張子琦，陳江平，申雋，高屹峰

（1-上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所，上海 200240；2-國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)），上海 200020）

0 引言

相比于國(guó)外市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的熱泵熱水器起步較晚。與傳統(tǒng)的電熱水器和燃?xì)鉄崴飨啾龋瑹岜脽崴髦钡?001 年才剛剛起步，整個(gè)行業(yè)僅有十年左右的發(fā)展光景。盡管起步晚，但是國(guó)內(nèi)熱泵熱水器行業(yè)的發(fā)展速度卻是相當(dāng)驚人的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2006 年熱泵熱水器銷售額約為6 億元左右；到了2008 年，銷售額增長(zhǎng)為16 億元；到了2010 年，增長(zhǎng)為30.8 億元。僅2010 年一年，熱泵熱水器的銷售量就達(dá)到了78 萬(wàn)臺(tái)，其中69 萬(wàn)臺(tái)銷售在國(guó)內(nèi)，9 萬(wàn)臺(tái)出口。目前國(guó)內(nèi)熱泵熱水器生產(chǎn)商約有500家左右。

相比于日本等國(guó)外市場(chǎng)的成熟，國(guó)內(nèi)的熱泵熱水器行業(yè)還處在一個(gè)剛剛起步的階段，許多行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)還沒(méi)有健全。目前國(guó)內(nèi)家用空氣源熱泵熱水器產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，技術(shù)路線種類繁多。盡管存在著各種各樣的問(wèn)題，由于熱泵熱水器節(jié)能的特點(diǎn)與國(guó)家節(jié)能減排的大趨勢(shì)相符，目前政策傾向性較好。目前國(guó)家對(duì)高效節(jié)能空氣源熱泵熱水器實(shí)行推廣財(cái)政補(bǔ)貼，具體補(bǔ)貼力度為每臺(tái)300 元至600 元不等，實(shí)行期限暫定為2012 年6 月1 日至2013 年5 月31 日。據(jù)以上信息，可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)熱泵熱水器的產(chǎn)銷量以及生產(chǎn)商的數(shù)量還會(huì)有較大幅度的上升。

雖然對(duì)于熱泵熱水器市場(chǎng)的未來(lái)比較看好，但是經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用下來(lái)，產(chǎn)品內(nèi)也出現(xiàn)了一些“通病”，如銅內(nèi)盤(pán)管腐蝕嚴(yán)重、壓縮機(jī)壽命較短等。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有關(guān)于熱泵熱水器的文獻(xiàn)多集中于熱泵熱水器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[1-3]及機(jī)組性能的研究[4-5]之上，對(duì)于家用熱泵熱水器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障則鮮有探究。本文將對(duì)家用熱泵熱水器中幾種常見(jiàn)故障進(jìn)行闡述與分析。

1 銅內(nèi)盤(pán)管腐蝕嚴(yán)重

相比于家用熱泵熱水器中其他冷凝器形式，內(nèi)盤(pán)管冷凝器具有換熱效率高、易于加工、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)，行業(yè)中最早的熱泵熱水器產(chǎn)品幾乎都采用銅質(zhì)內(nèi)盤(pán)管冷凝器。然而，此類產(chǎn)品在推向市場(chǎng)幾年之后，銅內(nèi)盤(pán)管的腐蝕問(wèn)題大量出現(xiàn)。

圖1 熱泵熱水器銅內(nèi)盤(pán)管腐蝕情況

筆者經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上的熱泵熱水器產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品內(nèi)盤(pán)管腐蝕現(xiàn)象非常嚴(yán)重。由于水質(zhì)不同，不同地區(qū)的銅內(nèi)盤(pán)管換熱器的壽命區(qū)別很大。就某種產(chǎn)品來(lái)講，在腐蝕最嚴(yán)重的福建地區(qū)，其銅內(nèi)盤(pán)換熱器的壽命最短僅有一年，而大部分換熱器在5 年之內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)回收的內(nèi)盤(pán)管換熱器進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)盤(pán)管表面布滿綠銹，而且在盤(pán)管支架處的腐蝕程度要大于其他部位。

