，使用方便，不占用室内空间，系统运行过程中无任何安全隐患，绝对安全环保，使用寿命、可长达15年以上，设备性能稳定，可实现无人操作(全自动化智能控制)。虽然与其它锅炉相比，初始投资相对高些，但热泵热水机组只需很低的运行费用，用户只需经过很短时间的运行即可完全收回初投资 。但在北方地区使用时低温加热性能不太理想。
结论四、
低温空气源热泵热水机能保证低温时能加热好55度的热水，同时能效比也很高，充分达到节能的效果，同时也没有废气废渣等污染产生，户只需经过很短时间的运行即可完全收回初投资。
一、 市场需求
随着中国经济的快速增长，房地产市场发展得更快。由于我国华北、西北、东北地区冬季气候均属于寒冷或严寒地区，因此，冬季供热水是人民生活必备的基础设施之一。这样，热水市场也就随着房地产市场的发展呈现出快速和人们生活平的不断提高呈增长的趋势。据预测，在未来的5年内，热水市场容量每年可达到700亿元。而热泵热水机的市场份额应每年有30亿的市场空间，低温型热泵热水机的以后的市场额要占点到热泵热水机的市场的40%。由于传统的燃煤取暖具有污染重、效率低等原因，受制于我国能源紧缺和环境污染的局面。另外，。对于三北地区，就是适度鼓励电加热热水，用低温空气源热泵热水机在低温时能效比很高，同时也不需要辅助电加热进行加热高温热水，同时又可能用低电进行加热。随着能源结构的调整，实现节约能源、减排治污、保护生态的系列目标，各地政府都将电作为一项未来长期的策略之一。而热泵热水机组市场随着房地产市场的增长而快速增长。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对热水的要求也越来越多。
这样，由于低温空气源热泵热水机具有的节能、节水、初投资低等显著优点，是实现加热热水的最佳途径。以北京为例，考虑50%采用低温空气源热泵热水机组供热，则到2015年，本项目的目标市场为5亿元设备市场容量，到2020年，总市场容量达到62亿元，设备市场容量15亿。由此推算到整个三北地区，到2010年，低温空气源热泵的市场容量将达到15亿，到2015年的市场容量为45亿。在这样一个细分市场，如此大的市场空间为低温空气源热泵提供了广阔的前景。低温空气源热泵热水机现在主做热水设备的企业：江苏天舒电器有限公司、美的、格力、清华同方等企业都
二、 国家宏观支持面
近年来，我国开始注重循环经济的建设和科学发展观的落实，并提出了以节能、环保、节约资源为核心的节约型社会的建设。并在第十一个五年规划中，把“落实科学发展观，建设节约型社会”提升到发展国民经济的基本任务的高度。低温空气源热泵技术恰好是环保、高效的节能、节水产品，是典型的循环经济代表，正好符合了这个大方向。
另外，随着国家调整能源结构、大力推广建筑节能、发展可再生能源利用、积极变革传统的供暖方式，也给直接应用电能的低温空气源热泵的发展提供了广阔的发展空间。
因此，从宏观政策角度讲，低温空气源热泵热水机迎来了快速发展的契机，市场前景广阔。
三、 结论
低温空气源热泵热水机组是在传统空气源热泵热水机组基础上，大大扩展了应用范围，并提高了能效比。它可以满足三北地区的供暖需求，同时，由于低温空气源热泵机组环保、高效、节能、节水、节地，不受资源限制(水资源、土壤资源)，是实现建筑设备节能的有效产品之一。
与其他加热热水设备相比，从系统初投资、运行管理费用、资源依赖程度、环境友好程度、四节特性、系统简便性及其投资回报年限上综合考虑，低温空气源热泵热水系统最优。而且，这种优势随着我国生态环境综合评价体系的完善以及资源紧缺程度的加剧，将日趋明显。低温空气源热泵热水产品无论从技术性能、使用性能到环境效益、社会效益，都将成为变革传统加热水方式的主力军，成为助力 建设节约型社会的典型产品。
