【热回收蓝皮书】热回收应用及市场发展前瞻

　　本文是《中国热回收技术应用及市场发展蓝皮书(2023)》系列的第二篇，该系列共分为两期，本篇为最后一篇。

 

　　1、需求的底层逻辑

　　1824年，法国青年工程师卡诺研究了一种理想热机的效率，这种热机的循环过程叫做“卡诺循环”。这是一种特殊的，又是非常重要的循环，因为采用这种循环的热机效率最大。而逆卡诺循环就是与卡诺循环相反的循环，是制冷理论的理论基础。

压焓图

 

　　理想制冷循环应为逆卡诺循环，但实际上逆卡诺循环是无法实现的，作为评价实际制冷循环完善程度的指标。从逆卡诺循环可以看到，压缩机在制取“冷量”的同时也在散发“热量”，如果能够把热量利用起来，则可以大大提高制冷机组的能源利用率，节约冷却系统的能耗。

 

　　节能是目的，方法可以是提高制冷机循环的热力完善度，无限接近理论上的逆卡诺循环；也可以是将输出的所有能量加以利用，做到“事半功倍”。

 

　　在用户实际的应用场景中本就存在两种能量需求，只是体现形式和载体不同，水、空气、氟、某种溶液等等都可能是其中的载体。所以热回收技术诞生的意义就是利用制冷设备作为温度这一能量指标的分配统筹者，分配给不同应用场景。当然，如何将其更好融入到更多的场景中，也是制造企业需要直面的问题。

 

　　在能源结构转型、双碳战略的大背景下，具备节能、环保、节约运行费用特点的热回收技术应用，无疑具有重大的现实意义和较高的社会效益。 

 

　　同样基于逆卡诺循环的热回收技术的原理简单，难的是在实际应用场景中，系统的设计会比常规产品更复杂。这在实际的项目应用中对设计院提出了极高的要求，比如负荷的波动、温度的精度设置、水温的控制，以及整个系统高低负荷之间的转换，热水能否及时供应等等都是需要克服的问题。要保证机组的制冷、制热性能不受影响，自动控制的性能至关重要，比如在串联连接的热回收机组中，为了不因为热回收而影响冷凝效果，可在冷却水管路中增加一个水量调节阀或电动调节阀，根据冷凝器中制冷剂的温度或压力控制阀门的开度大小，进而控制冷却水的流量。

 

　　不仅如此，该技术目前主要面临的挑战还有整体匹配优化难度较大的问题。热回收技术作为空调制冷的附属产品，只在有冷负荷的时候才会有热回收，因此当冷负荷与热回收不匹配的时候，热回收技术利用效率就会大打折扣。所以，为了实现时间和空间上的匹配，在具体应用场景中需要进一步的研究。

 

　　基于以上判断，就热回收技术未来的迭代方向来看，未来部分热回收和全热回收技术都会被逐步替代，因为这两个技术领域都需要依托于主机运行。一旦制冷主机不开，附加可回收的热量也不复存在。所以，这两种方法只能作为热量的补充，而不能成为主力。相反，在热回收技术基础上，用以补充热量且对于冷、热、热水的使用更为灵活的四管制技术，未来的发展前景则会更为广泛，会成为此技术革新的主流方向。与此同时，区别于当下以模块机、风冷螺杆、直膨机为主要载体的方式，未来也会有更多的产品应用热回收技术。

 

　　所以，热回收技术未来的发展可以用“高效化”“可调节性”“智能化”“功能部件化”等关键词进行总结。“高效”指的就是让热回收率可达到95%以上。“可调节”则是指“变频0-100%"调节冷或热的输出能力。“智能化”其实就是解决目前面临的时间与空间不匹配的挑战，实现不仅能即回收即用，也要能将热回收储存，等需要的时候进行利用。同时，跟电网、热电联产等能够实现联动，确保热回收技术的智能化。而“功能部件化”则是指热回收技术能够成为某个场景或设备中的一部分，集成到更多的整体设备中，实现能耗的优化和热量的按需供给。

 

