摘要：生活熱水供應(yīng)是人民生活質(zhì)量提高的必然。文章分析當(dāng)前各種熱水設(shè)備的熱效率都是小于1的數(shù)，而惟有用熱泵技術(shù)和熱回收來解決對廣大人民的熱水供應(yīng)，才是符合實施“循環(huán)經(jīng)濟”，達到社會可持續(xù)發(fā)展的要求。熱泵熱水機組是當(dāng)前最為節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠的制取生活熱水的設(shè)備。文章介紹了當(dāng)前有關(guān)空調(diào)余熱，實施制冷和熱水供應(yīng)的兩用機組的一些做法。文章著重分析了對于家用/商用中央空調(diào)系統(tǒng)中如何實現(xiàn)一機三用-夏季空調(diào)、冬季采暖、全年生活熱水供應(yīng)-的一些研發(fā)動向和不用化石燃料為輔助熱源的真正三用一體機的設(shè)想。指出增大單機低溫工況下的制熱功率，以及應(yīng)用高效的非化石燃料的輔助熱源，是三用機組的關(guān)鍵。，大力發(fā)展三用熱泵熱水系統(tǒng)作一個詮釋。
關(guān)鍵詞：生活熱水 熱泵技術(shù) 熱水機組 空調(diào)余熱利用
1 生活熱水是現(xiàn)代人生活的必需，節(jié)能環(huán)保是社會發(fā)展的根本
熱水是每家每戶必不可少的生活資源。過去在人們極不富裕的情況下，為了取得一點生活熱水，甚至想洗一個熱水澡，都是一種奢侈。過去，人們用柴火來燒熱水，每天有幾壺暖瓶的熱水，就是一種幸福和享受。為了節(jié)省燒水的柴火，城里的人們，到“老虎灶”去“泡”水來用。過去艱苦的年代終于過去了，隨著改革、開放，人民的生活有了極大的提高。城里每家每戶都有了煤氣供應(yīng)，大大方便了燒熱水。以后電熱水器、燃?xì)鉄崴鞔罅窟M入尋常百姓家，每個家庭用熱水有了保證。至于酒店、賓館等等商業(yè)設(shè)施，自然必須有集中的熱水供應(yīng)。目前，就連學(xué)生宿舍、小區(qū)住宅，都紛紛安裝上了中央熱水系統(tǒng)，保證了人們對于熱水的需求，洗臉洗澡，做飯洗菜等都用上了熱水，使人們沐浴在一個“溫暖、溫馨”的天地里。
社會在進步，生活質(zhì)量在不斷提高。為了2020年我國進入進一步小康的社會，為了社會可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保這兩大問題相當(dāng)突出了。當(dāng)前生活熱水供應(yīng)的耗能是很高的，椐統(tǒng)計，城市各類商業(yè)建筑生活熱水的能耗約為其建筑總能耗的10-40%（其中，寫字樓約為2.7%；商場10.7%；飯店31%；醫(yī)院41.8%）；城市民用建筑生活熱水能耗約為其建筑總能耗的20-30%。而建筑能耗約占整個社會總能耗的30%，這樣折算下來，熱水的能耗約為整個社會總能耗的3-4%，根據(jù)估算，為滿足全國城鎮(zhèn)居民生活熱水供應(yīng)（年人均耗用熱水25-35升/日），一年約要耗用相當(dāng)于1750億到2450億度電的能量。高能耗是常規(guī)熱水技術(shù)無法克服的缺點。用柴火來燒熱水，自然過于原始，也在破壞寶貴的森林資源。即使用煤氣、燃油去制取熱水，還面臨一個對于礦物燃料資源的過度消耗（我國的人口占世界21%，但石油儲量僅占1.8%；天然氣僅占世界0.7%，我國石油的對外依賴度達到57%）和對環(huán)境污染的問題。
無論是家用或是中央熱水系統(tǒng)，目前，極大多數(shù)所使用的熱源是煤、煤氣、燃油或電力，也有用蒸汽-水熱交換器來產(chǎn)生熱水，但蒸汽也是用煤或燃油、燃?xì)鈦懋a(chǎn)生的。使用礦物燃料來產(chǎn)生熱水，有一個投入/產(chǎn)出的問題，一般是投入的能量多，而產(chǎn)出的熱量少一些。這就是熱源設(shè)備的熱效率。從下列表格可以看到各種燃料（熱源）的低位發(fā)熱量和熱源設(shè)備的熱效率。
表1 燃料低位發(fā)熱量和熱源設(shè)備的熱效率
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燃料或熱源設(shè)備名稱
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單位
