在《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》節(jié)能產(chǎn)業(yè)重點領域節(jié)能技術和裝備專欄1節(jié)能產(chǎn)業(yè)關鍵技術中提到CO2熱泵技術用于熱泵熱水系統(tǒng)等，相對普通熱水器節(jié)能75%，研發(fā)重點是壓縮機和熱泵系統(tǒng)的設計和優(yōu)化，解決系統(tǒng)和部件的耐壓和強度問題.
1 .CO2空氣能熱泵機組簡介
空氣能，即空氣中所蘊含的低品位熱能，又稱空氣源?，F(xiàn)在常說的“空氣能”是一類產(chǎn)品的簡稱。其實是指“空氣能熱水機”，也稱“空氣能熱水器”、“空氣能熱泵熱水器”。空氣能熱泵熱水器實質(zhì)上是利用制冷原理（逆卡諾循環(huán)工作原理），它通過從周圍環(huán)境中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做工提升溫度后輸出到冷凝端，產(chǎn)生可被人們所用的較高品位熱能的設備。采用制冷劑的能量傳遞特點，讓制冷劑壓縮機的作用下循環(huán)工作，不斷地在蒸發(fā)器中被蒸發(fā)而吸收空氣（或水）中的熱能，同時又不斷地在冷凝器中釋放熱量從而使制冷劑循環(huán)工作，最大程度地減少熱傳遞所需的用電量，達到高效節(jié)能的目的。
一臺空氣能熱水器，主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。
CO2熱泵就是采用CO2作為制冷劑的熱泵或空調(diào)，普通熱泵一般采用氟利昂作為制冷劑，兩者的工作原理基本是一樣的，都屬于蒸汽壓縮式，但也稍有不同，CO2熱泵屬于超臨界循環(huán)，即在冷凝器端，CO2是不會被冷凝成液體的，而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液體再節(jié)流的。
為什么要用CO2，最主要的原因是目前大量使用的氟利昂如R12、R22等被證明對環(huán)境有破壞作用，一個破壞作用是對臭氧層的破壞，一個是具有溫室效應，而CO2是地球本身就有的氣體，來自于地球，即使排放到地球?qū)Νh(huán)境也沒有影響。CO2是熱泵系統(tǒng)工質(zhì)替代中最有潛力的天然工質(zhì)之一。
CO2作為制冷工質(zhì)具有一些獨特的優(yōu)勢：對環(huán)境無害的自然界天然存在的物質(zhì)（ODP=0，GWP=1）；優(yōu)良的經(jīng)濟性，且無回收問題；良好的安全性和化學穩(wěn)定性，CO2安全無毒，不可燃，適應各種潤滑油及常用機械零部件材料，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；具有與制冷循環(huán)和設備相適應的熱力學性質(zhì)，CO2的蒸發(fā)潛熱較大，單位容積制冷量相當高；具有良好的輸運和傳熱性質(zhì)，CO2優(yōu)良的流動和傳熱特性，可顯著減小壓縮機與系統(tǒng)的尺寸，使整個系統(tǒng)非常緊湊。由于CO2的臨界溫度很低（304.21K），因此CO2的放熱過程不是在兩相區(qū)冷凝，而是在接近或超過臨界點的區(qū)域的氣體冷卻器中放熱。在CO2跨監(jiān)界制冷循環(huán)中，其放熱過程為變溫過程，有較大的溫度滑移。這種溫度滑移正好與所需的變溫熱源相匹配，是一種特殊的勞倫茲循環(huán)，當用于熱泵循環(huán)時，有較高的放熱系統(tǒng)。在超臨界壓力下，CO2無飽和狀態(tài)，溫度和壓力彼此獨立，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足實際需要的多種控制策略。