文獻(xiàn)[6]中指出了銅管腐蝕的可能原因。銅管腐蝕的原因多種多樣，在熱泵熱水器中，導(dǎo)致內(nèi)盤(pán)管換熱器腐蝕的主要原因如下：

1)水質(zhì)造成的腐蝕。

根據(jù)文獻(xiàn)[7]，氯離子對(duì)于銅管具有一定的腐蝕作用。從銅管防腐的角度來(lái)講，水中的氯離子越少越好。已有的文獻(xiàn)表明，當(dāng)水中的余氯小于0.5 mg/L時(shí)不會(huì)對(duì)銅管產(chǎn)生腐蝕。但是，為達(dá)到國(guó)標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，管網(wǎng)中的自來(lái)水仍具有較高的余氯值。因此，在熱泵熱水器的運(yùn)行過(guò)程中，余氯高的自來(lái)水會(huì)不可避免的對(duì)熱泵熱水器的銅內(nèi)盤(pán)管造成腐蝕。

2)銅管加工工藝不成熟造成的腐蝕

在進(jìn)行銅管生產(chǎn)時(shí)，若操作不當(dāng)或未能完全掌握銅管的抗腐蝕技術(shù)，則會(huì)導(dǎo)致銅管更容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。銅管的鈍化工藝是銅管防腐蝕的主要手段之一。若鈍化工藝掌握不好，則會(huì)導(dǎo)致銅管的抗腐蝕性大大下降。此外，銅管的拉拔工藝也是決定銅管抗腐蝕性能的重要因素之一。銅管的拉拔工藝不成熟，會(huì)導(dǎo)致銅管成品壁面粗糙度變大、殘余應(yīng)力變大，而這些都會(huì)導(dǎo)致銅管的抗腐蝕性能下降[8]。

2 壓縮機(jī)壽命短

根據(jù)市場(chǎng)的反饋發(fā)現(xiàn)，部分熱泵熱水器產(chǎn)品上市之后，其壓縮機(jī)的壽命非常短。往往經(jīng)過(guò)2 年至3 年，壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)故障甚至報(bào)廢。經(jīng)過(guò)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，其原因是由于部分生產(chǎn)廠家在熱泵熱水器系統(tǒng)中使用的是普通的空調(diào)壓縮機(jī)。由于熱泵熱水器的工作工況相比空調(diào)具有全年運(yùn)行、吸排氣壓力高等問(wèn)題，使用普通的空調(diào)壓縮機(jī)很難滿足制熱水工況的要求，從而造成壓縮機(jī)長(zhǎng)期在高負(fù)荷下工作，進(jìn)而導(dǎo)致故障的發(fā)生。表1 展示了熱泵熱水器和空調(diào)工況的區(qū)別。

尤其是在冬季工作時(shí)，熱泵熱水器系統(tǒng)的工作情況相對(duì)惡劣。當(dāng)壓縮機(jī)本體特別是底部溫度低于冷凝溫度，即壓縮機(jī)底部過(guò)熱不足時(shí)，排出的氣態(tài)制冷劑會(huì)在壓縮機(jī)本體內(nèi)冷凝，液態(tài)制冷劑沉積在壓縮機(jī)底部并被吸入泵體進(jìn)入各摩擦副，導(dǎo)致壓縮機(jī)的全面磨耗與潤(rùn)滑條件惡化，壓縮機(jī)容易產(chǎn)生咬缸等惡性事故，對(duì)壓縮機(jī)的使用壽命有較大的影響。熱泵熱水器系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)的工作范圍如圖2 所示。

由此可見(jiàn)，若在熱泵熱水器系統(tǒng)中使用普通的空調(diào)壓縮機(jī)則一定會(huì)造成壓縮機(jī)故障頻發(fā)、壽命變短等現(xiàn)象。