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低位發(fā)熱量（大卡）
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熱源設(shè)備熱效率%
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實際轉(zhuǎn)化成熱水的熱量（大卡）
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投入/產(chǎn)出的能量之比(能效比)%
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煤（標(biāo)煤）
城市煤氣
天然氣
液化石油氣
0#柴油
電力
蒸汽（0.6MPa）
（指汽-水換熱器）
熱泵熱水機組
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公斤
立方米
立方米
公斤
公斤
度
公斤
輸入電量-度
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7000
3800
8600
10500
10200
860
663
860
|
60
85
85
85
80
95
90
350
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4200
3230
7310
8925
8160
817
597
3010
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0.60
0.85
0.85
0.85
0.8
0.95
0.90
3.50
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從表中我們可以看出，目前所使用的燃料和熱源設(shè)備，總是投入能量比產(chǎn)出的熱量大，也就是說，其熱效率總是小于1的，即使是用電，其轉(zhuǎn)化的熱效率最高，也只有95-98%，但一度電也只能轉(zhuǎn)化為817大卡的熱量。那么，能否找到一個制熱效率大于1的熱源設(shè)備呢？
2 用熱泵原理制取生活熱水是當(dāng)前最為節(jié)能、環(huán)保的手段
熱泵技術(shù)是一種熱能回收技術(shù)，使用熱泵技術(shù)，利用空氣中、水中所蘊藏的趨于無限的能量，一年四季都可以將空氣中和水中取出的熱量來制造熱水。利用熱泵原理制造的熱水機組是一種熱效率大于1的設(shè)備。無論是水源熱泵或者空氣源熱泵，都是可以吸取低溫水源或空氣源的熱量，再將這一些熱量連同本身所消耗的一部分電能所轉(zhuǎn)化的熱量，轉(zhuǎn)送到常溫環(huán)境條件下去應(yīng)用。就拿空氣源熱泵熱水機組而言，利用了制冷工質(zhì)循環(huán)過程的“泵”熱原理，完全可以做到“1+2=3”甚至“1+3=4”。公式中“1”是熱泵所消耗的一份能量（電能），而“2”、“3”是從空氣中所吸取的熱量，“3”或“4”就是用來制取熱水的熱量。即使在冬季日平均氣溫下，空氣源熱泵機組的能效比COP，也可以達到2.5左右，即耗用一度電，就可以得到2150大卡的熱量。也就是說，要得到同樣數(shù)量的熱水，使用熱泵熱水機組的耗電僅是電鍋爐的1/3-1/4。而且到了夏季，隨著氣溫的升高，空氣源熱泵熱水機組的制熱效率更高，COP可以達到5，而電鍋爐的熱效率并不因為氣溫升高而提高。
熱泵熱水機組（水源或空氣源）是當(dāng)前最為節(jié)能的、最為環(huán)保的制取熱水的設(shè)備，也是最為安全、可靠的、最為簡便的熱水設(shè)備。當(dāng)前，燃油、燃?xì)?、燃煤的價格受國際市場的影響，不斷攀升，人們又轉(zhuǎn)向于用電來供暖和制取熱水，當(dāng)前采用電鍋爐加上蓄熱技術(shù)的方案，也已得到國家電力部門的認(rèn)可。而采用熱泵熱水機組加上蓄熱技術(shù)來制取熱水，雖然都是用電，但用熱泵熱水機組，不僅可以比電鍋爐大大節(jié)約用電，而且也完全可以利用低價谷電，來大大降低運行的成本。