當蒸發(fā)溫度、氣體冷卻器出口溫度保持恒定時，隨著高壓側壓力的變化，循環(huán)系統(tǒng)的COP存在最大值，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)可節(jié)省壓縮功。與常規(guī)制冷劑相比，CO2跨臨界循環(huán)的壓縮比較小，約為2.5~3.0，可以提高壓縮機的運行效率，從而提高系統(tǒng)的性能系數(shù)。前國際制冷學會主席G.Lorentzen認為CO2是無可取代的制冷工質(zhì)，并提出跨臨界循環(huán)理論，指出其可望在熱泵領域發(fā)揮重要作用。
CO2跨臨界系統(tǒng)氣體冷卻器端的溫度滑移可以與變溫熱源較好的匹配，它在熱泵熱水器方面的應用具有其它供熱方式無法比擬的優(yōu)勢。CO2作為一種天然冷媒工質(zhì)，憑借其環(huán)保、無毒以及優(yōu)良的跨臨界循環(huán)等特點，被看作是氟氯碳化物冷媒的最佳替代物。應用了CO2冷媒技術的空氣源熱水器不僅在節(jié)能、環(huán)保層面有進一步的提升，同時在噪音、使用地區(qū)、出熱水量等多個方面有突破性的進展。
但CO2作為制冷劑的熱泵系統(tǒng)，其工作壓力超高，高壓超過100kgf/cm2，而R22的熱泵系統(tǒng)高壓一般為2.5kgf/cm2，因此，CO2熱泵系統(tǒng)的配件、銅管等都需要耐高壓，由此導致其成本比一般的熱泵系統(tǒng)高很多。但作為CO2熱泵來說，采用CO2還有一個優(yōu)點就是其排氣溫度較高，而且在低溫下的效果比較好，這就意味著可以得到更高溫度的熱水，如90℃；也可以在更低環(huán)境溫度下工作，如-15℃等。
目前，世界上掌控著CO2熱泵熱水器最先進技術的是日本和歐盟。天津大學馬一太教授指出，很久以來，日本和歐盟實行CO2熱泵技術封鎖，造成我國難以取得突破性的進展，只有解決了專用壓縮機等零部件批量生產(chǎn)后，CO2熱泵在我國會很有前途。
在世界大多數(shù)家庭的能量需求中，約有1/4-1/3來源于對熱水的需求。日本家用熱水耗能已占家庭總耗能的34%。因為在日本最高溫度低于0℃的寒冷地區(qū)，傳統(tǒng)空氣源熱泵的制熱量和效率隨環(huán)境溫度的降低下降很快，熱泵的使用受到限制，主要應用燃油和電熱水器。由于CO2熱泵熱水器的低溫性能良好，日本主要家電公司聯(lián)合科研院所紛紛對CO2熱泵熱水器進行了深入的研究和開發(fā)，結果表明CO2熱泵熱水器與電或燃氣熱水器相比較具有較高的性能系統(tǒng)（COP），其商業(yè)開發(fā)已經(jīng)初步開始，市場前景極為廣闊，意義重大。
2 國外CO2熱泵熱水器的研究開發(fā)現(xiàn)狀
上世紀90年代初，挪威NTH大學的Lorentzen教授根據(jù)CO2的特殊物性提出跨臨界CO2循環(huán)，極大地推動了CO2系統(tǒng)在制冷領域的發(fā)展。在過去的十幾年中，國內(nèi)外許多研究機構對跨臨界CO2循環(huán)投入了大量的研究，成為制冷界的一個研究熱點?？缗R界CO2系統(tǒng)在高壓側的較大溫度變化（約80—100℃）的放熱過程，非常適合用于熱水加熱，因此，對熱泵領域的研究最先開始于熱泵熱水器。
1996年，挪威SINTEF研究所的Nesk和Petterson在NTNU－SINTEF熱能實驗室建成了世界上第一臺熱泵熱水系統(tǒng)試驗臺。原型機電動機的效率為 0.9，當蒸發(fā)溫度為0℃，氣體冷卻器入口水溫從8℃，供水溫度80℃時，系統(tǒng)性能系數(shù)COP仍然高達3.6，而且該實驗系統(tǒng)能夠提供90℃的熱水。研究結果表明，CO2熱泵熱水器比電熱水器節(jié)約能耗75％左右。
