本节作者「哈尔滨工业大学：姜益强教授、董建锴教授、郑文科副教授、博士生徐先港、博士生王奉刚」
在节能降碳及智能互联的大背景下，供热、热水系统与设备领域发展势头强劲，产品愈发多元化，技术发展特点如下。
超低环温空气源热泵机组不断突破运行极限，在珠峰、东北等极限条件区域下也可保证系统的正常运行。
基于大数据的智能控制系统逐渐应用于设备中，提高了系统运行与用户需求度契合度，实现精准及时的负荷响应与优异的节能效果。
光伏、家庭储能等与供热设备与系统结合，降低碳排放的同时节约用户成本。
工业用高温热水和蒸汽热泵技术创新显著，产品类型增加明显，为工业领域用热提供了更多选择。
本次展会展出供热与热水设备与系统方面特色技术产品，主要包括结合光伏、光热与储能的户内能源管理系统，超低环温空气源热泵机组，运行调节灵活的地暖中央空调系统，满足用户多种需求的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，热泵烘干机、基于冷凝热回收的热泵机组等。
图6-1 能源管理系统
图6-1（a）为海信集团推出的“家庭能源管理解决方案”，该方案由光伏（PV）系统、交直转换器、储能系统、热泵系统与用户末端5个部分组成。其具有正常、直流储电（储能）、水箱储热（储热）、节能4种运行模式，有效利用光伏与电网峰谷价差，在满足家庭供热、热水需求的同时还可通过储能系统为家庭其他设备供电。图6-1（b）为格力集团推出的“工商业光储空解决方案”，该系统的核心是光储直柔一体机，结合光伏发电、直流储电及综合能源管理系统（IEMS）等新型直流系统，能够作为应急备用电源，具有可拓展性，可以柔性调度电能，优化用电结构。
在我国北方供暖地区中存在集中供热系统无法覆盖的区域，比如农村煤改电、农业、种植业等需要依靠灵活的空气源热泵、电采暖器等分散式采暖设备。严寒及寒冷地区和珠峰等特殊作业环境的低环境温度给空气源热泵的正常运行带来了挑战。本次展会中，爱科德、AO史密斯、中广欧特斯、天加等企业均推出了自家的超低环温空气源热泵机组，运行极限不断突破，在－30℃环境及更恶劣条件下可以实现机组的正常运行。
图6-2（a）为黑龙江爱科德科技有限公司推出的爱柯CO2空气源热泵机组，低温部分冷媒为R744，高温部分为R134a。最低运行温度为－47℃，依靠CO2工质的特性，该机组能够在－45℃的超低环温下制得70℃热水，在－40℃条件下的COP也可达到1.9。图6-2（b）为海尔推出的赤焰全变频高温热泵采用直流变频R134a压缩机，能够实现－35～45℃温度范围内的制热，根据制热量衰减率判断除霜，采用双系统设计和独立除霜换热管路，除霜时水温波动较小，保证机组高效运行。
图6-2（c）为中广欧特斯推出的超低温热泵空调变频机组，使用R410a冷媒，采用全直流变频风机和闪蒸补气增焓系统能够在－35～50℃的环境温度下制热，基于PID技术能够实现±0.5℃的精准控温。图6-2（d）为天加推出的超低环温空气源热泵采暖机组采用EVI柔性涡旋压缩机和双U形热交换器，能够在－35℃的超低环温条件下稳定运行，并且采用喷气增焓技术，在－12 ℃环境温度下的系统制热COP能达到2.95，并且相较于普通机组，制热能力提升20%。
图6-2 超低环温空气源热泵机组
图6-3为冰山松洋公司推出的气电混合动力热泵，采用天然气、电力混合双能源作为动力，气驱和电驱双压缩机相互调配，在－40 ℃环境温度下能够稳定运行，可根据电气及燃气价格自主选择能源供给，最高能够节省50%的运行费用。
图6-3 冰山松洋气电混合动力热泵
中央空调与地暖的结合可以满足建筑冬夏负荷的不同要求，同时兼顾室内人员热舒适与暖通设备的节能效果，是当前室内环境营造的优秀方案。在性能表现上，地暖中央空调可以通过对流实现负荷的快速响应，克服传统地暖在供热时无法快速响应的缺陷。在系统结构上，地暖中央空调可以根据建筑特点与负荷特点实现风机盘管、暖气片、辐射板与地暖管的灵活组合。根据介质的不同，地暖中央空调系统分为“天氟地水”、“天氟地氟”与“天水地水”3种。相较于往年，本次展会中海尔等企业在该产品领域持续发力，部分产品结合大数据在控制层面提升系统性能。
