家用燃氣快速熱水器(以下簡稱燃氣熱水器)在中國已基本普及,據不完全統計,現在居民家中使用的燃氣熱水器已達7000萬臺左右,國內燃氣熱水器年產量約1000萬臺,燃氣熱水器年總耗氣量高達170億m3/年(按熱值折算為天然氣用量)。由于中國經濟高速發展,能源供應日趨緊張,為此,有關部門提出要在2010年使主要耗能產品的能耗水平下降20%(相應,CO2排放量也下降約20%),中國在2007年制定了燃氣熱水器能效標準,推動并加速了熱水器節能技術的發展。標準明確提出了熱水器的節能目標,要求企業通過不斷努力與革新逐步使熱水器的熱效率(按燃氣低熱值計算)從現在不低于80%,提高20%最后達到不低于96%的一級節能熱水器的要求。據測算,如果國內每年生產的1000萬臺熱水器中有一半能達到一級節能產品的要求,則每年將節約燃氣2.5億m3(按熱值折算為天燃氣),其社會效益與經濟效益是十分明顯的。而要實現一級節能熱水器產品,發展冷凝式燃氣熱水器(以下簡稱冷凝式熱水器)則是一條可以探索的途徑。
冷凝式熱水器發展概況
冷凝式熱水器是指“在正常使用條件下,煙氣中的水蒸氣被部分冷凝,冷凝釋放出的潛熱用于加熱衛生熱水的熱水器”。為要實現“煙氣中的水蒸汽被部分冷凝”這個決定性的條件中,必須要求進入熱水器的水溫明顯低于煙氣露點(表1),并且把排煙溫度降至露點附近(或低于露點)。由于各種加熱器(采暖鍋爐、熱水器、容積式熱水器,兩用爐等)上入水溫度與其煙氣露點間差值不同,因此,為實現冷凝運行方式所選用的換熱器型式與燃燒方式都會各不相同。圖1為冷凝式加熱器示意圖。由燃燒產生的高溫煙氣首先加熱換熱器高溫段,經高溫段后煙溫下降到120℃~200℃,進入換熱器冷凝段,最終煙溫下降到露點附近,從排煙口排出。同時,在冷凝段生成的冷凝水從排水口流出。可以看出,冷凝式加熱器的主要特點是增加了冷凝換熱系統。
冷凝技術在民用燃具上的使用已超過20年,但冷凝式熱水器還沒有實現在市場廣泛銷售。原因之一是冷凝式熱水器與普通熱水器相比,元件較多,結構也要復雜,價格也更高。
1995年冷凝式熱水器首先在歐洲使用,1997年12月聯合國氣候變化綱要公約第三次締約國大會所采納的要削減發達國家溫室氣體排放量的《京都議定書》,使歐洲國家及日本等國相應制定了嚴格的能效目標。修訂了燃氣熱水器的能效標準,歐洲及日本政府采取產業支持和提供財政補助的政策,政府將補助費兌現給用戶,為培養冷凝式燃氣熱水器需求市場起了很大的推動作用,加速了冷凝式燃氣熱水器的發展。高效、節能環保產品比以往吸引了更多的用戶。
冷凝式燃氣壁掛爐發源于歐洲。德國、荷蘭、英國、奧地利等國于上世紀70年代開發了家用冷凝式燃氣壁掛爐,到90年代初期,冷凝式燃氣壁掛爐除了具有傳統鍋爐的共性之外,更是制熱機理的大膽革命與突破。在歐美等國,由于政府鼓勵使用冷凝式燃氣壁掛爐,所以需求量不斷增加,冷凝式燃氣壁掛爐的使用率瑞士60%,荷蘭50%,德國20%,奧地利20%,英國15%。
日本企業多年來一直致力于冷凝式燃氣熱水器研制,2002年已有69種產品開發成功。日本政府也出臺相應的推廣政策,每售出一臺冷凝式燃氣熱水器政府給企業補助4萬日元,希望到2010年實現生產的熱水器全部是冷凝式燃氣熱水器。2001年開發出的一種使用CO2制冷劑的電力式熱水器,以其高效節能迅速得到推廣與發展,并導致冷凝式燃氣熱水器和熱泵熱水器間的競爭,冷凝式燃氣熱水器開始在日本加速發展起來。