胡一凡，戚玉麗，王煒瑋，李杰英，龍 丹

(嘉興學(xué)院建筑工程學(xué)院,浙江 嘉興 314001)

我國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)持續(xù)快速發(fā)展了20年，從未出現(xiàn)過(guò)市場(chǎng)萎縮現(xiàn)象[1]。但是，這種發(fā)展勢(shì)頭在近期得到了改變。2013年實(shí)施的浙江省《民用建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB33/1092-2013) “8.1.2 十二層及以下(十二層以上的上部六層)的住宅建筑應(yīng)為全體住戶配置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。有集中生活熱水需求的公共建筑宜優(yōu)先采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、空氣能熱水系統(tǒng)等可再生能源系統(tǒng)……”。"另根據(jù)第8.1.2條條文說(shuō)明：……在某些不具備安裝太陽(yáng)能集熱器的建筑或建筑中的某些部位可選用空氣能熱泵等節(jié)能設(shè)備加熱生活熱水[2]。實(shí)際使用過(guò)程中目前不少住宅、公建等原先規(guī)定使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的地方基本已被空氣源熱泵熱水系統(tǒng)代替。從以下幾方面我們思考下原因：

1 思考

1.1 空氣源熱水系統(tǒng)與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁簡(jiǎn)上的思考

依據(jù)《太陽(yáng)能與空氣源熱泵水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DB33 1034-2016中計(jì)算方法的規(guī)定[3]：在確定設(shè)備型號(hào)時(shí)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算分類較細(xì)，集熱面積計(jì)算中加熱方式分為直接加熱和間接加熱方式兩種；供水方式又分為集中式系統(tǒng)和分散式系統(tǒng)，而空氣源熱泵則無(wú)需分類,而且在與其他工種的合作中，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)需要與建筑、結(jié)構(gòu)等多工種合作，如確定建筑屋面面積是否足夠、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)算重力荷載和風(fēng)荷載效應(yīng)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)算重力荷載、風(fēng)荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)等。而且設(shè)計(jì)圖中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖內(nèi)容較多，需要畫(huà)出集熱面積和管道系統(tǒng)，而熱泵系統(tǒng)只需要提供設(shè)備平臺(tái)，畫(huà)上示意圖例即可完成。

1.2 空氣源熱水器與太陽(yáng)能熱水器安裝便利上的思考

儲(chǔ)水設(shè)施、水泵、連接管及其他部件、控制系統(tǒng)和輔助熱源設(shè)施等內(nèi)容太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)安裝均相同，但太陽(yáng)能集熱器和空氣源熱泵熱水機(jī)組安裝不同。太陽(yáng)能集熱器需要良好的光照條件，一般布置在屋面，布置時(shí)要保證集熱器與前方遮光物或集熱器前后排之間的最小距離，前、后排集熱器之間還應(yīng)留有安裝、維護(hù)操作的足夠間距，排列整齊有序，管線穿屋面時(shí)，應(yīng)在屋面預(yù)埋防水套管。而空氣源熱泵機(jī)組則只需要布置在通風(fēng)條件良好的室外平臺(tái)或地面上，熱泵安裝時(shí)機(jī)組基礎(chǔ)(懸掛)高度離地面不低于15cm，其離開(kāi)墻面的距離不少于15cm，兩臺(tái)熱泵機(jī)組相對(duì)布置時(shí)，其間距宜大于1m。熱泵機(jī)組需要遠(yuǎn)離人員密集區(qū)域，避免其排氣方向近距離(3米內(nèi))正對(duì)其它住戶的門窗。相比之下，由于屋面面積有限，集熱器的布置比熱泵機(jī)組的布置更受限制，更加占空間；同時(shí)集熱器安裝還應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作規(guī)程，保證集熱器的密封效果，由此集熱器的安裝比熱泵機(jī)組的安裝注意事項(xiàng)更多，安裝更為費(fèi)時(shí)費(fèi)力。未來(lái)城市化減緩帶來(lái)的新建筑減少、 勞動(dòng)力成本上漲、 城市建筑越來(lái)越高導(dǎo)致的屋頂不足等挑戰(zhàn)，會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能的使用條件越來(lái)越嚴(yán)苛，而空氣源熱泵熱水器則不會(huì)遇到這種問(wèn)題。