2000年，挪威科技大學Zakeri和Nesk等人在挪家生產(chǎn)半成品食品的ASEggprodukt工廠建立了第一臺示范性工業(yè)用CO2熱泵熱水器。初步實驗參數(shù)如下：蒸發(fā)溫度14.3℃，吸氣壓力 50bar，壓縮機吸氣溫度26℃，排氣溫度100℃，放熱壓力113bar，氣體冷卻器CO2出口溫度9.2℃，水的進出口溫度6.7/66℃，水的質(zhì)流率0.26m3/hr，供熱功率18.43kw，壓縮機耗功3.2kw，系統(tǒng)供熱性能系數(shù)可高達5.77。R. Kern（2006）將冷熱水分層水箱應用于CO2熱泵熱水器中，冷水從水箱底部進入熱水器，熱水則從水箱頂部提供，從而提高了CO2熱泵熱水器性能。
2005年，挪威科技大學Stene設計了三段逆流式氣體冷卻器以更好的與其溫度滑移相匹配。氣體冷卻器低溫段用于水的預熱，中溫段用于低溫空間供熱，高溫段用于將水加熱到 60℃~70℃。
3日本CO?熱泵熱水器的研究開發(fā)現(xiàn)狀
日本電力工業(yè)中央研究院（CRIEPI）與東京電力公司（TEPCO）及DENSO公司的M.Saikawa，K.Hashimoto，K.Kusakari等人合作于1998年9月開始進行CO2熱泵熱水器的基礎理論研究，通過對其進行的性能計算及相應的循環(huán)特性理論分析，得出CO2熱泵熱水器的性能高于傳統(tǒng)工質(zhì)熱磁的結論。
1999年，M.Saikawa，K.Hashimoto，K.Kusakari等人建起了CO2熱泵熱水器（8035100cm）原型機實驗臺。原型機的額定供熱功率為4.5kW，所用壓縮機為直流變頻電動機驅(qū)動的半封閉渦旋壓縮機，所用的膨脹閥由針閥和步進電機組成，可以將膨脹閥由關閉到完全打開分為400級，便于對膨脹閥開度的控制。在對原型機的性能測試中分別測了膨脹閥開度對系統(tǒng)性能的影響和膨脹閥開度對氣體冷卻器溫度隨供熱量的變化輪廓的影響?？諝鉄嵩吹臏囟冗x取東京冬季23點到7點的平均溫度值，這8個小時為用電低峰期，自來水溫度8.3℃，熱水溫度65℃，結果表明：隨膨脹閥開度的增大（80-160級），壓縮機出口壓力下降，供熱量下降，輸入電功率下降，COP逐漸上升，膨脹閥開度增大到110級后趨于常數(shù)，約為2.7。膨脹閥的開度分別調(diào)為（90、110、149）級以進行對比，氣體冷卻器中CO2出口處與水入口處的溫差由小變大，CO2隨供熱量變化的溫度曲線拐點處溫度與水的溫度差由大變小，因為此時壓縮機出口處的壓力由高變低。
2000年，他們又對原型機進行了改進，并在DENSO人工環(huán)境實驗室按照東說冬季工況進行了測試。改進型CO2熱泵熱水器：熱泵單元，熱水箱單元（200litters）。 測試參數(shù)如下：空氣熱源溫度3.3℃，自來水溫度7.2℃，熱水溫度88.1℃，水流率0.783L/min，CO2壓縮機的出口壓力11.6MPa，入口壓力2.9MPa，CO2質(zhì)流率56.7kg/h，供熱功率4.44kW，壓縮機所耗電功率1.59kW，則COP為2.79。
可見改進型CO2熱泵熱水器的性能系數(shù)比原來提高了不少。他們還在TEPCO（東京電力公司）對改進型CO2熱泵熱水器的全年平均性能系數(shù)進行了測算，結果表明包括風扇和水泵耗功在內(nèi)的全年系統(tǒng)平均COP值仍可高達3.0，而且改進型系統(tǒng)在外界空氣熱源為零下30℃時，系統(tǒng)仍可提供高達90℃以上的熱水。他們認為雖然該系統(tǒng)還需在細節(jié)上進行完善，但是技術開發(fā)已基本可以結束，市場前景廣闊。2001年1月再次進行了改進，并且已于2002年推向市場。
