6. 供热、热水设备与系统
（本节作者：哈尔滨工业大学姜益强教授、董建锴教授、郑文科讲师、博士生田中允、博士生黄帅）

6.1 技术发展特点

疫情放开过后，今年制冷展参展商和参展人员明显大幅增多。在供热、热水设备与系统方面，众多国内外知名企业参加了本次展会。从参展的相关产品可以看出，由于人工智能与智慧家居的快速发展，供热、热水设备与系统智慧化成为本次展会的特色。同时，受“碳中和、碳达峰”目标与节能减排的影响，供热、热水设备与系统更加注重高效节能和环保。此外，应用于北方严寒区的供热和供热水的空气源热泵机组的低温适应性能进一步提升，单机双级、复叠式超低环温空气源热泵机组也成为本次展会的一个亮点。

6.2 特色技术产品

本次展会展出供热与热水设备与系统方面特色技术产品，主要包括光伏 为代表的智慧家居供能方案，具有智能运行模式的地暖中央空调系统，超低环温空气源热泵供热机组，高效多功能热泵机组、家用热泵热水器、工业用热水和蒸汽的热泵机组以及对流式电采暖器等。

6.2.1 光伏 为代表的智慧家居供能方案

家居供能方案智慧化程度逐渐加深，智慧家居、智慧建筑等通过人工智能、大数据、“云”端互联等技术得以实现。供暖、供热水设备及系统智能化运行，一键式操控，给人们的生活带来便利、节能、舒适的体验。随着“双碳”目标的提出和各项“双碳”措施逐步落实，智慧控制系统与光伏 产品结合的全屋供能形式，为我国建筑低碳减排用能，助力零碳家居供能早日实现，起到了重要推动作用。       
如图6-1所示为海尔集团推出的“光驱储能”全屋供能解决方案，该系统最大的特色在于采用光伏光热板蓄能，同时利用太阳光制热和发电。在利用太阳能光电的同时吸收长波辐射制取生活热水，结合采用光伏发电、智能蓄能、光热采暖、变频直驱等技术手段，整体太阳能光热利用率超过70%。此外，智能蓄电终端可以将白天富裕的电能储存，供夜间使用，同时接入市政电网，保证建筑供能稳定性，实现建筑无限接近“零碳运营”。

  
(a) 海尔“光驱储能”解决方案(b) 海尔海外热泵方案

图 6-1 海尔集团“光驱储能”方案（供暖/制冷、供热水、供电等）

如图6-2 (a)所示为美的集团提出“光储热柔”家庭用综合能源解决方案，该方案以用户端储能作为蓄能首选项，全屋电气化。利用光伏发电，全屋采用电采暖/制冷供能模式，搭配智慧柔性能源管理系统，极大地增强了建筑用能的独立性。如图6-2 (b)所示为曼瑞德集团提出的利用光伏发电驱动居家储能用电系统，提出了与美的类似的智能住宅储能系统。智能储能控制柜对绿电存储和使用进行分配，家居物联，终端一键式操作，为智能零碳家居锦上添花。如图6-2(c)所示为格力集团展出的以光伏直驱变频多联机为核心的“无电空调”系统，依托自身光伏直驱变频离心科技，将光伏、储能和空调有机的结合起来，减少了常规光伏电能利用时交直流多次能源变换过程中的能量损耗，通过智慧仪表对系统温度等参数采集，采用网络远程传输，并通过云计算对数据进行分析，使用移动端远程控制，达到对系统智慧控制的目的，满足这性化需求。

