本文是《中國熱回收技術(shù)應(yīng)用及市場發(fā)展藍(lán)皮書(2023)》系列的第二篇，該系列共分為兩期，本篇為最后一篇。

 

　　1、需求的底層邏輯

　　1824年，法國青年工程師卡諾研究了一種理想熱機(jī)的效率，這種熱機(jī)的循環(huán)過程叫做“卡諾循環(huán)”。這是一種特殊的，又是非常重要的循環(huán)，因?yàn)椴捎眠@種循環(huán)的熱機(jī)效率最大。而逆卡諾循環(huán)就是與卡諾循環(huán)相反的循環(huán)，是制冷理論的理論基礎(chǔ)。

壓焓圖

 

　　理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)，但實(shí)際上逆卡諾循環(huán)是無法實(shí)現(xiàn)的，作為評價實(shí)際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。從逆卡諾循環(huán)可以看到，壓縮機(jī)在制取“冷量”的同時也在散發(fā)“熱量”，如果能夠把熱量利用起來，則可以大大提高制冷機(jī)組的能源利用率，節(jié)約冷卻系統(tǒng)的能耗。

 

　　節(jié)能是目的，方法可以是提高制冷機(jī)循環(huán)的熱力完善度，無限接近理論上的逆卡諾循環(huán)；也可以是將輸出的所有能量加以利用，做到“事半功倍”。

 

　　在用戶實(shí)際的應(yīng)用場景中本就存在兩種能量需求，只是體現(xiàn)形式和載體不同，水、空氣、氟、某種溶液等等都可能是其中的載體。所以熱回收技術(shù)誕生的意義就是利用制冷設(shè)備作為溫度這一能量指標(biāo)的分配統(tǒng)籌者，分配給不同應(yīng)用場景。當(dāng)然，如何將其更好融入到更多的場景中，也是制造企業(yè)需要直面的問題。

 

　　在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、雙碳戰(zhàn)略的大背景下，具備節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用特點(diǎn)的熱回收技術(shù)應(yīng)用，無疑具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和較高的社會效益。 

 

　　同樣基于逆卡諾循環(huán)的熱回收技術(shù)的原理簡單，難的是在實(shí)際應(yīng)用場景中，系統(tǒng)的設(shè)計會比常規(guī)產(chǎn)品更復(fù)雜。這在實(shí)際的項目應(yīng)用中對設(shè)計院提出了極高的要求，比如負(fù)荷的波動、溫度的精度設(shè)置、水溫的控制，以及整個系統(tǒng)高低負(fù)荷之間的轉(zhuǎn)換，熱水能否及時供應(yīng)等等都是需要克服的問題。要保證機(jī)組的制冷、制熱性能不受影響，自動控制的性能至關(guān)重要，比如在串聯(lián)連接的熱回收機(jī)組中，為了不因?yàn)闊峄厥斩绊懤淠Ч稍诶鋮s水管路中增加一個水量調(diào)節(jié)閥或電動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)冷凝器中制冷劑的溫度或壓力控制閥門的開度大小，進(jìn)而控制冷卻水的流量。

 

　　不僅如此，該技術(shù)目前主要面臨的挑戰(zhàn)還有整體匹配優(yōu)化難度較大的問題。熱回收技術(shù)作為空調(diào)制冷的附屬產(chǎn)品，只在有冷負(fù)荷的時候才會有熱回收，因此當(dāng)冷負(fù)荷與熱回收不匹配的時候，熱回收技術(shù)利用效率就會大打折扣。所以，為了實(shí)現(xiàn)時間和空間上的匹配，在具體應(yīng)用場景中需要進(jìn)一步的研究。

 