日本三洋電器公司研發(fā)總部生態(tài)能源系統(tǒng)研究中心的Hiroshi Mukaiyama等人研制了一臺供熱功率為4kW的家用CO2熱泵熱水器。他們采用帶20-120Hz的變頻電動機的雙級滾動活塞壓縮機，較有特色。室外熱交換器因為要承受較高的壓力，故采用外徑7.0mm，壁厚0.8mm內(nèi)壁光滑的銅管。為防止除霜后的水重新結冰，將從氣體冷卻器出來的高壓工質(zhì)通到室外蒸發(fā)器的底部，即使在日本較冷的地區(qū)（Hokkaido）測試也沒有發(fā)現(xiàn)有重結冰現(xiàn)象發(fā)生。他們在恒溫室中對該系統(tǒng)在不同溫度、濕度的性能進行了測試。計算結果表明CO2熱泵熱水器總有效溫室效應指數(shù)（TWEI）比其它方式的熱水器降低了近一半。在考慮供水泵和室外風扇耗功的情況下，系統(tǒng)年均供熱COP隨氣體冷卻器中熱水出口溫度的升高而下降，根據(jù)其實驗結果擬合出公式：COPh=-0.0325t+5.632,t=[65℃-95℃]。
2002年，日本大金公司推出了采用單級擺動轉(zhuǎn)子式壓縮機的CO2熱泵熱水器。系統(tǒng)額定耗功1.21kW，蒸發(fā)器置于室外，可提供65-90℃的熱水，儲水箱容量為300升/370升，其額定制熱量4.5kW，標準狀況下（室外空氣溫度16℃/12℃，進水溫度17℃，出水65℃）COP可達3.72，噪聲45分貝。同期，松下也推出了自己的水箱容量為370升的CO2熱泵熱水器。
日本東京大學環(huán)境研究所JianfengWang和EijiHihara對CO2熱泵熱水器建立了住址模型并與R22熱泵熱水器進行了對比運算。仿真結果表明：CO2熱泵熱水器的COP小于R22熱泵熱水器；當帶有內(nèi)部熱交換器時，將達到與R22熱泵熱水器相當?shù)乃?，但是壓縮機出口溫度將會明顯上升，最優(yōu)冷凝壓力下的供熱量也會明顯下降。由于其仿真的結果未經(jīng)實驗驗證，該模型尚有待進一步完善。
4 日本CO?熱泵熱水器的市場
日本是目前家用空氣能熱泵熱水器最為普及的國家。日本空氣能熱水器發(fā)展的最大特點是其領先的技術，主要機型是EcoCute（CO2熱泵熱水器），該產(chǎn)品外形小巧，結構精致，性能卓越，最大特點是在水側以較大溫升換熱過程中，仍然保持較高的熱力效率。額定運行溫度一般可達到60℃，最高出水溫度可達90℃，因此EcoCute從開發(fā)之初就沒有局限在提供衛(wèi)生用熱水的應用范圍，許多產(chǎn)品兼具采暖應用功能。
據(jù)了解，自2001年進入日本市場以后，該機組的銷售量一直保持持續(xù)上升。根據(jù)制熱量、水箱容量和地區(qū)適應性的不同，現(xiàn)今日本市場上有Mitsubishi、Daikin、Sanyo、Hitachi、Matsushita、Toshiba、Denso、Chofu等各公司共計16種以上不同類型的CO2熱泵熱水器。
2007年家庭普及率已達10%.近兩年受經(jīng)濟危機影響，EcoCute產(chǎn)品的銷售量與預期有一定差距，但累計銷售已接近400萬臺。日本冷凍空調(diào)工業(yè)會2010年4月發(fā)布報告稱，日本國內(nèi)家用空調(diào)出貨量同比大減27.8%,創(chuàng)下2009年11月以來最大下滑幅度。另一方面，EcoCute出貨量則同比大增11.4%。
2009年12月日本政府提出了建設清潔能源大國的目標。在發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的進程中，政府、企業(yè)、大學和研究機構在發(fā)展目標、技術開發(fā)、生產(chǎn)和推廣等方面通力合作，各司其職，取得了良好效果。目前，日本正在大力推進“無氣化家庭”的計劃，安裝計劃熱泵熱水器的家庭普及率要達到80%以上。
