中国家用热泵热水器产品面临的挑战

张子琦，陈江平，申隽，高屹峰

（1-上海交通大学制冷与低温研究所，上海 200240；2-国际铜业协会（中国），上海 200020）

0 引言

相比于国外市场，国内市场的热泵热水器起步较晚。与传统的电热水器和燃气热水器相比，热泵热水器直到2001 年才刚刚起步，整个行业仅有十年左右的发展光景。尽管起步晚，但是国内热泵热水器行业的发展速度却是相当惊人的。据统计，在2006 年热泵热水器销售额约为6 亿元左右；到了2008 年，销售额增长为16 亿元；到了2010 年，增长为30.8 亿元。仅2010 年一年，热泵热水器的销售量就达到了78 万台，其中69 万台销售在国内，9 万台出口。目前国内热泵热水器生产商约有500家左右。

相比于日本等国外市场的成熟，国内的热泵热水器行业还处在一个刚刚起步的阶段，许多行业内的标准和法规还没有健全。目前国内家用空气源热泵热水器产品质量参差不齐，技术路线种类繁多。尽管存在着各种各样的问题，由于热泵热水器节能的特点与国家节能减排的大趋势相符，目前政策倾向性较好。目前国家对高效节能空气源热泵热水器实行推广财政补贴，具体补贴力度为每台300 元至600 元不等，实行期限暂定为2012 年6 月1 日至2013 年5 月31 日。据以上信息，可以预见在未来一段时间内热泵热水器的产销量以及生产商的数量还会有较大幅度的上升。

虽然对于热泵热水器市场的未来比较看好，但是经过几年的应用下来，产品内也出现了一些“通病”，如铜内盘管腐蚀严重、压缩机寿命较短等。国内现有关于热泵热水器的文献多集中于热泵热水器技术发展趋势[1-3]及机组性能的研究[4-5]之上，对于家用热泵热水器在使用过程中出现的故障则鲜有探究。本文将对家用热泵热水器中几种常见故障进行阐述与分析。

1 铜内盘管腐蚀严重

相比于家用热泵热水器中其他冷凝器形式，内盘管冷凝器具有换热效率高、易于加工、成本低等优点。在我国，行业中最早的热泵热水器产品几乎都采用铜质内盘管冷凝器。然而，此类产品在推向市场几年之后，铜内盘管的腐蚀问题大量出现。

图1 热泵热水器铜内盘管腐蚀情况

笔者经过对市场上的热泵热水器产品进行调研后发现，国内产品内盘管腐蚀现象非常严重。由于水质不同，不同地区的铜内盘管换热器的寿命区别很大。就某种产品来讲，在腐蚀最严重的福建地区，其铜内盘换热器的寿命最短仅有一年，而大部分换热器在5 年之内也会出现问题。对回收的内盘管换热器进行检查发现，内盘管表面布满绿锈，而且在盘管支架处的腐蚀程度要大于其他部位。

文献[6]中指出了铜管腐蚀的可能原因。铜管腐蚀的原因多种多样，在热泵热水器中，导致内盘管换热器腐蚀的主要原因如下：

1)水质造成的腐蚀。

根据文献[7]，氯离子对于铜管具有一定的腐蚀作用。从铜管防腐的角度来讲，水中的氯离子越少越好。已有的文献表明，当水中的余氯小于0.5 mg/L时不会对铜管产生腐蚀。但是，为达到国标《生活饮用水卫生标准》中的相关规定，管网中的自来水仍具有较高的余氯值。因此，在热泵热水器的运行过程中，余氯高的自来水会不可避免的对热泵热水器的铜内盘管造成腐蚀。

2)铜管加工工艺不成熟造成的腐蚀

在进行铜管生产时，若操作不当或未能完全掌握铜管的抗腐蚀技术，则会导致铜管更容易出现腐蚀现象。铜管的钝化工艺是铜管防腐蚀的主要手段之一。若钝化工艺掌握不好，则会导致铜管的抗腐蚀性大大下降。此外，铜管的拉拔工艺也是决定铜管抗腐蚀性能的重要因素之一。铜管的拉拔工艺不成熟，会导致铜管成品壁面粗糙度变大、残余应力变大，而这些都会导致铜管的抗腐蚀性能下降[8]。

