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浅析国外热泵热水器市场现状

作者2019-07-19 12:48未知
  【摘要】热泵是指利用较高位的热能或动力将较低温度的热能温度提高,使之成为可用热能的装置。住宅场所使用的热泵装置在国际上大致分为以下几类:空调、游泳池加热装置、热泵热水器、多功能空调等。此历史论文由于分类习惯的差异,中国市场上简称为热泵的产品,通常仅指制取生活用热水的热泵热水器,有时也包括游泳池加热装置。
  
  【关键词】热泵;燃气热水器;冷气热水器
  
  虽然热泵热水器作为一种独立的产品出现在市场已经有数十年的历史,但是与其他热泵产品相比,发展速度较为缓慢,目前年产销量达到10万台以上的市场只有日本和中国,欧盟地区和美国虽然开发和应用时间较长,但是由于气候特点、能源结构、消费习惯以及政策环境等因素,长期以来没有形成有利于热泵热水器发展的外部条件,当然早期热泵技术性能的制约也是一个重要的内部因素。在世界各国共同推进低碳经济的形势下,公众对热泵热水器的认识程度不断提高,政策环境日益改善,在外部条件得到较大发展的同时,热泵技术性能及经济性已全面优化,市场竞争力得到较大提高。
  
  燃气热水器:冷气热水器产品介绍
  
  欧盟
  
  2008年9月11日,欧盟议会工业研究及能源委员会(ITRE)通过一项提案,明确规定将所有类型的热泵应用视为使用可再生能源技术。随着所有类型的热泵(环境空气热源、环境水热源和地热源)均被纳入可再生能源技术范畴,加之提案要求所有欧盟成员国都遵守新规定的内容,即促进或强制要求在新建和现有建筑中使用可再生能源技术,这使得欧盟的热泵市场得到大幅提升。
  
  按有关规定,2020年,在欧盟地区住宅的热能需求中,以可再生能源满足的比例将不低于15%.利用太阳能热水器或热泵与电热水器或燃气热水器混合配置,是目前实施可再生能源指令最常见的方案。在此背景下,到2013年,以电热器件或燃气加热装置为辅助热源的多能源住宅热能转换系统,将成为欧盟市场的主导产品,原先使用单一能源的热能转换系统,如电热水器和燃气热水装置,将逐步退出市场。
  
  目前,欧盟地区是除中国和日本外使用热泵采暖较多的地区。据世界通史欧洲热泵协会( EHPA)统计,2008年,欧盟地区热泵销量约为58.5万台;2009年,受金融危机影响,热泵销量下降为52.5万台。这些数字主要反映的是家用空调热泵的规模,若除去具有采暖功能和用于游泳池加热的产品,仅用于制取生活热水的热泵热水器的年销售量约为5万台。
  
  虽然欧盟应用热泵的历史可以追溯到第一次世界大战期间,但是,受气候、能源结构及生活习惯等因素影响,欧盟家用热泵的应用历史并不长。欧盟地区处于温带和寒带地区,对夏季高温的认识,与居住在其他地区的人的理解可能存在较大差异。除了中欧和南欧地区,不少家庭从未安装空调,因此由空调制冷系统演变而成的热泵供热装置,对于一些欧盟人来说是比较陌生的。
  
  由于普遍使用采暖设施及燃气分户采暖方式的广泛应用,此篇历史论文指出在热泵技术发展水平受制约的背景下,高且在环境气温较低时供暖能力明显下降的空气源热泵,在欧盟市场推广起来很困难。目前,欧盟的空气源热泵通常是在一7℃以上的环境温度下运行的,即使是低温热泵,允许运行温度也只能达到-15℃.自20世纪80年代,热泵应用在瑞典、德国等国家取得稳步发展。目前,瑞典全国热泵装机数量超过40万台,其中约70%为地源热泵。地源热泵在这些国家得到广泛应用,主要是因为在寒冷的天气条件下,空气源热泵无法适应当地气候。
  
  此外,在欧盟地区,无论是空调制冷还是供暖,较多采用循环水传递热量的方案,如果按中国市场目前流行的分类方法,这些热泵将被划入热泵热水器范围。不过,利用热泵供应生活热水在欧盟比较少见,充其量是用于小型游泳池的水温调节。受地理因素的影响,欧盟地区的热泵多为采暖专用型,具备制冷功能的热泵约有一半,兼有生活热水供应功能的机型并不多。
  