图6-4（a）为海尔集团的云暖pro热泵采暖系统方案，机组出水温度为5～60 ℃，可实现风盘、地暖、暖气片的灵活搭配。搭载动态耦合换热技术，通过大数据集成智能输出，利用压缩机频率、风机转速、电子膨胀阀开度等变量搭建仿真模型，耦合百万种运行组合以匹配最佳动作，来保证系统运行性能。
图6-4（b）为格力家庭中央地暖空调解决方案，采用格力智慧芯采暖技术，包括基于大数据驱动的热泵地暖系统动态建模与控制技术、基于能效寻优的自适应化霜技术、高效云边协同控制系统等技术，以实现冬季地暖省电运行，分为御享（“天氟地氟”）、静享（“天氟地水”）和润享（“天水地水”）3种家庭中央地暖空调系统形式。
图6-4 地暖中央空调解决方案
多功能空气源热泵机组指的是将空调、供暖与生活热水结合为一体的空气源热泵机组（也称空气源热泵三联供机组）。三联供机组一般有“制冷”、“制冷兼热水”、“热水”、“制热”、“制热兼热水”5种模式，其设计难度主要体现在系统的控制与模式切换上。本次展会上中广欧特斯等公司展示了相关产品。
图6-5为中广欧特斯的非凡系列三联供系统。该系统采用直流双转子变频压缩机和EVI冷暖双增焓技术，以及微通道换热技术，换热效率提高33%。同时，可匹配多种风管室内机、氟地暖、水地暖、洗浴生活热水等多种末端方案，满足冷暖和热水的多种应用场景需求。
图6-5 中广欧特斯的非凡系列三联供系统
热泵技术推动了家用热水器和热水系统的发展，本次展会上家用热水器广泛采用了环境友好型制冷剂，包括R32和R290等；热水器采用的能源也更加多样化，以天然气为能源的冷凝容积式家用热水器在本次展会上亮相。
松下、格力、中广欧特斯等企业均推出了空气能热泵热水器，各有特点不同。松下推出的空气能热水器采用空气源热泵和电辅热联合供热，能够在－15～43 ℃条件下稳定运行；格力推出了两种热水器，一种是采用R290制冷剂的多功能空气能热泵热水机，另一种是别墅冷暖一体化的热水湾Ⅱ代变频空气能热水机，采用R32制冷剂和高压比达10.0的直流变频压缩机，能够在－20～45℃宽温度范围内运行；中广欧特斯推出了多种热水器，如清泓系列变频热水机，采用全直流变频控制，使用R32制冷剂，辅以补气增焓技术，能够实现60 ℃的最高出水温度，在室外环境干湿球温度为7 ℃/6 ℃，入口水温为9 ℃的条件下，机组能够产出55 ℃的热水和32 kW的制热量，COP为3.7；盾安公司推出了安焱i-Glow CO2热泵热水机组，能够提供55～65 ℃的生活热水、70 ℃和90 ℃高温出水。
图6-6 热泵热水器
太阳雨、AO史密斯等企业针对热水系统提出了解决方案。太阳雨基于低温型空气能热水机提出了热水系统解决方案，如图6-7（a）所示，采用R410a制冷剂，适用于－36～46 ℃环境下的养生馆、饭店等中小型商用热水应用场所。AO史密斯推出的承压直热式热泵热水系统，如图6-7（b）所示，采用闭式系统提高承压性能，COP高达4.6，运行费用较开式系统低30%，并且承压直热式系统能够保证冷热水压力同源，恒温恒压。此外，不同于往年热泵热水器，AO史密斯还推出了一款以天然气为能源的冷凝容积式燃气热水炉，采用冷凝式设计，热效率能够达到107%，采用全预混燃烧技术，能够将氮氧化物的排放量（质量浓度）控制在低于30 mg/m3的范围内，如图6-7（c）所示。
图6-7 热水系统解决方案
工业用热水对水量和温度具有更高要求。工业用热水和蒸汽热泵为工业余热回收、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。本次展会上，太阳雨、上海诺通、烟台冰轮等企业均展示了工业用热水或蒸汽热泵机组和高温热泵用压缩机。
图6-8（a）为太阳雨推出的螺杆式高温蒸汽热泵机组，系统冷媒采用R410a和R245fa，利用空气中低品位热量产生高温热水或蒸汽，采用直流变频复叠技术，能够在－20 ℃的环境温度下稳定供热而不衰减，最高出水温度为125 °C，最高实现120 °C过热蒸汽的供应；在20 °C环境温度下，生产120 °C过热蒸汽时的COP为2.26。适用－20～46 ℃的环境温度，能够满足国内大部分区域的使用要求，为洗涤、印刷、化工等行业，生物、制药行业，以及各种清洗设备提供了解决方案。