　　基于以上判斷，就熱回收技術(shù)未來的迭代方向來看，未來部分熱回收和全熱回收技術(shù)都會被逐步替代，因?yàn)檫@兩個技術(shù)領(lǐng)域都需要依托于主機(jī)運(yùn)行。一旦制冷主機(jī)不開，附加可回收的熱量也不復(fù)存在。所以，這兩種方法只能作為熱量的補(bǔ)充，而不能成為主力。相反，在熱回收技術(shù)基礎(chǔ)上，用以補(bǔ)充熱量且對于冷、熱、熱水的使用更為靈活的四管制技術(shù)，未來的發(fā)展前景則會更為廣泛，會成為此技術(shù)革新的主流方向。與此同時，區(qū)別于當(dāng)下以模塊機(jī)、風(fēng)冷螺桿、直膨機(jī)為主要載體的方式，未來也會有更多的產(chǎn)品應(yīng)用熱回收技術(shù)。

 

　　所以，熱回收技術(shù)未來的發(fā)展可以用“高效化”“可調(diào)節(jié)性”“智能化”“功能部件化”等關(guān)鍵詞進(jìn)行總結(jié)。“高效”指的就是讓熱回收率可達(dá)到95%以上。“可調(diào)節(jié)”則是指“變頻0-100%"調(diào)節(jié)冷或熱的輸出能力。“智能化”其實(shí)就是解決目前面臨的時間與空間不匹配的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)不僅能即回收即用，也要能將熱回收儲存，等需要的時候進(jìn)行利用。同時，跟電網(wǎng)、熱電聯(lián)產(chǎn)等能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動，確保熱回收技術(shù)的智能化。而“功能部件化”則是指熱回收技術(shù)能夠成為某個場景或設(shè)備中的一部分，集成到更多的整體設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)能耗的優(yōu)化和熱量的按需供給。

 

　　3、市場應(yīng)用場景展望

　　江億院士在2021年制冷展主題報告《中國能源的低碳轉(zhuǎn)型》中提到，建筑運(yùn)行的低碳路徑中，建筑取暖應(yīng)由燃煤燃?xì)忮仩t改為熱泵采暖，生活熱水改為電動熱泵；廣泛應(yīng)用熱泵技術(shù)，特別是空氣源熱泵技術(shù)，用來提供建筑供暖制備生活熱水；同時結(jié)合低溫供暖和熱回收等技術(shù)同步應(yīng)用。與此同時，部分城市即將針對該技術(shù)產(chǎn)品推出的補(bǔ)貼政策等等，都將助推熱回收技術(shù)未來贏得更為廣闊的發(fā)展前景。

 

　　事實(shí)上，暖通空調(diào)行業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用規(guī)律往往是，優(yōu)先應(yīng)用到最先進(jìn)技術(shù)的一定是購買力最強(qiáng)且需求最旺盛的行業(yè)，熱回收技術(shù)也不例外。作為一個標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的定制化功能，熱回收技術(shù)需要滿足的則是定制化場景的需求，截止目前，其已然覆蓋了以家用、商業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、數(shù)據(jù)中心等主要應(yīng)用的場景。為此，以下將按照技術(shù)應(yīng)用的邏輯，就其中幾個典型的應(yīng)用場景的發(fā)展方向予以解讀：

 

　　1、常規(guī)市場，前景可期 

　　(1) 商業(yè)場景

　　目前，熱回收技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛的場景就是在以酒店、大型場館等為代表的，常年需要中央空調(diào)系統(tǒng)和24小時熱水的商用場所，用以替代以往冷、熱源分別設(shè)置，以冷水機(jī)組提供冷源、蒸汽或熱水鍋爐提供熱源的方式。眾所周知，冷水機(jī)組在運(yùn)行時要通過冷卻水系統(tǒng)排出大量的冷凝熱，在制冷工況下運(yùn)行，冷凝熱可達(dá)制冷量的1.15-1.3倍，利用熱回收技術(shù)回收這部分中央空調(diào)冷凝熱輸出65℃的熱水，會是一條變廢為寶的節(jié)能途徑，所以搭載著熱回收技術(shù)的產(chǎn)品在當(dāng)下的商用場景中備受歡迎。