  在相对寒冷的欧盟地区,住宅建筑密度约为中国和日本的1/10左右。目前,欧盟的热泵机组中约有一半为空气源热泵,剩下的是地源或水源热泵。而且,这些热泵装置多数用于采暖,只有少量整体式空气源热泵利用室内排风作为热源或在浴室进行空气除湿时制热,用予制取生活用热水。这种运行方式决定了空气侧的流量不能太大,否则会导致室内温度出现较大变化。
  
  欧盟本土的热泵热水器制造商主要有Alpha-Innotec、Ariston、Dimplex、Ochsner、Stiebel-Eltron、Thermia、Vaillant、Vies论文范文ann等,在欧盟市场上销售的不少热泵热水器是在日本、中国以及东南亚地区制造的。近期在欧盟地区受到广泛关注的热泵类型,是采用地板供暖方式的多功能热泵产品,其中空气源热泵较多,并以使用R410A制冷剂为主。不过,日本大金公司的新产品,在制取生活热水的部分采用了R134a系统,这样易于获得较高的水温,满足灭菌消毒的要求。随着欧盟热泵安全标准更新工作完成,2008年下半年,日本二氧化碳热泵热水器进入欧盟市场的技术监管问题得到妥善解决,该产品取得了欧盟市场的准入资格。这类产品以提供生活热水为主,也有一些型号可以同时提供采暖热水。
  
  值得关注的是,对于提供生活热水的热泵产品,除中国、日本两国,欧盟、美国、澳大利亚等地区和国家对产品的性能系数的要求较低。在这些地区,热泵热水器的定位主要是取代电热水器,即使热泵的COP值高于2.OW/W,也被认为具有显着的节约电力的效果。因此,即使是使用R134a制冷剂的热泵装置热力效率较低,仍被广泛采用。目前,R134a制冷剂是欧盟、美国、澳大利亚等地区和国家销售的热泵热水器中最普遍采用的制冷剂。使用R134a制冷剂的热泵热水器易获得较高的出水温度,符合相关国家和地区对生活热水的卫生要求。在中国,热泵热水器标准规定最低COP值为3.4W/W,使用R134a制冷剂的热泵热水器难以符合此项要求,日本的情况也类似。市场对热泵热水器效率的期望较高,使得中日两国的热泵热水器较少使用R134a。
  
  美国早在第二次世界大战期间,美国已经开始将热泵用于采暖,以缓解战争造成的电力供应不足。但是,受技术水平的制约,热泵装置相对于燃油采暖器具而言,结构复杂且故障率高,当战后能源供应恢复正常时,充足而廉价的石油供应使热泵的市场空间迅速消失,以至于到20世纪60年代,美国军方甚至明文规定不允许将热泵列入采购清单。
  
  然而,两次石油危机以及日本热泵普及应用取得空前成功,促使美国政府重新评估热泵的节能潜力,热泵装置在家用空调领域的应用逐步扩大。美国住宅采暖方式以全空气集中处理方式为主,即整套住宅的室内空气在热泵机组进行温度调节后,通过风道运送到各房间,这种方式与欧盟利用水作为传热介质与室内空气进行热交换的方式不同。因此,世界通史用于空调的热泵,无论制冷或制热运行,室内侧换热器均直接与空气换热,美国的热泵热水器通常只用于供应生活用热水,不承担采暖负荷。
  
  20世纪80年代,美国曾掀起热泵热水器开发热潮,当时在美国本土生产热泵热水器的企业约有10家,产品结构形式主要有四大类:
  
  1.附加型( Add-on).在既有的储水式热水器基础上,加装热泵单元,既可以改装电热水器,也可以改装燃气储水式热水器。通常储水式热水器与热泵单元的制造商分别为两家企业,新增的热泵单元相对独立,两者通过简单的接口相联系,最大限度减少两者的相互影响。
  
  2.整体型( Drop-in).这是最为常见的结构形式,热泵单元与水箱构成一个整体,标准配置通常包含配套电热器件。
  
  3.过热蒸汽冷却器型( Desuperheaters).利用热泵系统压缩机排气的过热状态的制冷剂加热生活热水,加热生活用水的换热器与热泵装置的冷凝器是串联关系,该换热器既可以作为热泵的可选配件随热泵一并交付用户,也可以在用户既有热泵或空调制冷机上加装。
  
  4.多功能集成型( Integrated and FullDemand Systems).集空调制冷、采暖、生活热水、余热回收等功能于一体的集成系统,由一套热泵系统实现全部功能。不过,这类系统一般划入空调,即使是制热运行,采暖负荷一般为生活热水负荷的数倍。
  
