家用燃气快速热水器(以下简称燃气热水器)在中国已基本普及,据不完全统计,现在居民家中使用的燃气热水器已达7000万台左右,国内燃气热水器年产量约1000万台,燃气热水器年总耗气量高达170亿m3/年(按热值折算为天然气用量)。由于中国经济高速发展,能源供应日趋紧张,为此,有关部门提出要在2010年使主要耗能产品的能耗水平下降20%(相应,CO2排放量也下降约20%),中国在2007年制定了燃气热水器能效标准,推动并加速了热水器节能技术的发展。标准明确提出了热水器的节能目标,要求企业通过不断努力与革新逐步使热水器的热效率(按燃气低热值计算)从现在不低于80%,提高20%最后达到不低于96%的一级节能热水器的要求。据测算,如果国内每年生产的1000万台热水器中有一半能达到一级节能产品的要求,则每年将节约燃气2.5亿m3(按热值折算为天燃气),其社会效益与经济效益是十分明显的。而要实现一级节能热水器产品,发展冷凝式燃气热水器(以下简称冷凝式热水器)则是一条可以探索的途径。
冷凝式热水器发展概况
冷凝式热水器是指“在正常使用条件下,烟气中的水蒸气被部分冷凝,冷凝释放出的潜热用于加热卫生热水的热水器”。为要实现“烟气中的水蒸汽被部分冷凝”这个决定性的条件中,必须要求进入热水器的水温明显低于烟气露点(表1),并且把排烟温度降至露点附近(或低于露点)。由于各种加热器(采暖锅炉、热水器、容积式热水器,两用炉等)上入水温度与其烟气露点间差值不同,因此,为实现冷凝运行方式所选用的换热器型式与燃烧方式都会各不相同。图1为冷凝式加热器示意图。由燃烧产生的高温烟气首先加热换热器高温段,经高温段后烟温下降到120℃~200℃,进入换热器冷凝段,最终烟温下降到露点附近,从排烟口排出。同时,在冷凝段生成的冷凝水从排水口流出。可以看出,冷凝式加热器的主要特点是增加了冷凝换热系统。
冷凝技术在民用燃具上的使用已超过20年,但冷凝式热水器还没有实现在市场广泛销售。原因之一是冷凝式热水器与普通热水器相比,元件较多,结构也要复杂,价格也更高。
1995年冷凝式热水器首先在欧洲使用,1997年12月联合国气候变化纲要公约第三次缔约国大会所采纳的要削减发达国家温室气体排放量的《京都议定书》,使欧洲国家及日本等国相应制定了严格的能效目标。修订了燃气热水器的能效标准,欧洲及日本政府采取产业支持和提供财政补助的政策,政府将补助费兑现给用户,为培养冷凝式燃气热水器需求市场起了很大的推动作用,加速了冷凝式燃气热水器的发展。高效、节能环保产品比以往吸引了更多的用户。
冷凝式燃气壁挂炉发源于欧洲。德国、荷兰、英国、奥地利等国于上世纪70年代开发了家用冷凝式燃气壁挂炉,到90年代初期,冷凝式燃气壁挂炉除了具有传统锅炉的共性之外,更是制热机理的大胆革命与突破。在欧美等国,由于政府鼓励使用冷凝式燃气壁挂炉,所以需求量不断增加,冷凝式燃气壁挂炉的使用率瑞士60%,荷兰50%,德国20%,奥地利20%,英国15%。
日本企业多年来一直致力于冷凝式燃气热水器研制,2002年已有69种产品开发成功。日本政府也出台相应的推广政策,每售出一台冷凝式燃气热水器政府给企业补助4万日元,希望到2010年实现生产的热水器全部是冷凝式燃气热水器。2001年开发出的一种使用CO2制冷剂的电力式热水器,以其高效节能迅速得到推广与发展,并导致冷凝式燃气热水器和热泵热水器间的竞争,冷凝式燃气热水器开始在日本加速发展起来。