此外，以松下等企業(yè)正在探討新型的智能小區(qū)，旨在通過智能小區(qū)建立一種新型環(huán)保城市開發(fā)業(yè)務模式，要將其作為東日本大地震后的小區(qū)重建模式推進。比較更進一步推進Ecocute的應用。
在日本EcoCute產(chǎn)品的發(fā)展中，政府的政策導向起了關鍵性的作用，首先，因為有政府的補貼，消費者才會購買這種產(chǎn)品。其次，因為政府的重視，企業(yè)才有可能投入大量的經(jīng)費進行研發(fā)。有好的產(chǎn)品、有人買，這樣市場自然被推動起來了。
在EcoCute面世初期，其銷售價格為使用氟碳制冷劑熱泵熱水器的數(shù)倍，為促進EcoCute產(chǎn)品的銷售，日本政府實施了相當于產(chǎn)品銷售價格30%~40%的高額補貼政策。在政策的激勵下，政府和企業(yè)形成合力，共同推進行業(yè)發(fā)展。據(jù)了解，目前在日本除專業(yè)熱水器廠商外，松下、大金工業(yè)、三洋電機、三菱電機等綜合家電廠商均推出了以CO2作為熱媒的空氣能熱泵熱水器產(chǎn)品。
一些企業(yè)大多擁有很強的研發(fā)實力，在技術上精益求精，目前仍舊不斷推陳出新，幾大公司又接連推出了換代新品，日本大金工業(yè)公司將推出6款通過優(yōu)化燒水控制提高節(jié)能性能的自然冷媒熱泵熱水器“Ecocute”的“X系列產(chǎn)品”.這些產(chǎn)品不僅可供應熱水，還可自動完成給浴盆注水、保溫以及補充熱水。
日立電器公司陸續(xù)上市采用自主開發(fā)的自來水直壓熱水供應方式的自然制冷劑Ecocute新品，隸屬“Niagara熱水供應”系列，采用新開發(fā)的熱泵單元，提高了節(jié)能性能，年熱水供應保溫效率（JIS）比上一年度產(chǎn)品提高了3%.三菱電機公司起陸續(xù)推出68款自然冷媒CO2熱泵熱水器“EcocuteHP”系列產(chǎn)品，包括4款配備3種節(jié)能技術的高端機型。
新產(chǎn)品不僅降低了耗電量，提高了保溫性能，同時還提高了效率。所有機型均強化了作為停電及斷水等緊急情況下生活基礎設施的功能。在寒冷地區(qū)型號中，增加了業(yè)界首款大型的550升儲水槽。日本松下電工公司上市了的Ecocute新產(chǎn)品，可用于餐飲業(yè)及福利設施等商用領域。同時還增加了即使外部氣溫在零下20℃也可使用的寒冷地區(qū)款。
日本政府的支持、眾企業(yè)的不斷創(chuàng)新和推廣使EcoCute日益成為家喻戶曉的熱水產(chǎn)品，目前，很多新建的小區(qū)和商用樓都把熱泵熱水器作為首選的家庭供熱中心。由此可見，日本CO2熱泵熱水器之家的發(fā)展已經(jīng)取得了較好成績，獲得了市場的肯定。
4 CO?熱泵熱水器的國內(nèi)研究開發(fā)現(xiàn)狀
目前中國CO2熱泵熱水器市場還處于起步階段，雖然我國大部分地區(qū)具有CO2熱泵熱水器及其相關產(chǎn)品應用的適宜條件，但是CO2熱泵熱水器的推廣和發(fā)展速度仍然相當緩慢。即使國內(nèi)巨頭諸如海爾等的大力推進，仍然見效甚微。據(jù)業(yè)界分析，發(fā)展緩慢的最大原因是壓縮機功率和一些零部件的問題。相對來說，空氣源熱水器在我國起步則比較晚，自從進入中國以來，空氣源熱水器的引領與決定行業(yè)走勢的始終是國外品牌，代表行業(yè)領先水平的CO2冷媒技術一直掌握在少數(shù)歐美、日本的科研機構手中。