1.3 空氣源熱水器與太陽(yáng)能熱水器運(yùn)行管理上的思考

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷和當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射量確定采光面積，主要適用于在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)以及太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)備投資低廉的場(chǎng)合，在運(yùn)行設(shè)計(jì)階段[4]，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一般分為七大系統(tǒng)，有自然循環(huán)系統(tǒng)、定溫放水系統(tǒng)、溫差循環(huán)系統(tǒng)、定溫放水+溫差循環(huán)系統(tǒng)、定溫分區(qū)供水、副水箱上定溫放水系統(tǒng)、定溫管道循環(huán)系統(tǒng)。在陽(yáng)光充足的情況下，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)能很好地運(yùn)行。而空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)熱泵熱負(fù)荷選取合適的熱泵機(jī)組因此適用于在太陽(yáng)能資源貧乏的地區(qū)或太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)備投資高昂的場(chǎng)合，在低溫環(huán)境中，空氣源熱泵的能效則較低，需要采取措施進(jìn)行改進(jìn)，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)有直熱式和循環(huán)式兩種[5]。 實(shí)際運(yùn)行中沒(méi)有統(tǒng)一的方案，根據(jù)用戶要求的不同，則運(yùn)行方案也不同，小型供水工程中，直熱式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)優(yōu)于循環(huán)式熱泵，它改進(jìn)了循環(huán)式熱泵的水溫不穩(wěn)定，供熱水不及時(shí)的弊端，在用水高峰期用戶水溫不受影響，熱水也不需要等待?？諝庠礋岜脽崴饕蚩稍谌魏螘r(shí)候產(chǎn)熱水，儲(chǔ)水箱配置僅為最大供熱水量的50%～70%即可滿足要求，熱泵熱水器儲(chǔ)水箱較小。而典型的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行方式中，太陽(yáng)熱水器的儲(chǔ)水箱要按全天最大供熱水量配置，而且儲(chǔ)熱水箱的容量有限，當(dāng)其儲(chǔ)熱水箱滿時(shí)，多余的熱水無(wú)法補(bǔ)充箱內(nèi)造成浪費(fèi)，而通過(guò)加熱水循環(huán)泵，提高太陽(yáng)能換熱效率的同時(shí)，又會(huì)增加循環(huán)泵的維護(hù)費(fèi)用。而對(duì)于公共建筑，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，熱泵工作時(shí)間，供水時(shí)間，增壓泵運(yùn)行時(shí)間等進(jìn)行設(shè)定，從而將熱水供應(yīng)時(shí)間控制在早、中、晚三個(gè)用水高峰的時(shí)間段，而太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的加熱時(shí)間更為漫長(zhǎng)，根據(jù)天氣的情況，若是日照條件不好，熱水則很難及時(shí)供應(yīng)。

1.4 空氣源熱水器與太陽(yáng)能熱水器的投資成本比較

從投資方面來(lái)看，太陽(yáng)能與空氣源熱水器在前期投資都比較大，但在后期運(yùn)行的投入，要達(dá)到相同條件，即不受天氣影響持續(xù)供水，空氣源比太陽(yáng)能熱水器要節(jié)省的多。不同類型、容量、品牌、功能的太陽(yáng)能熱水器價(jià)格存在差別，目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器主要分為真空管和平板太陽(yáng)能，這兩種類型的太陽(yáng)能熱水器價(jià)格差別比較大。真空太陽(yáng)能管熱水器造價(jià)低廉，安裝比較簡(jiǎn)單市場(chǎng)占有率大，一般120L的真空管太陽(yáng)能熱水器價(jià)格在6000～8000元左右。相同水容量的熱水器，平板太陽(yáng)能熱水器價(jià)格大概比真空管高出40%。一般200L的太陽(yáng)能熱水器價(jià)格在3萬(wàn)元左右。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，一臺(tái)空氣能熱水器(熱泵熱水器)200L的家用機(jī)價(jià)位一般在6000元以上，而一臺(tái)150L家用機(jī)的市場(chǎng)售價(jià)一般也在5000到55000元之間。有數(shù)據(jù)表明：要讓120L水從15℃上升到55℃，太陽(yáng)能熱水器費(fèi)用為1.48元，而空氣源熱泵熱水器約為0.95元。太陽(yáng)能在日照充分條件下運(yùn)行成本幾乎為零，但太陽(yáng)能無(wú)法全天候工作，陰雨天氣需考慮輔助電加熱，在同等條件下太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用是空氣源熱泵熱水機(jī)組1.4倍。但是空氣源熱水器進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)時(shí)間較短，不少空氣源熱泵熱水器生產(chǎn)廠家都不大，大部分是組裝和貼牌，質(zhì)量得不到保證，有的廠家偷工減料，靠?jī)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，相關(guān)的管理制度不夠完善，企業(yè)參差不齊，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前還不規(guī)范。

