美国住宅用空气能热泵热水器
2022-12-11
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在美国,住宅用热水器使用的能源有电能和天燃气两类,本文提及的空气能热水器属于电热水器的一类,它比传统的电热水器(如电阻丝加热式热水器)较高能节省80%的用电量。所以美国能源部(DOE)和美国环保署(EPA)已通过修订e-CFR条例和能源之星要求来推广此设备,有些州政府甚至已直接对空气能热水器进行补助。目前,空气能热水器在美国还是一种新兴的设备,市场普及度较低,设备市场正处在快速发展状态,即使占领交易量TOP5的品牌也只有美国本土品牌,但是空气能热水器相对于燃气热水器和传统电热水器,市场份额还是很低,这相对于其它非美国不错品牌生产厂家而言,是一个很好的市场形势。

1.关于住宅用空气能热水器

如图1所示,DOE把住宅用热水器分为瞬间加热型(不带水箱)和储水加热型(带水箱)两类。

住宅用空气能热水器的概念是一种对生活用水进行储存并加热的设备,这种设备的额定电流不超过24A,额定电压不超过250V,对水加热的温度小于82℃;生产厂家还可以自己配搭或是不配搭水箱生产,假如设备有配搭水箱生产,那么水箱的容量不可以超过450L;此外,相对于带有电加热的空气能热水器,假如电加热的额定电流与热泵额定电流之和不超过24A,或是热泵与电加热不可以同时开启,那么此电加热还可以跟热泵共享一个输入电路,否则务必分开供电。

2.出口到美国市场的较低能效标准

DOE在法规e-CFRPart430里面规定,出口到美国的空气源热水器务必达到法规的较低标准,见表1。

法规标准,2015年4月16日之后生产的储水式电热水器以水箱容量划分为两档,只要水箱超过55美加仑,依据热水器的能效指数EF[1](EnergyFactor)计算公式分析,传统的电热水器现已没办法达到DOE较低法规的标准了,空气源热水器将占领超过55美加仑的热水器市场。

除了DOE修改的e-CFR法规以外,EPA也修改了能源之星的门坎标准,见表2。

能源之星标准的实行日期跟DOE的能效更新日期相同,都是2015年4月16日;从表2中可以看出,能源之星同样把热水器按水箱容量分为两档,但跟DOE法规不一样的是,小于55美加仑的热水器也务必达到2.0或以上才能申请能源之星,这也意味着在2015年4月16日之后,所有传统电热水器都不会再具有申请能源之星的资格。

从DOE已通过立法的途径去推广大水箱容量的空气源热水器;而EPA却直接通过提高能源之星的门槛,直接取消传统电热水器的能源之星申请资格。从DOE和EPA两个美国政府部门的政策,可以看出,2015年4月16日之后,DOE不会再准许水箱超过55美加仑的传统热水器上市,而EPA也不允许该类电热水器申请能源之星。

3NEEA列名

NEEA通过市场调查报告显示:美国北方有64%的家庭正在使用电热丝加热式热水器,假如在2029年后把他们的热水器全部更換为空气源热水器,那么美国北方可以节约500兆瓦的电能,这等同于381500美国居民每年的生活用电。但是,由于空气源热水器的在给生活用水加热的过程中会形成冷凝水,而美国北方纬度较高,尤其在西北部特别严寒,冷凝水很容易结冰,仅仅满足能源之星标准的空气源热水器不一定可以正常在美国北方正常工作,因此NEEA(NorthwestEnergyEfficiencyAlliance)发布了一部北方工况测试标准——ASpecificationforResidentialHeatPumpWaterHeatersInstalledinNorthernClimates(下称“北方气候标准”),以引导生产厂家开发能在严寒的美国北方正常使用空气源热水器,在该标准中,NEEA制定了一个比DOE工况更恶劣的北方气候工况,以计算热泵热水器的北方气候EFNC[3](EFNC是通过北方气候的低温工况测试,结合标准EF计算的能效系数,计算方法类似于单元式热泵空调的制热能效系数HSPF)。

美国北方大部分的用户习惯把热水器安装在地下室、车库、偏厅等地方,由于空气源热水器在加热生活用水的时候,风机会对外排出冷空气,假如让空气源热水器随意排风的话,冷空气会对周围环境进行降温,影响室内的制热效果,导致其它制热设备的能源浪费。因此,NEEA再进一步对已满足能源之星的空气源热水器进行等级划分,与此同时NEEA还考虑到热水器可能安装在室内,因此设备还务必具有一定的舒适度,设备运行时形成的噪声不可太大,NEEA的等级划分见表3。

表3中的等级分类并不单纯以能效和噪声的高低划分,等级的划分更关键的是设备的安装地点不同。要解决这种资源浪费,空气源热水器须连接风管进行热交换,NEEA也对不同等级的空气源热水器进行一些条件的限制:

Tire1:假如空气源热水器是安装在阳台、水管房等室外周围环境,空气源热水器就不会影响到室内环境温度,空气能热泵机组就不要求安装风管进行换热,申请此等级的空气源热水器仅需要能效符合标准便可;

Tier2:假如空气源热水器是安装在车库、地下室等室内环境,由于这些地方并不是用户经常活动的地方,空气源热水器要求安装一条风管排走空气源热水器进行热交后的冷空气,自然回风虽然也会带走室内的一些热空气,但对用户的影响不大;但也因为它是安装在室内,因此标准对于设备的可靠性以及冷凝物的排除比Tier1有更多的要求:

1)满足Tier1的要求

2)加热运行尽量避免用电加热的模式;

3)防冻结保护;

4)可接风管进行引导排气进行换热;

5)能显示压缩机运行异常状况;

6)至少10年保质期;

7)冷凝物收集、处理。

Tier3:假如热水器安装在偏厅等用户经常活动的地方,那么空气源热水器就不允许对周围环境进行较明显的降温效果,此时,空气源热水器就务必使用风管吸取室外空气来进行换热,并通过另一条风管排出室外,当然申请此等级的空气源热水器比Tier2还有更多的要求:

1)可接风管进行引导吸气进行换热;

2)提醒用户更换过滤器功能。

美国北方用户使用的生活热水肯定比南方更多,并且工作环境比南方更加恶劣,很多地方在冬天的室外平均温度都是在-5℃以下,Tier3等级的空气源热水器需要引导室外空气进行热交换,冷凝水很容易结冰堵塞排水口,冷凝水的外溢会对消费者导致不同程度的经济损失(如破坏房子的木质地板),因此,设备务必具有非常可靠的排水系统,防止冷凝水异常外溢。

4结语

传统家用热水器有着自身的能效极限,能效等级EF没有办法达到1.0,但是针对空气源热水器而言却很轻松达到这一个临界上限,并且依据热交换技术的连续不断发展,空气源热水器还能达到更高的能效等级。美国政府借助政策的修订以支持厂家全力研发空气源热水器推行美国市场,空气源热水器在未来几年必定成为美国房屋用家用热水器的主流产品。美国有4亿多高消费能力的常住人口,是能源消耗大国,而空气源热水器在美国暂时还属于一种新兴产品,美国政府以后将会连续不断推行利好政策,厂家应针对美国市场的特点,研发安全可靠、安装方便、节能高效的空气源热水器打开美国热水器市场,取得品牌影响力。