GB/T23137-2008《家用和類似用途熱泵熱水器》已經(jīng)發(fā)布，于2009年9月1日起開始實施，該標準以附錄形式對CO2熱泵熱水器提出了要求，主要參照了日本制冷空調(diào)協(xié)會發(fā)布的JRA4050《家用熱泵熱水器》的內(nèi)容；同時，用于CO2跨臨界循環(huán)熱泵裝置專用壓縮機的國家標準也在制定之中。與此同時，中國企業(yè)生產(chǎn)的采用CO2跨臨界循環(huán)技術的家用電冰箱等產(chǎn)品已經(jīng)開始進入市場。
中國現(xiàn)已有3家壓縮機生產(chǎn)企業(yè)正在進行CO2跨臨界循環(huán)熱泵系統(tǒng)專用壓縮機的開發(fā)工作。上海日立、西安慶安和廣東美芝目前均具備向用戶提供樣機的能力，可喜的是這幾家企業(yè)都是立足于自有知識產(chǎn)權進行研究和開發(fā)，并掌握了相關核心技術。除了前幾年若干學校和科研機構對CO2跨臨界循環(huán)技術及其應用進行了卓有成效的研究外，近年又有多家生產(chǎn)企業(yè)啟動了CO2跨臨界熱泵產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目。北京九陽實業(yè)公司致力于新能源技術的推廣與應用，早在2008年就開始利用平板太陽能集熱結合空氣源熱泵輔助能源推廣應用，近年來專注于高效CO2熱泵與太陽能結合在冬季采暖，制熱水方面的應用。
麥克爾公司于2010年與中國科學院廣州能源研究所聯(lián)合研究CO2熱泵跨臨界循環(huán)技術的應用，經(jīng)過一年多研究于2011年3月推出應用性強的商用機組，所有零部件均自主研發(fā)、設計、制造，采用其他國家研究機構均未使用的全新技術方案，在全球范圍內(nèi)導入新的技術理念，使CO2熱泵跨臨界循環(huán)技術的應用及性能方面得到了質(zhì)的飛躍，植入7大創(chuàng)新點：1、采用即熱補水、浸泡式加熱，使系統(tǒng)穩(wěn)定高效；2、多級蓄能技術，杜絕混水，出熱水率高；3、利用CO2作為熱泵系統(tǒng)的工質(zhì)，安全、節(jié)能、環(huán)保；4、利用噴射循環(huán)大幅度提高吸氣壓力，減少節(jié)流損失，提升COP值；5、采用廢余熱回收系統(tǒng)，提升COP值、降低化霜概率和次數(shù)；6、采用換熱式化霜系統(tǒng)，高效、節(jié)能；7、利用人工智能控制系統(tǒng)，穩(wěn)定、高效、節(jié)能、人性化、便捷方便。并對該機組進行了環(huán)境溫度從低溫（-30℃）到高溫（53℃）及高水溫（93℃以上）段的一系列嚴酷的測試，各項技術參數(shù)均處于國際一流水平。
總體研究內(nèi)容：1、研究新型CO2熱泵（空調(diào)）系統(tǒng)的運行理論及特性；2、研究CO2超臨界換熱理論及特性；3、研究具有較高引射效率的引射器；3、研究及改進CO2熱泵（空調(diào)）產(chǎn)品的結構及系統(tǒng)；5、研究最優(yōu)控制模式及方案。
其研究的主要內(nèi)容及需突破的關鍵技術：CO2熱泵系統(tǒng)循環(huán)優(yōu)化配置及熱力學理論分析；引射器的優(yōu)化設計及實驗分析（由中國科學院廣州能源研究所負責）；一次性加熱（即熱式）氣體冷卻器的研制；CO2熱泵除霜及其控制研究；CO2熱泵廢余熱回收研究：CO2熱泵自動化控制系統(tǒng)的研究與實驗；CO2跨臨界系統(tǒng)最佳運行狀態(tài)的實驗研究；無線遠程監(jiān)控、維護、診斷管理系統(tǒng)的研究與實驗；通過對全球CO2熱泵系統(tǒng)在多種工況下的所有運行數(shù)據(jù)的執(zhí)行遠程監(jiān)測與統(tǒng)計，制定最佳的控制方案。