 
(a) 美的“光储热柔”方案 (b) 曼瑞德住宅储能系统

(c) 格力“无电空调”设计方案

图6-2 智慧供能方案

6.2.2 具有智能运行模式的地暖中央空调系统

本次展会中家庭用地暖中央空调系统依旧是各公司的主推产品，海尔、格力、美的、中广欧特斯、松下、芬尼克兹等企业均推出了家庭地暖空调产品。通常情况下，地暖中央空调系统同时具有地板辐射末端和空调对流散热末端两套系统。夏季制冷时，利用空调对流散热末端向室内提供冷风。冬季供暖时，室外机将产生的高温介质送到地板辐射末端，向室内辐射供暖，达到“头凉足暖”的供热效果，减少了冬季屋内吹风带来的人体不适感，有效改善人体热舒适性。
根据对流末端和辐射末端内流通的介质种类，地暖中央空调系统可分为“天水地水”（对流末端与辐射末端均为水循环）系统，“天氟地氟”（对流末端与辐射末端均为氟循环）系统以及“天氟地水”(对流末端为氟循环，辐射末端为水循环)系统。与水循环相比，氟循环减少了一次中间换热，在能效和能级品味上高于水循环，同时减少了不必要的水管路阀件，减小冬季管路冻裂意外的发生。但氟循环的安装成本和空间尺寸限制了其在大型项目中的应用。 
如图6-3所示为格力家庭地暖空调两联供系统，目前已推出静享“天氟地水”、润享“天水地水”以及御享“天氟地氟”三大系列产品。系列产品均配有变频变容、智能物联、三管制除湿不降温等技术，可根据用户需求和安装场景，提供个性化定制方案。

 
(a) 静享“天氟地水”地暖空调系统
  
(b) 润享“天水地水”地暖空调系统 (c) 御享“天氟地氟”地暖空调系统

图6-3 格力地暖中央空调系统

如图6-4所示为地暖中央空调二连供系统。各厂家均可为用户终端提供灵活可变的末端形式，为用户提供更多可能的选择。图6-4 (b)为松下集团推出的“天氟地水”地暖中央空调，与其他地暖中央空调相比，该地暖中央空调多模式智能化供能方案中，专门针对冬季低温时屋内快速升温所设计出了“冬季地暖 中央空调连供模式”，冬季供暖时同时开启对流和辐射两种末端。在该模式运行下，热流体首先进入对流末端使房间快速升温，待达到适宜温度后由地暖辐射末端维持室内温度，采用温度自调节技术，提供更宜居的热湿环境。其中针对北方供暖所研发的地暖中央空调系统能在-35℃低环温下运行，增强了该类系统的适用范围，提高了供暖稳定性。

 
(a) 欧特斯“天氟 地氟/地水”地暖空调        (b) 松下“天氟地水”地暖空调系统

(c) 海尔“天氟地水”地暖空调系统

图6-4 地暖中央空调二连供系统

6.2.3 超低环温空气源热泵供热机组

随着国家“双碳”战略的进一步落实和实施，空气源热泵机组凭借其高效节能、清洁无污染的优势引起愈来愈多的关注。针对北方地区供暖需求大，冬季气温低、空气源热泵取热难、易结霜等行业痛点问题，芬尼克兹、欧博、海尔、欧特斯等厂家纷纷推出了超低环温热泵机组。 
如图6-5所示为海尔集团推出的低环温双级复叠式空气源热泵机组。海尔针对低环温和高温热水需求，采用喷气增焓准二级压缩 复叠式双级压缩技术，两级压缩均具备直流变频。一级压缩采用R32为冷媒变频涡旋压缩机，二级压缩采用R134a变频系统。在无电辅热的情况下，可在-35℃的工况下制取最高达90℃的热水。此外，机组采用了蓄热式自适应除霜技术，除霜模式下供暖水温几乎无波动，极大的增强了系统的供能稳定性。       
如图6-6 (a)所示为芬尼克兹公司CO2热泵热水机组，该机组采用准二级涡旋变频喷气增焓压缩机与高效氟冷变频技术，在-35℃时，可快速制热，最高产生65℃的高温热水。该机组是芬尼集团继超级北极星低温机组(-38℃低环温)后推出的新型自然冷媒低环温机组，ODP和GWP指标为0。如图6-6 (b)所示为中广欧特斯推出的低环温空气源热泵机组，采用先进的喷气增焓 喷液冷却涡旋压缩机。机组在-35℃低环温取热时还能有效降低压缩机排气温度，延长压缩机使用寿命，室外机采用二次过冷技术和智能除霜技术，保证机组稳定运行。