  到20世纪80年代末,美国热泵热水器累计安装数量约为2万台。进入90年代,不少热泵生产企业相继停产。虽然美国能源部和有关机构着手促进热泵热水器的应用,并取得不少研究成果,但是市场多年来一直未能突破年销量4000台的规模。据分析,相对于燃气热水器和电热水器而言,热泵热水器购置论文范文数倍于相同容量的电热水器,并且故障率较高;同时,美国的能源论文范文相对便宜,如果没有其他因素促进,热泵热水器的竞争力较弱。目前,美国本土的热泵热水器制造商或品牌主要有通用电气、A.O.史密斯、Air -Tap、E-Tech、Geyser、Aqual、Trevor-Manin等,部分产品是在国外生产后运往美国销售的。
  
  澳大利亚和新西兰的情况与美国有不少相似之处,整体式热泵热水器是主要的品种,经历20世纪80年代的热泵热水器发展高峰后,也在较长时间内处于停滞状态。近年来,对热泵热水器的应用采取了类似促进太阳能热水器的鼓励政策,预计年销售量可增至1.2万台,在热水器市场的占有率约为1.5%.当地主要的热泵热水器制造商有Quantum、Rheem、Dux、Beasley和Saxon等。
  
  通用电气公司从2009年起开始销售需求响应型复合热源热泵热水器,该热水器的空气源热泵单元以小功率、高效率的持续运行作为基本模式,辅助电热元件在需要较高温度的热水进行消毒处理,或者热泵供热未能满足需求时投入运行。按需求响应运行,要求电热元件只在电网负荷低谷时段或者有临时特殊需求时投入运行,为用户节省电费。通用电气公司预计,一台储水容量约200L的复合热源热泵热水器平均每年可以减少2500kWh的电力消耗。该产品是通用电气公司开发的智能电网家电系列产品之一,主要针对电热水器市场,通用电气公司期待采用新技术的热泵热水器能够开拓庞大的热泵热水器潜在市场。
  
  需求响应(Demand Response)即电力需求响应的简称,是指当电网负荷较高时,电动器具接收到供电网络传送的相应信号后,改变常规运行模式,减少或者推移某时段用电负荷,响应供电方要求,从而改善电网运行质量,同时降低用户电费支出。供电频率是反映电网运行状态的一个特征量,通过供电频率的测量基本可以确定电力供求情况的变化,供电频率提高意味着供过于求,反之则意味着供不应求。具有需求响应功能的家用电器可以根据频率的变化及时调整运行状态,在基本不影响用户正常使用的情况下,稳定电网运行状态。世界通史在美国,住宅电力消费约占全部电力生产的37%,厨房电器、照明、采暖和空调的耗电量约占美国家庭电力消费的82%.需求响应型家用电器是通用电气公司零净能耗住宅开发计划的主要内容,迄今该公司已成功开发出冰箱、洗衣机、热泵热水器等一系列具有需求响应功能的产品。目前,欧盟和美国一些家电制造企业也在积极开发类似的产品。
  
  日本
  
  日本是最早普及热泵应用的国家,第一次石油危机后,从能源安全的基本目标出发,日本将节能作为基本国策。由于热泵技术具有显着的节能效益,家用热泵型空调技术取得较大发展,到20世纪80年代中期,日本已基本普及家用热泵型空调。而利用热泵技术制取生活用热水,则是在热泵型空调系统基础上,加装热能回收装置和热水储存装置演变而成,这类与家用空调装置组合的热泵热水器,直到今天仍然是日本市场的主流产品。据日本制冷空调工业协会( JRAIA)统计,2009年,日本热泵热水器的产销量约为110万台,其中约60万台是用于空调或采暖的多功能组合型产品,仅具有制取生活热水功能的产品为50万台左右。在统计中,前者的数据一般作为空调统计。受居住条件限制,在日本,地源热泵和水源热泵的应用空间有限,家用热泵几乎全部为空气源热泵。
  