2012年9月26日，科技部高新司在廣東順德組織召開了由廣東省科技廳組織實施的“十一五”國家科技支撐計劃項目“CO2熱泵關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化”驗收會。項目于2009年批復立項。3年多來，項目牽頭單位美的集團有限公司會同廣東萬和新電氣股份有限公司、廣東美芝制冷設備有限公司等國內(nèi)知名家電企業(yè)以及西安交通大學、廣東華南家電研究院等單位聯(lián)合攻關，研究并掌握了CO2熱泵一系列關鍵技術，成功研制出滿足熱泵熱水器整機應用要求的CO2旋轉(zhuǎn)式壓縮機及專用換熱器，開發(fā)了適應國內(nèi)市場環(huán)境的CO2熱泵熱水器及商用制冷系統(tǒng)，并形成每年10萬臺CO2熱泵熱水器的生產(chǎn)能力。項目的實施為CO2熱泵在全國范圍內(nèi)的推廣應用奠定了良好的技術基礎，對于促進廣東乃至全國白色家電行業(yè)的技術升級具有重要意義。
5 CO?熱泵熱水器的問題與對策
CO2熱泵熱水器所面臨的問題主要在于繼續(xù)提高效率和不斷降低成本。技術進步與工業(yè)化批量生產(chǎn)是降低成本的主要動力，而效率的提高則只能依賴于技術的進步。CO2熱泵系統(tǒng)能否安全可靠的運行，與其基本材料的選擇，以及零件、儀表等承壓能力是否足夠強等也都有著莫大的關聯(lián)。一般的配件和材料承受不了CO2熱泵的壓力要求，而因為在國內(nèi)沒有市場需求，CO2熱泵需要的一些材料和配件，國內(nèi)廠家?guī)缀鯖]有生產(chǎn)，致使相關零部件的研發(fā)比較滯后?？梢?，CO2熱泵壓縮機和零部件的問題還需全方面的研發(fā)跟進。
目前來說，CO2熱泵熱水器提高效率的主要途徑有以下幾條：
①、新型高效CO2壓縮機的開發(fā)與改進。例如，以日本三洋公司開發(fā)的雙級滾動活塞壓縮機為代表的雙級壓縮機使結構更緊湊，系統(tǒng)布置更靈活，而且雙級壓縮會減小壓差，減小泄露和機械損失，能夠顯著地提高系統(tǒng)效率和壓縮機的效率，將是未來壓縮機發(fā)展的一個方向。
②、膨脹壓縮機的研制。在CO2跨臨界循環(huán)中，降低膨脹部分的損失，是解決效率的有效途徑。利用膨脹機的輸出功率驅(qū)動壓縮機完成壓縮過程，使膨脹機與壓縮機組成一體而形成膨脹壓縮機，這種膨脹壓縮機將成為CO2循環(huán)中特有的組成部分。
③、高效CO2跨臨界循環(huán)換熱器的研制。例如日本三洋公司開發(fā)的防止重結冰的新型換熱器。
④、合理利用低品味能源或可再生能源并探討熱水供應與其它供熱方式的耦合問題。例如北京九陽實業(yè)公司正在開發(fā)的平板太陽能+CO2空氣源熱泵熱水及采暖新技術，可以節(jié)能85%以上。
⑤、CO2熱泵熱水器先進控制方式的研究。
結論：
CO2熱泵熱水器與傳統(tǒng)燃氣熱水器相比具有低能耗（一般可節(jié)能約70%），對環(huán)境友好的優(yōu)點；與傳統(tǒng)熱泵熱水器相比具有供熱水溫度范圍大，能提供高溫熱水的優(yōu)點。
將CO2熱泵與儲水箱組合可以利用夜間低谷電，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。若將CO2熱泵熱水器與蓄熱系統(tǒng)組合，可使儲水箱體積減小，則整個系統(tǒng)更為小巧輕便。開發(fā)適于CO2熱泵熱水器的高效壓縮機和耐用高壓的高效換熱器以及完善的控制策略將是以后CO2熱泵熱水器研究的重點。相信隨著技術的不斷進步，CO2熱泵將會以其特有的優(yōu)勢成為21世紀熱水器市場上最為耀眼的明星。 |