图6-5 海尔集团低环温双级复叠式空气源热泵机组
 
(a) 芬尼克兹CO2热泵机组 (b) 中广欧特斯低环温热泵机组
 
(c) 环都拓普低环温热泵机组 (d) 欧博低环温热泵机组

图6-6 超低环温空气源热泵机组

6.2.4 高效多功能空气源热泵机组

本次展会中，欧博、克莱门特、芬尼克兹、松下、洋马等公司都展出了集供暖、制冷、供生活热水为一体的高效多功能空气源热泵机组，机组适用场合和温域范围逐渐变宽，这也成为行业发展的一个趋势。
如图6-7 (a)和6-7 (b)所示，分别为欧博公司推出的四管制模块机组和芬尼克兹公司推出的三联供全热回收机组。其中，欧博四管制模块机采用以R410A为冷媒的全封闭涡旋压缩机，是集制冷、供暖、生活热水为一体的智慧节能型机组，可以实现单独供暖、单独制冷，还能实现冷暖联供的功能。采用完全独立的冷水换热器和热水换热器，具有冷热负荷变化自平衡特性。芬尼三联供系统利用热回收型三联供机组和传统单供暖机组组合的形式为用户综合供能，其中热回收型三联供机组即为四管制机组，制冷的同时兼顾热水，为用户提供冷热连供方案。 
如图6-7 (c)所示为克莱门特公司新推出的六管制多功能风冷热泵，在传统四管制机组的基础上，增加了两路高温热水制取模块，采用比泽尔螺杆压缩机和谷轮涡旋压缩机组合的形式，在供暖、制冷两联供的基础上，可同时生产最高出水温为78℃的超高温热水，成为医院、工厂、酒店等多需求用户传统冷水机组搭配锅炉系统的节能替换方案。整机搭配全机自动控制系统，4压缩机多管路智能化运行，具备良好的部分负荷性能，整机能效比最高可达6.59。

(a) 欧博四管制模块机组(b) 芬尼克兹三联供系统

(c) 克莱门特六管制多功能热泵
图6-7 多功能空气源热泵机组

近年来，随着北方清洁供暖政策的实施，推动了燃料驱动型热泵的发展。燃气热泵（Gas heat Pump，GHP）是以天然气作为一次能源，驱动燃气发动机产生机械功带动压缩机制冷/供暖的热泵系统，同时回收发动机缸套和烟气内的高品位余热制取生活热水，可以实现制冷/供暖 全年生活热水运行。如图6-8 (a)所示为冰山（松下）集团展出的GHP系统，系统核心动力采用与尼桑公司联合研发的GHP专用微电脑控制低转速发动机，可实现低温下快速制热，冷态启动时间比电热泵快6倍以上。机组采用R410A环保冷媒，制冷/供暖是兼顾制取生活热水，冬季供暖时灵活利用发动机余热，供暖能力受环境温度影响很小，冬季可实现连续供暖，-30℃环境温度下可正常运行。如图6-8 (b)所示为天加公司推出的GHP多联机系统，利用发动机余热预热、融霜，实现融霜不降温，引入智能控制系统，采用GHP与传统电热泵搭配的综合供能方案，极大的提高用户供暖稳定性，提高热舒适度。