2 压缩机寿命短

根据市场的反馈发现，部分热泵热水器产品上市之后，其压缩机的寿命非常短。往往经过2 年至3 年，压缩机就会出现故障甚至报废。经过调查后发现，其原因是由于部分生产厂家在热泵热水器系统中使用的是普通的空调压缩机。由于热泵热水器的工作工况相比空调具有全年运行、吸排气压力高等问题，使用普通的空调压缩机很难满足制热水工况的要求，从而造成压缩机长期在高负荷下工作，进而导致故障的发生。表1 展示了热泵热水器和空调工况的区别。

尤其是在冬季工作时，热泵热水器系统的工作情况相对恶劣。当压缩机本体特别是底部温度低于冷凝温度，即压缩机底部过热不足时，排出的气态制冷剂会在压缩机本体内冷凝，液态制冷剂沉积在压缩机底部并被吸入泵体进入各摩擦副，导致压缩机的全面磨耗与润滑条件恶化，压缩机容易产生咬缸等恶性事故，对压缩机的使用寿命有较大的影响。热泵热水器系统与空调系统压缩机的工作范围如图2 所示。

由此可见，若在热泵热水器系统中使用普通的空调压缩机则一定会造成压缩机故障频发、寿命变短等现象。

表1 热泵热水器与空调工况的区别

图2 空调系统与热泵热水器系统压缩机工作范围

3 常用制冷剂即将被替代

对主要热泵热水器生产商的调研结果来看，目前国内绝大部分热泵热水器产品中使用的制冷剂为R22。R22 本身的性质比较优秀，且价格低廉，在空调等制冷设备中都有广泛应用。由于R22 本身ODP 值不为0，为臭氧层消耗物质，且GWP 值较高，温室效应较强，根据《蒙特利尔议定书》[9]的相关要求，我国已经开始着手对R22 进行淘汰。具体要求是在2013 年1 月1 日将含氢氯氟烃的生产和使用冻结在2009 至2010 年两年平均水平，对R22实施定额配给；2015 年再在冻结水平上削减10%，2030 年实现除维修和特殊用途外的完全淘汰。

对此，国内许多厂家还没有找到R22 的良好替代品。尽管可以使用R410a、R407c 等混合制冷剂进行替代，但由于这些制冷剂相对于R22价格较高，将会对热泵热水器生产商造成一定的冲击。

4 结论

1)自行业发展以来，热泵热水器产品中铜内盘管的腐蚀现象多发。究其原因，主要是由于我国水质较差，水中余氯较高，本身对铜质管材容易产生腐蚀；加之部分厂商在生产过程中对于铜管的处理工艺没有掌握成熟，使得内盘管换热器出现大量腐蚀现象。

2)热泵热水器系统中不可以使用空调压缩机。若使用空调压缩机，则由于系统工况区别，会造成压缩机寿命变短、故障频发等现象。

[1]汪南,朱冬生.家用热泵热水器的研究及发展趋势[J].日用电器,2006(11):46-52.

[2]叶金伟.关于空气源热泵热水器技术及其应用的综述[J].给水排水,2009,35(z2):254-257.

[3]单尚礼,王丹丹,王瑞祥.目前空气源热泵热水系统的一些研究进展[J].家电科技,2006(12):46-54.

[4]刘荣,陶乐仁,高立博,等.小型空气源热泵热水机组实验研究[J].低温与超导,2011,39(2):64-67.

[5]郭蓓,彭学院,邢子文.二氧化碳热泵热水器系统及压缩机的研发现状[J].家电科技,2005(9):42-44.

[6]沈鹰尔.国内外关于铜管的腐蚀研究及对策[J].给水排水技术动态,2004(1):23-25.

[7]姚伟,何耀祖,姜也为.空调用铜管穿孔失效分析[J].理化检验-物理分册,2004,40(9):471-473

[8]张秀利,王建峰.冷拉铜管材应力腐蚀倾向研究[J].有色金属加工,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.