 

　　可以預(yù)見的是，未來商業(yè)場所一定仍是熱回收技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最為常見的場景，甚至伴隨著參與其中制造企業(yè)數(shù)量的增多，技術(shù)的革新、效率的提升，以及相關(guān)領(lǐng)域甲方/用戶對該技術(shù)產(chǎn)品認(rèn)知度的提升，未來商用場景市場的應(yīng)用或?qū)⒈蝗婕せ睢４钶d熱回收技術(shù)的產(chǎn)品不僅會在新建的商業(yè)場所中得到更為廣泛和全面地應(yīng)用，與此同時，老舊項目的節(jié)能改造中，也會更多地考慮此類產(chǎn)品。

 

　　(2)工業(yè)場景

　　隨著眾多制造企業(yè)的技術(shù)迭代、對場景和市場需求的深挖，以及國家政策的積極導(dǎo)向，越來越多的工藝性場合也在逐步應(yīng)用搭載了熱回收技術(shù)的產(chǎn)品，比如電子凈化領(lǐng)域、冷凍行業(yè)等等，這些場合都存在廢熱再利用的需求。熱回收技術(shù)不但可以替代傳統(tǒng)加熱設(shè)備來制取熱水，降低能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用，最重要的是可以減少向大氣中排放的廢熱，減輕環(huán)境的熱污染，對工業(yè)的和諧科學(xué)發(fā)展意義重大。

　　以部分精密加工的制造工廠為例，其中的機(jī)床清洗就需要用到高溫?zé)崴陔p碳戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)和節(jié)能減排的發(fā)展趨勢引導(dǎo)下，類似的項目也在考慮以熱回收產(chǎn)品改造替代以往的設(shè)備，而這就將會是未來的熱點(diǎn)市場。當(dāng)然，熱回收產(chǎn)品提供的熱水溫度和用水量是否能夠達(dá)到項目要求，同樣也將成為未來各工業(yè)項目重點(diǎn)考量的因素。甚至在工業(yè)余熱、廢熱領(lǐng)域，諸如發(fā)電廠、工業(yè)廢水、余熱等，如果將其與中央空調(diào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱與空調(diào)熱回收技術(shù)之間的聯(lián)動，未來的市場也將大有可為。

 

　　(3)家用場景

　　根據(jù)目前中國建筑氣候區(qū)劃分和全國集中供暖區(qū)域分布，生活熱水和空調(diào)制冷是全國各區(qū)域的剛需 ( 除溫和地區(qū)空調(diào)制冷需求相對較低)。南方夏熱冬暖地區(qū)及溫和地區(qū)冬季空調(diào)制熱需求較低，但全年需生活熱水，北方的寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)雖然均有集中供暖，冬季無空調(diào)制熱需求，但全年也需生活熱水。如果能在生活場景中使用相關(guān)的熱能收集裝置對室內(nèi)的熱量和室外機(jī)運(yùn)行時的散熱進(jìn)行收集，將其進(jìn)行制熱存水處理，就能達(dá)到對水資源的制熱，最大化地實(shí)現(xiàn)其功能，以服務(wù)于居民的日常生活。而在實(shí)際運(yùn)用的時候，也可以依靠熱循環(huán)系統(tǒng)探索節(jié)能的方式方法，在能量守恒的前提下實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)中的能量最小損失，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

 

　　事實(shí)上，目前行業(yè)中已有部分制造企業(yè)積極地在其中探索，并推出以熱泵兩聯(lián)供(制冷+熱水)為代表的系統(tǒng)，在最適合的夏熱冬暖區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)。當(dāng)然，這其中此類制造企業(yè)還需要攻克諸如水溫、水量、多點(diǎn)用水等難題，甚至需要配備一定容量的蓄熱水槽，以及部分輔助熱源等等，來保障設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)以上痛點(diǎn)均被攻克，更多制造企業(yè)積極參與推廣，以及更多適用地區(qū)的用戶對此類產(chǎn)品的認(rèn)知度逐步提升，同樣也將是熱回收技術(shù)應(yīng)用前景無限的市場之一。此外，值得一提的是，廚房排煙也屬于廢熱，也可以被再次利用，如果能攻克這一領(lǐng)域，也將會獲得非常大的市場空間。 