 
(a) 冰山（松下）GHP燃气机热泵        (b) 天加GHP热泵多联机系统

图6-8 新型多功能GHP燃气机热泵机组

6.2.5 家用热泵热水器

本届展会上，家用空气能热水器因其高效节能的特点，受到越来越广泛的关注。格力、西奥多和芬尼克兹等企业均推出了节能高效的家用空气能热泵热水器产品，如图6-9所示。其中，图6-9 (a)为格力公司研发的更加高效的空气能热水器，能够在全工况下单独依靠热泵机组输出90℃超高温水，节能模式下的COP可达5.6。并且，压缩机采用格力自主研发的变频双级增焓热泵技术，使用R134a升级冷媒，在-15℃的低温环境下仍可稳定制热。图6-9 (b)为西奥多公司研发的智能空气能热水器，能效比高达4.5，能耗为电热水器的25%，燃气热水器的30%，实现了水电系统的完全分离，并且制热、保温、供水、补水全自动运行，自动控温、只能除霜、断电记忆等，无须人工调控，提供热水的同时，还可提供冷气。图6-9 (c)为Jaja雅凯公司推出的无菌热泵热水系统，与传统的热泵热水系统不同，该系统不直接储存热水，内置超强换热盘管，实现了热水即用即制，避免了长时间不用的菌团污染问题，并且与大多数常用生活水箱不同，该水箱的结构能够二次隔断冷媒污染，避免污染生活用水。

(a)格力热泵热水器           (b)西奥多热泵热水器       (c)Jaja雅凯热泵热水器

 图6-9 (d)为芬尼克兹公司的产品，采用独特的水电分离技术，避免了触电的风险，并且采用双重换热技术，外绕盘管、特种钢板层、钛瓷内胆层三层隔绝，阻断氟泄露于水，具有智能化霜技术，加快冬季化霜，以改善热泵在低温环境中制热性能。图6-9 (e)为中广欧特斯公司推出的产品，采用超导换热技术以及R134a环保冷媒，使得微通道面接触换热增加33%，并且采用晶钢5k内胆，具有杀菌、抑垢、耐酸碱和耐高温等特点，加热过程中产生免费冷气可供厨房使用。

(d) 芬尼克兹热泵热水器             (e)中广欧特斯热泵热水器

图6-9 家用热泵热水器

6.2.6 工业用热水和蒸汽的热泵设备

相比于居民生活热水量少、温度低的特点，工厂等场所对热水水量及温度有更高要求。工业用热水热泵为工业离散余热回收、工业园区蒸汽（热水）供应、化工系统的冷热同制提供了高效绿色低碳方案。

 
(a)格力工业大容量高温离心热泵(b) 冰轮环境HD-宽温域离散余热相变提质离心机组

图6-10 工业用热水和蒸汽的热泵设备

如图6-10 (a)所示为格力公司推出工业大容量高温离心热泵，采用双压缩机串联多级压缩以及10 kV永磁变频直驱等技术，热水出水温度高达120℃，供热容量10 MW，最高温升80 K，通过高效热泵技术回收工业余热，提高能源利用率。如图6-10 (b)所示为冰轮环境公司推出的HD宽温域离散余热相变提质离心机组，该产品采用双级串联增压离心式压缩机，永磁同步变频电机高速直驱传动，磁悬浮轴承，微重力(压差）循环-高效蒸汽发生-汽水分离一体器，智能工质分布调节技术，蒸发-冷凝温域宽达60℃，可产出1.0～1.5 bara蒸汽。
       如图6-11 (a)所示，麦克维尔空气源热泵高温热水器采用多重压缩复叠设计和无极调节全变频设计，可以实现-26℃环温下生产90℃热水，能够充分满足寒冷地区热水供应，无需额外增加电热。也可实现5℃自来水直接加热至90℃，以应对电镀、纺织印染等工业生产中50℃~80℃高温热水的需要。如图6-11 (b)所示为江森自控公司推出的HPS螺杆式高温热泵机组，采用高效、高压双螺杆压缩机，最高出水温度可达85℃，除单热泵应用及冷热联用外，还可以做冷热两用型机组，即根据需求冬季单制热运行，夏季单制冷运行。冷热两用型机组可提供60℃~85℃的高温热水，或5℃~15℃的低温冷水。