表1 熱泵熱水器與空調(diào)工況的區(qū)別

圖2 空調(diào)系統(tǒng)與熱泵熱水器系統(tǒng)壓縮機(jī)工作范圍

3 常用制冷劑即將被替代

對(duì)主要熱泵熱水器生產(chǎn)商的調(diào)研結(jié)果來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)絕大部分熱泵熱水器產(chǎn)品中使用的制冷劑為R22。R22 本身的性質(zhì)比較優(yōu)秀，且價(jià)格低廉，在空調(diào)等制冷設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用。由于R22 本身ODP 值不為0，為臭氧層消耗物質(zhì)，且GWP 值較高，溫室效應(yīng)較強(qiáng)，根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》[9]的相關(guān)要求，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始著手對(duì)R22 進(jìn)行淘汰。具體要求是在2013 年1 月1 日將含氫氯氟烴的生產(chǎn)和使用凍結(jié)在2009 至2010 年兩年平均水平，對(duì)R22實(shí)施定額配給；2015 年再在凍結(jié)水平上削減10%，2030 年實(shí)現(xiàn)除維修和特殊用途外的完全淘汰。

對(duì)此，國(guó)內(nèi)許多廠家還沒(méi)有找到R22 的良好替代品。盡管可以使用R410a、R407c 等混合制冷劑進(jìn)行替代，但由于這些制冷劑相對(duì)于R22價(jià)格較高，將會(huì)對(duì)熱泵熱水器生產(chǎn)商造成一定的沖擊。

4 結(jié)論

1)自行業(yè)發(fā)展以來(lái)，熱泵熱水器產(chǎn)品中銅內(nèi)盤(pán)管的腐蝕現(xiàn)象多發(fā)。究其原因，主要是由于我國(guó)水質(zhì)較差，水中余氯較高，本身對(duì)銅質(zhì)管材容易產(chǎn)生腐蝕；加之部分廠商在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于銅管的處理工藝沒(méi)有掌握成熟，使得內(nèi)盤(pán)管換熱器出現(xiàn)大量腐蝕現(xiàn)象。

2)熱泵熱水器系統(tǒng)中不可以使用空調(diào)壓縮機(jī)。若使用空調(diào)壓縮機(jī)，則由于系統(tǒng)工況區(qū)別，會(huì)造成壓縮機(jī)壽命變短、故障頻發(fā)等現(xiàn)象。

[1]汪南,朱冬生.家用熱泵熱水器的研究及發(fā)展趨勢(shì)[J].日用電器,2006(11):46-52.

[2]葉金偉.關(guān)于空氣源熱泵熱水器技術(shù)及其應(yīng)用的綜述[J].給水排水,2009,35(z2):254-257.

[3]單尚禮,王丹丹,王瑞祥.目前空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的一些研究進(jìn)展[J].家電科技,2006(12):46-54.

[4]劉榮,陶樂(lè)仁,高立博,等.小型空氣源熱泵熱水機(jī)組實(shí)驗(yàn)研究[J].低溫與超導(dǎo),2011,39(2):64-67.

[5]郭蓓,彭學(xué)院,邢子文.二氧化碳熱泵熱水器系統(tǒng)及壓縮機(jī)的研發(fā)現(xiàn)狀[J].家電科技,2005(9):42-44.

[6]沈鷹爾.國(guó)內(nèi)外關(guān)于銅管的腐蝕研究及對(duì)策[J].給水排水技術(shù)動(dòng)態(tài),2004(1):23-25.

[7]姚偉,何耀祖,姜也為.空調(diào)用銅管穿孔失效分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2004,40(9):471-473

[8]張秀利,王建峰.冷拉銅管材應(yīng)力腐蝕傾向研究[J].有色金屬加工,2008,37(2):42-43.

[9]United Nations Environment Programme.The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer[C/OL].Montreal:The Ozone Secretariat,1987.http://ozone.unep.org/Publications/mp_final_act/Montreal_Protocol_Final_Act_1987-E.pdf.