2 解決辦法

熱泵熱水器目前主要朝著能源高效率、綠色環(huán)保、舒適健康、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)、建筑一體化、智能化先進(jìn)制造、安全可靠等方向發(fā)展，需要解決的技術(shù)瓶頸目前包括能效、可靠性、HCFC替代、熱泵除霜、高效換熱、噪聲振動(dòng)以及防腐蝕等。在市場(chǎng)消費(fèi)升級(jí)的推動(dòng)下,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)已成為熱水器行業(yè)發(fā)展的一條主線。從整體來(lái)看,電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⒖諝庠礋岜脽崴饕约疤?yáng)能熱水器都處在轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期。熱水器企業(yè)既面臨日益嚴(yán)格的產(chǎn)品安全、能源效率、綠色環(huán)保等要求,也需要積極探索與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)融合。

目前，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展很快，利用這些新技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的結(jié)合能有效推動(dòng)其發(fā)展。比如，熱水太慢、水量不足以及能耗過(guò)高等問(wèn)題困擾熱水器行業(yè)，“物聯(lián)網(wǎng)+熱水器”模式也許能夠提供解決這些問(wèn)題的新思路。研發(fā)產(chǎn)品能通過(guò)自主學(xué)習(xí)了解消費(fèi)者的使用習(xí)慣、設(shè)備的特性和運(yùn)行情況等信息后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)智能、節(jié)能、高效、省錢的效果。

就目前的技術(shù)水平物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)能夠做到對(duì)熱水器的遠(yuǎn)程控制，并且在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)有了應(yīng)用。以Niagara平臺(tái)創(chuàng)建了一個(gè)通用環(huán)境，可連接任何嵌入式設(shè)備或系統(tǒng)，而無(wú)需考慮設(shè)備的制造廠家以及使用的通訊協(xié)議。該系統(tǒng)將太陽(yáng)能充分利用于熱水器裝置中，對(duì)于日照時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)，可合理利用太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能，是編程人員足不出戶就可編程或修改邏輯，這對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)具有重要意義。

熱泵的耗能相較于電加熱與其他傳統(tǒng)的能源使用有所具有的優(yōu)勢(shì)是節(jié)能，且相較于太陽(yáng)能更為穩(wěn)定，但是熱泵在低溫環(huán)境下的效率低，于是解決熱泵在低溫環(huán)境下的效率問(wèn)題就顯得尤為重要了，這將極大促進(jìn)熱泵的應(yīng)用，也符合當(dāng)前節(jié)能減排的要求。

目前歐美市場(chǎng)上常見(jiàn)低溫?zé)岜玫募夹g(shù)功課著眼點(diǎn)有：(1)室外機(jī)盤管增加放水肋片涂層，減少霜凍現(xiàn)象；(2)縮短化霜時(shí)間；(3)多級(jí)壓縮和變頻運(yùn)行；(4)優(yōu)化室內(nèi)外盤管容量；(5)在多臺(tái)壓縮機(jī)之間設(shè)置中間冷卻器和旁通制冷劑環(huán)路；(6)根據(jù)熱負(fù)荷選定壓縮機(jī)功率；(7)選用新型制冷劑，如混合制冷劑或二氧化碳；(8)增加室外盤管除霜循環(huán)，或安裝室外機(jī)保護(hù)罩等。

3 總結(jié)

城市化的快速發(fā)展帶來(lái)的大量新建筑使得太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)曾經(jīng)紅火一時(shí)，而當(dāng)前城市化減緩帶來(lái)的新建筑減少、勞動(dòng)力成本上漲、城市建筑越來(lái)越高導(dǎo)致的屋頂不足等挑戰(zhàn)使得太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)逐漸萎縮，設(shè)計(jì)繁簡(jiǎn)、安裝、運(yùn)行管理、投資成本均影響著太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的發(fā)展。同理空氣源熱水系統(tǒng)要在市場(chǎng)上站住腳跟，現(xiàn)階段，應(yīng)在提升產(chǎn)品質(zhì)量、解決技術(shù)難點(diǎn)，融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)上，使空氣源熱水器達(dá)到真正節(jié)能的目的，滿足用戶的使用要求

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