 
(a) 麦克维尔空气源热泵高温热水器(b) 江森自控HPS螺 杆式高温热泵机组
图6-11 工业用热泵热水器

6.2.7 热泵烘干机

为解决烘干过程中的高能耗，高污染的问题，采用空气源热泵技术进行干燥的设备有着节能、运行可靠、易于自动控制、适合于多种物料使用、干燥和排放无污染等优点，越来越受到市场欢迎，也必将成为今后重点发展的方向。本届展会上，海尔和百奥等公司推出了热泵烘干机，如图6-12所示。
如图6-12 (a)所示海尔公司推出的热泵烘干机，采用液晶屏智能化用户界面，操作简便，用户可实现一键式全自动烘烤，也可根据烘干工艺分阶段自行控制烘干温度和湿度，控干/湿球±0.5℃，提升物料品质，温度调节范围为18℃~80℃，湿度调节范围为5%~99%，可在室外10℃~43℃、室内30℃~70℃温度运行范围，适应不同地域需求。如图6-12 (b)所示为百奥公司推出的热泵烘干机，其控制系统采用微电脑全自动控制，湿度控制范围为10%~98%RH，设定最高温度为55℃，能够满足各个行业不同温湿度的要求，并且该设备采用了百奥独有的故障自动判断技术，在系统出现如湿感温感故障，系统高压、低压等各种故障时，控制系统中即时显示相应代码报警，保证了设备高效运行。

 
(a) 海尔热泵烘干机(b) 百奥热泵烘干机

图6-12 热泵烘干机

6.2.8 对流式电采暖器

在某些地区，当集中供暖并不可能或者并不适合，那么分散式供暖就是最理想的选择。其中，对流式电采暖器具有安装灵活、制热快以及精准控制等优点，通过加热元件直接加热空气，冷空气自底部进风口进入，热空气自上方出口风口流出，空气循环流动，热空气均匀到达室内各个角落，成为房间取热的理想选择。本届展会上，世创电能公司推出了不同形式的对流式电采暖器，如图6-13所示对流式采暖器，已成功应用于分散式供暖，根据需要的时间、需要的地点，进行供暖，精确舒适的同时，大大节约成本。采暖器采用德国原装进口加热管，QR快速反应不锈钢加热元件，升温迅速，3 s可达25℃，可进行7天多段编程，智能预约加热时间，精准度高达0.7 K，拥有定时器和故障报警功能，室内开窗自动识别，高效节能不浪费。此外，由于机器内无需风扇，空气循环流动，无噪音，恒温恒湿不干燥，没有空调一样吹热风的感觉。

  
6-13 世创电能对流式电采暖器

6.3 小结

本次展会在“碳中和、碳达峰”目标引领下，参展的供热和热水设备产品总体显现智能、高效、节能和环保的特点，参展企业多，参展产品广。并且，随着智慧建筑、智慧家居的理念逐步深入人心，供热和热水设备与系统越来越重视智慧化，并将会得到更加快速的应用与发展。另外，热泵技术在供热、供热水领域的作用日益增强，超低环温空气源热泵因其更优越的低温适应性得到不断发展。高效多功能热泵机组因其具有供热、供冷、热回收等功能，未来将会得到越来越广泛的应用。生产高温热水或蒸汽的工业用热水热泵机组、以及高温热泵烘干机，为工业离散余热回收、工业园区蒸汽（热水）供应、化工系统的冷热同制，以及工农业及工艺干燥提供了高效绿色低碳方案，未来会有越来越好的市场前景。总之，随着“双碳”目标逐步达成和人民生活需求的进一步提高，供热和热水设备与系统的智能化、功能综合化、健康舒适化、清洁电力化将得到进一步的发展，也必将成为未来发展的方向。

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