 

　　除了上述的場景外，立足于區(qū)域視角，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能源的分配，并且根據(jù)項目的具體特征，考慮熱回收技術(shù)的發(fā)展或許也將是未來值得探索的方向之一。以當(dāng)下熱門的數(shù)據(jù)中心為例，未來也或?qū)⒊蔀闊峄厥占夹g(shù)的應(yīng)用場景之一。一方面目前國家的“東數(shù)西算”政策對數(shù)據(jù)中心是一大利好，另外，邊遠(yuǎn)地區(qū)的氣候條件也比較適合提高能源的利用。事實(shí)上，作為常年需要制冷的數(shù)據(jù)中心，是否可以與常年需要供熱的場所“比鄰而居”，減少能源的浪費(fèi)呢？比如，計算機(jī)房產(chǎn)生的大量熱量是不是可以轉(zhuǎn)換成熱能供給畜牧業(yè)使用等等。盡管這樣的案例需要具備的客觀條件比較多，但不可否認(rèn)的是，會成為未來的發(fā)展趨勢之一。

 

　　在儲能?蓄能領(lǐng)域的探索或許也能為熱回收技術(shù)打開新的思路。比如，能否將回收且短期并不會使用的“熱”，儲存起來，等需要的時候再進(jìn)行應(yīng)用。在家用場景中，生活熱水的供給其實(shí)就是這類方向的探索，但目前技術(shù)并未完善，僅靠水箱設(shè)備的保溫性能和回收熱量的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，無法應(yīng)用于大型項目場景中。未來若能攻克這一領(lǐng)域，或?qū)⒊蔀闊峄厥占夹g(shù)發(fā)展史上重要的里程碑事件。

 

　　此外，在某些需要更高水溫的場合，與同為節(jié)能技術(shù)的熱泵技術(shù)相結(jié)合，同樣也能成為低碳節(jié)能的新應(yīng)用，從而助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。“雙碳”戰(zhàn)略背景下，熱泵作為一種高效、清潔、低碳的供熱方式，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，所以在供暖制冷和熱水供應(yīng)中，熱泵與熱回收技術(shù)的配合，或?qū)⒛軌驅(qū)μ岣咚疁乜刂凭取h(huán)境潔凈度、產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)能增效等方面發(fā)揮重大作用。 

 

　　[1]主編：彥啟森，副主編：申江，石文星。制冷技術(shù)及其應(yīng)用(第 1 版). 中國建筑工業(yè)出版社

　　[2]主編：吳業(yè)正。小型制冷裝置設(shè)計指導(dǎo)(第1 版). 機(jī)械工業(yè)出版社

　　[3] 劉昌豐，于志強(qiáng)。熱回收技術(shù)在工業(yè)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 制冷與空調(diào)，2013 (09) 13-17 +27

　　[4] 2010，夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) [S]

　　[5] GB 50189 - 2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) [S]

　　[6] 陸耀慶。實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊 [M]. 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社，1993

　　[7] 孫一堅。簡明通風(fēng)設(shè)計手冊 [M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，1998

　　[8] 電子工業(yè)部第十設(shè)計研究院 . 空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊[M]. 第 2 版 . 北京：中國建筑工業(yè)出社，1995

　　[9] 廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院院副總工 劉漢華 《醫(yī)院暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計及案例》

　　[10] GB 50736 - 2012

　　[11] GB 50333 - 2013

　　[12] DA/T 87 - 2021

　　[13] GB 55015 - 2021