  为提高空气源热泵的冬季运行性能,日本企业和相关研究机构多年来进行了不懈的努力。20世纪80年代投放市场的变频驱动产品,大幅提高了低温运行条件下的供热能力和运行效率;90年代投放市场的采用直流调速技术的产品,在低温运行条件下的供热能力和运行效率进一步提高;21世纪初,适应-20℃和-25℃低温环境的热泵产品和采用二氧化碳跨临界循环技术的热泵热水器相继上市。在日本,空气源热泵可以全年全天候满足住宅用户的空调制冷、采暖制热和生活热水供应等需求,目前热泵的全年能耗水平已降至20世纪80年代初的1/3左右。总体而言,目前日本热泵热水器的产业规模和技术水平在全球处于领先地位,主要制造商有松下、三洋、日立、大金、三菱电机等。
  
  在日本市场中,按使用的制冷剂不同进行划分,热泵热水器主要有R410A和CO:两大类,使用R134a等制冷剂的产品很少。使用CO2的热泵热水器商品名为EcoCute,译作生态精灵,该产品自2001年进入市场后,市场规模持续大幅扩大,目前的年增长率为20%左右。2009年,EcoCute的产销量约为55万台,在日本热泵热水器的市场占有率为50%左右,多数为制取生活热水的单一功能产品,少部分是兼具采暖和制取生活热水的多功能产品。由于技术制约,目前具备空调制冷功能的EcoCute仍处于开发阶段:2009年,大金公司率先销售用于小型商用场所和家用场所的具备制冷、采暖、生活热水等功能的产品,但目前产销量较少。日本具备空调制冷功能的热泵热水器,基本都使用R410A,同时也销售仅具备制取生活热水单一功能的R410A机型。’与EcoCute相比,使用R410A的同类产品的最显着优点是论文范文较低。以东芝公司的产品为例,储水箱容积为460L,额论文范文热量为6kW的单一制取生活热水的基本型热泵热水器,EcoCute的零售价约为80万日元,而使用R410A的产品零售价在60万日元以下。世界通史为促进EcoCute的发展,日本政府为每个家庭提供约为EcoCute零售价25%左右的财政补贴,使家庭用户购买EcoCute的实际支出与购买R410A机型大致相等。
  
  采用小容量热泵系统和大容量储水箱的配置方案是日本热泵热水器的特点。日本电网普遍采用价差较大的分时计费政策,深夜电网低谷负荷时段的电价约为基本电价的I/5,配备大容量储水箱可以在电网低谷负荷时段储存充足的热量,以满足全天的热水需求,一般情况下在非电网低谷负荷时段,热泵系统无需运行。而较小容量的热泵系统需要长时间持续运行,才能为大容量储水箱提供足够的热量,通常蓄热运行时间长达4~8小时,这种运行方式对均衡电网用电负荷较为有利。此外,较小容量的热泵系统有利于降低热泵系统的制造成本。
  
  近年来,多能源组合型热泵热水器在日本市场上不断涌现,较有代表性的产品是三洋公司、长府公司开发的太阳能热水器与EcoCute组合的产品,林内公司开发的燃气辅助加热型EcoCute产品以及日本电力研究所开发的配备蓄电池的EcoCute产品。
  
  2009年7月,日本政府发布了能源供应结构改进法,仿效欧盟可再生能源指令将热泵利用的环境热源作为可再生能源。由于日本已在住宅领域基本普及热泵应用,该法规的发布在日本国内引起强烈反响,较有代表性的观点是由日本科学工作者会议公害环境问题研究委员会在综合资源和能源咨询委员会新能源小组分委员会的政策咨询文件中提出的意见:热泵是节能技术而非一次能源开发利用,空气热源不应作为可再生能源;日本热泵技术已经普及,预期未来将继续增长,但是如果把热泵无原则地纳入可再生能源利用的范畴,可再生能源普及有被热泵扩张代替的可能;即使欧盟将热泵、热电联产装置和燃料电池作为“可再生能源普及目标”的组成部分,也不应作为日本将空气热源纳入可再生能源的理由。
  
  由于日本热泵应用量大面广,若热泵利用的环境热源作为可再生能源纳入统计数据,原定需要付出巨大努力才能在2030年实现的日本可再生能源利用目标,几乎一夜之间就可实现。此前,日本政府和社会从未将环境热源视为可再生能源,而日本热泵行业发展并未因环境热源未成为可再生能源而停滞。此世界通史毕业论文认为恰恰相反,如果将热泵应用视为节能措施,并置于优先于可再生能源利用的地位,将更有利于热泵行业的发展。事实上,日本政府对EcoCute产品的支持政策,从制订过程到实施过程,从未提及该产品的开发和应用与可再生能源有任何联系,然而,这个产品每年的产销量已经超过除日本以外的全球热泵热水器年产销量的总和。
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