二氧化碳热泵热水器需解决关键技术难题
- 2012/4/17 10:56:552834
其实对于2011年来讲，二氧化碳热泵热水器一直是热点话题。用二氧化碳作为工质的热泵热水器具有多方面的有点，从外部优势来讲，具有不破坏大气臭氧层，ODP=0；天然工质，价格低廉，且无回收问题；良好的安全性、化学稳定性；在低温的条件下，也可以拥有很高的效率；可以很轻松的获得90℃的高温热水等优势，始终是热泵行业科研人员的追求。同时二氧化碳是热泵系统工质替代中有潜力的天然工质之一，从机器运转机理来讲，二氧化碳跨临界系统气体冷却器端的温度滑移可以与变温热源较好的匹配，它在热泵热水器方面的应用具有其它供热方式无法比拟的优势。
同时现在的热泵热水器有很多问题无法解决，一定程度局限了热泵热水器市场的发展，可是如果用二氧化碳作为工质的话，热泵热水器的普及应用范围将大大扩大。因为二氧化碳热泵可以制取高温热水用于热水的供应和建筑物的供热，替代现有的燃煤、燃气、燃油或电锅炉等传统的供热方式，减少矿物能源的消耗，降低温室气体、粉尘和废热排放。与常规热泵相比，除了工质更环保以外，二氧化碳热泵可以制取高温热水扩大了热泵的应用领域，并且可以在较低的环境温度下正常使用，扩展了热泵的应用范围，尤其对北方地区的建筑供热具有重大意义。目前在日本和欧洲得到了广泛的应用，在我国还是个空白，因此发展前景极为广阔。
所以国内的科研人员一直在大力的研究二氧化碳热泵热水器。在2011年6月1日，CO2热泵热水器的核心配件标准GB/T26181-2010《家用和类似用途CO2制冷剂热泵热水器用全封闭型电动机-压缩机》开始实施。在GB/T26181-2010《家用和类似用途CO2制冷剂热泵热水器用全封闭型电动机-压缩机》的报批稿中看到，标准对压缩机制冷量及性能系数（COP）的要求为，按规定方法进行试验时，实测制冷量应不小于其名义值的95%，实测性能系数（COP）应不小于其名义值的95%。其次，标准对于产品噪声的规定为，压缩机运转时，不应有异常声音。同时壳体应能承受超出正常使用时的压力，高压侧的壳体应能承受同样的压力：对非跨临界制冷系统，压力至少为制冷剂在70℃时饱和蒸汽压力的3.5倍，试验压力圆整至0.5MPa（5bar）。对跨临界制冷系统，压力为设计压力的3倍，但不得小于表1中要求的小试验压力；对亚临界和跨临界制冷系统，低压侧的壳体应能承受制冷剂在20℃时饱和蒸汽压力5倍的压力或2.5MPa（25bar），两者中取大值，试验压力圆整至0.2MPa（2bar）。
此外标准还要求：对于从第二级直接排气的双级电动机-压缩机，壳体应视为低压侧;对于不从第二级直接排气的双级电动机-压缩机，壳体应视为高压侧。使用垫片密封的半封闭型电动机-压缩机，当壳体内压力超过要求试验压力的40%时，允许在垫片处出现泄漏。
如果发生泄漏，要在另一台由制造商专门准备的避免垫片泄漏的样机上重复进行该试验。对于使用旁通阀，在预定压力差下将高压侧的压力释放到低压侧的半封闭型电动机-压缩机，即使在垫片处出现泄漏，壳体仍应能承受要求的试验压力。
在电子电路保护方面，新标准第六章中增加了“电动机-压缩机依据由保护电子电路提供保护或不由保护电子电路提供保护进行分类”的部分。如果电动机-压缩机依据分类是由保护电子电路提供保护的，并且该保护电子电路符合标准要求，则以模拟单一故障的方式重复进行试验。
该标准的其他技术要求包括：压缩机成品应封入不低于大气压力的干燥氮气或空气（露点温度在-35℃以下），也可以采取其他有效的密闭措施以防止大气中的潮气等污染物侵入;压缩机壳体表面涂漆应均匀一致，不应有漏涂、划痕和锈斑等缺陷;在加速寿命试验过程中，制冷量及性能系数（COP）的下降不应超过原实测值的5%;噪声值不应大于原实测值3dB（A）。
不过，新标准中并没有专门针对变频压缩机的内容。近，压缩机IEC标准又发布了新的修订方案，其中包括变频压缩机电子电路控制等方面内容，并且引发了比较激烈的争论。专家估计，中国压缩机国家安全标准未来将会沿着这一方向进行修订。
目前中国现已有三家压缩机生产企业正在进行二氧化碳跨临界循环热泵系统专用压缩机的开发工作。上海日立、西安庆安和广东美芝目前均具备向用户提供样机的能力，可喜的是这几家企业都是立足于自有知识产权进行研究和开发，并掌握了相关核心技术。除了前几年若干学校和科研机构对二氧化碳跨临界循环技术及其应用进行了卓有成效的研究外，近年又有多家生产企业启动了二氧化碳跨临界热泵产品的产业化开发项目。更为重要的是，中国市场具有二氧化碳热泵热水器及其相关产品应用的适宜条件。
至于CO2制冷剂热泵热水器压缩机何时推向市场，“这取决于CO2热泵热水器何时得到市场的认可。这一产品在性能上存在一定的优势，例如可以在—20℃正常工作，改变了以往热泵热水器‘销售过不了长江’的局面。但是家用市场由于二氧化碳热泵热水器成本过高，市场接受程度不明确，而商用产品由于属于压力容器范畴，在技术上还存在一定的缺陷，因此真正推向中国市场还有待时日。”某热泵企业负责人说。
其实，出台的标准对于整个行业来说只相当于入门门槛，指标定得并不高，将来产品大批量销售时会考虑提升相应要求。对目前的形式来看，二氧化碳热泵热水器还是个新生事物，对二氧化碳热泵热水器的研究和应用还需要做很多细致的研究工作，需要解决的关键技术有：二氧化碳热泵关键部件设计（包括气体冷却器、回热器、蒸发器、储液器）、系统集成设计、基于能效比优化的系统控制技术、油温控制技术、化霜技术、出水温度控制技术等等，同时在进一步提高热泵换热器效率、更加的控制高压侧压力、针对不同的应用项目提高运行系统的能效等方面需要做的工作还很多。