一個以熱泵熱水機組為熱源的中央熱水系統(tǒng)，最基本的組成是機組、蓄熱水箱、循環(huán)加熱泵及其管路和室內(nèi)熱水輸配系統(tǒng)。而前三者綜合起來，可以稱之為“熱源部分”。熱源部分由機組，通過循環(huán)加熱泵和相應(yīng)管路與蓄熱水箱構(gòu)成一個加熱循環(huán)，加熱后的熱水通過泵或重力外送，圖1就是一個開式循環(huán)加熱熱源系統(tǒng)。圖2是一個閉式循環(huán)加熱系統(tǒng)。
圖1 開式循環(huán)加熱系統(tǒng)
圖2 閉式循環(huán)加熱系統(tǒng)
空氣源熱泵熱水機組在制取熱水的過程中，不斷把周圍空氣溫度降下來，如果能將這部分冷空氣送入房間中，便達到了“免費”供冷的目的。如果是水源熱泵熱水機組，那么，完全可以做到一側(cè)制取熱水，而另一側(cè)把空調(diào)冷回水的水溫降下來，又成為空調(diào)用的合格冷水，達到了一機兩用的目的：在制取生活熱水的同時，又提供了一部分空調(diào)用的冷水。反過來說，利用熱泵原理，可以將一臺空調(diào)用風(fēng)冷或水冷熱泵冷水機組，改裝為以產(chǎn)空調(diào)用冷水為主、兼供生活熱水的兩用機組，機組全部或部分利用了制冷循環(huán)中的冷凝熱來制熱水。目前，一臺熱回收型的水源熱泵熱水機組，可以吸取15-60℃的低品位水（海水、污水、建筑中水、空調(diào)冷水、冷卻水、工業(yè)廢水等）的熱量，來制取60-90℃的高品位熱水，作為采暖熱水、生活熱水或工業(yè)用熱水。利用熱泵技術(shù)來制取生活熱水的熱水系統(tǒng)，具有安全、可靠、高質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保、使用靈活、運行經(jīng)濟、能源（電）受國際市場的影響小的特點，可以廣泛用于住宅、醫(yī)院、賓館、酒店、學(xué)校、美容理發(fā)、餐飲洗浴，以及室內(nèi)游泳池、桑拿等場所。
――因為熱源僅用少量的電能和空氣中或水中的熱量，根本不用燃油、燃?xì)狻⑷济夯蛞夯蜌獾鹊V物燃料，沒有燃燒生成物，也沒有任何有害氣體排放，沒有火災(zāi)、爆炸的危險，因此十分安全；
――因為有良好的控制系統(tǒng)和蓄熱水箱，可以做到每日充沛的供水量和滿足每日高峰供水的需要。設(shè)有液位和溫度的控制，保證水溫低了，熱泵啟動制熱；液位低了，自動補充冷水；熱水多了，可以由蓄熱水箱調(diào)節(jié)儲存；系統(tǒng)回水溫度低了，會自動開啟循環(huán)水泵以及熱泵再加熱儲存的溫水，出口水溫長期過低，可以啟動輔助電加熱器作短期加熱，因而，熱泵熱水系統(tǒng)的供水溫度穩(wěn)定可靠，供水水量充足，供水質(zhì)量有保證；
――熱泵制熱系數(shù)（能效比）恒大于1，全年平均的能效比可達3-4，因而比任何一種礦物燃料燃燒的制熱效率高，也因此是最為節(jié)能的熱水機組，即使與太陽能熱水系統(tǒng)比較，熱泵熱水系統(tǒng)的運行費用也會比較低。如果當(dāng)?shù)氐奶柲苋甑睦锰鞌?shù)僅在2/3之內(nèi)（太陽能的利用受晝夜、陰晴、雨雪和季節(jié)影響很大，除西藏、新疆、青海外，一般地區(qū)全年平均有效利用太陽能的天數(shù)不足全年的2/3，即不足250天），而且其輔助加熱也是用電加熱的話，那么，熱泵熱水機組的用電、可以與太陽能熱水系統(tǒng)的用電持平，或者還要比太陽能系統(tǒng)節(jié)電；
――熱泵熱水機組無任何CO2、NOX等溫室氣體和有害氣體排放。對地球的溫室效應(yīng)無任何影響，其制冷工質(zhì)是按蒙特利爾公約規(guī)定，可以允許應(yīng)用的HFC工質(zhì)；其使用的熱源是清潔的空氣、水以及少量的電能，因而，熱泵熱水機組運行時，不會破壞周圍環(huán)境的生態(tài)，是符合環(huán)境保護的。
――由于熱泵熱水機組的制熱效率比任何燃燒礦物燃料的制熱設(shè)備的熱效率高，可以大大減少電能的消耗，而且，電的價格受市場的沖擊小，價格比較穩(wěn)定，因此，熱水的制造成本也比較穩(wěn)定，比較經(jīng)濟。如果可以利用低價谷電和采取蓄熱措施，則熱水制造成本會更低。
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