图6-8 工业用热水和蒸汽机组
上海诺通新能源科技有限公司推出了NT-WS-150DTLG高温水源热泵机组，如图6-8（b）所示，利用HP-1工质，可以利用45～85℃余热水，制取90～120℃高温热水，COP可达4.2。除此以外，该公司还推出了高温直流变频覆叠式120℃空气源高温热泵蒸汽机和125℃直出蒸汽机，此外还有高温水源热泵机组，包含螺杆式和涡旋式2种压缩机，利用35～90℃余热热源，具有90、120、150℃ 3档出水温度。
冰轮环境技术股份有限公司创新开发的使用环保制冷剂的“105K 超大温升蒸汽热泵离心压缩机”，可实现对20～30℃低温余（废）热回收利用，制取低压蒸汽或高温热水，满足区域供热或工业热需求。
图6-9 105 K 超大温升蒸汽热泵离心压缩机
根据用户用需求，利用该离心机组成大温升热泵机组，冷凝器侧可提供1.0～3.6bar的蒸汽或90～140℃的热水产出；蒸发器侧最低可回收20℃工业废水、江河湖海等自然水源中的余热资源。该高温热泵用的压缩机产品基于多级多轴模块结构，采用高效三元叶轮、自适应降噪无叶扩压器、定压补偿及双向多级组合密封、多级压缩多级补气的变工况协同控制等技术，可实现单机四级压缩，适应不同工业热泵工况，制取低压蒸汽或高温热水，满足区域供热或工业热需求。该产品在工业余热回收方面有显著优势。
传统烘干方式效率低下且能耗较高，越来越不能满足现有要求，利用空气源热泵进行烘干能够在很大程度上提高烘干效率，降低运行能耗和排放，兼具安全、环保、节能的优点，可广泛用于农副产品、化工原料、工业产品的干燥脱水处理。在今年制冷展上，中广欧特斯和中山市欧思丹冷热设备有限公司推出了热泵烘干机产品。
图6-10（a）为中广欧特斯推出的空气能热泵烘干解决方案，具有开环式/闭环式、循环式/直热式、一体式/分体式6种形式，可广泛适用于农副产品如粮食、烟草、茶叶、药材、干果及肉制品等的烘干，脱水1 kg的能耗为0.37℃，是普通电加热方式的37.75%，节能无污染；该烘干机包含10段自控恒温装置，能够进行远程智能控制，采用双电子膨胀阀设计和先进的喷气增焓技术，能够在各种模式下能够自动调节，在0℃低温环境下，也能够进行稳定制热。此外，欧思丹展示了一款适用于花椒、茶叶烘干的热泵烘干机，见图6-10（b）；芬尼克兹的工业热泵烘干方案以蒸汽作为热源，相比于电加热和导热油，蒸汽热源能够节能40%～70%，如图6-10（c）所示。
图6-10 热泵烘干机
基于冷凝热回收的热泵机组有助于节约一次能源，提高能源利用率。本次展会上，海尔等企业推出了全热回收高温变频热泵离心机组和热泵热回收多联机解决方案。图6-11为海尔推出的全热回收高温变频热泵离心机组，热容量为10 MW，适用空气源、地热等多种热源，出水温度最高能够达到80 ℃，该机组能够对机组冷凝水管中的余热进行回收，在冷热联供时COP能够达到8以上。
图6-12为海尔提出的基于物联多联机的热泵热回收多联机解决方案，适用于室内同时存在冷热需求的场合，热量通过物联多联机、热回收阀盒和热回收换热单元，实现热量的回收和重新分配。其物联多联机采用基于柔性涡旋直流变频喷气增焓技术、无级高效直流变频电机的全直流变频技术、基于G型一体式换热器结构的高效换热技术，采用板式高效换热器，通过电子膨胀阀的精准控制能够实现36℃的过冷度，进而实现产品节能30%。
本次展会在“双碳”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。
同时，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。大型工业热泵是“双碳”目标背景下将电力转化为热量的最佳方式，生产高温热水或蒸汽的工业用热水热泵机组及高温热泵烘干机，为工业用热水或蒸汽、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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