　　3、市场应用场景展望

　　江亿院士在2021年制冷展主题报告《中国能源的低碳转型》中提到，建筑运行的低碳路径中，建筑取暖应由燃煤燃气锅炉改为热泵采暖，生活热水改为电动热泵；广泛应用热泵技术，特别是空气源热泵技术，用来提供建筑供暖制备生活热水；同时结合低温供暖和热回收等技术同步应用。与此同时，部分城市即将针对该技术产品推出的补贴政策等等，都将助推热回收技术未来赢得更为广阔的发展前景。

 

　　事实上，暖通空调行业的产品技术应用规律往往是，优先应用到最先进技术的一定是购买力最强且需求最旺盛的行业，热回收技术也不例外。作为一个标准化产品的定制化功能，热回收技术需要满足的则是定制化场景的需求，截止目前，其已然覆盖了以家用、商业、工业、医疗卫生、数据中心等主要应用的场景。为此，以下将按照技术应用的逻辑，就其中几个典型的应用场景的发展方向予以解读：

 

　　1、常规市场，前景可期 

　　(1) 商业场景

　　目前，热回收技术产品应用最为广泛的场景就是在以酒店、大型场馆等为代表的，常年需要中央空调系统和24小时热水的商用场所，用以替代以往冷、热源分别设置，以冷水机组提供冷源、蒸汽或热水锅炉提供热源的方式。众所周知，冷水机组在运行时要通过冷却水系统排出大量的冷凝热，在制冷工况下运行，冷凝热可达制冷量的1.15-1.3倍，利用热回收技术回收这部分中央空调冷凝热输出65℃的热水，会是一条变废为宝的节能途径，所以搭载着热回收技术的产品在当下的商用场景中备受欢迎。

 

　　可以预见的是，未来商业场所一定仍是热回收技术应用领域中最为常见的场景，甚至伴随着参与其中制造企业数量的增多，技术的革新、效率的提升，以及相关领域甲方/用户对该技术产品认知度的提升，未来商用场景市场的应用或将被全面激活。搭载热回收技术的产品不仅会在新建的商业场所中得到更为广泛和全面地应用，与此同时，老旧项目的节能改造中，也会更多地考虑此类产品。

 

　　(2)工业场景

　　随着众多制造企业的技术迭代、对场景和市场需求的深挖，以及国家政策的积极导向，越来越多的工艺性场合也在逐步应用搭载了热回收技术的产品，比如电子净化领域、冷冻行业等等，这些场合都存在废热再利用的需求。热回收技术不但可以替代传统加热设备来制取热水，降低能源消耗和运行费用，最重要的是可以减少向大气中排放的废热，减轻环境的热污染，对工业的和谐科学发展意义重大。

　　以部分精密加工的制造工厂为例，其中的机床清洗就需要用到高温热水，而在双碳战略的持续推进和节能减排的发展趋势引导下，类似的项目也在考虑以热回收产品改造替代以往的设备，而这就将会是未来的热点市场。当然，热回收产品提供的热水温度和用水量是否能够达到项目要求，同样也将成为未来各工业项目重点考量的因素。甚至在工业余热、废热领域，诸如发电厂、工业废水、余热等，如果将其与中央空调相结合，实现工业余热与空调热回收技术之间的联动，未来的市场也将大有可为。

 

　　(3)家用场景

　　根据目前中国建筑气候区划分和全国集中供暖区域分布，生活热水和空调制冷是全国各区域的刚需 ( 除温和地区空调制冷需求相对较低)。南方夏热冬暖地区及温和地区冬季空调制热需求较低，但全年需生活热水，北方的寒冷地区和严寒地区虽然均有集中供暖，冬季无空调制热需求，但全年也需生活热水。如果能在生活场景中使用相关的热能收集装置对室内的热量和室外机运行时的散热进行收集，将其进行制热存水处理，就能达到对水资源的制热，最大化地实现其功能，以服务于居民的日常生活。而在实际运用的时候，也可以依靠热循环系统探索节能的方式方法，在能量守恒的前提下实现循环系统中的能量最小损失，进而达到节约能源的目的。

 

　　事实上，目前行业中已有部分制造企业积极地在其中探索，并推出以热泵两联供(制冷+热水)为代表的系统，在最适合的夏热冬暖区域进行试点。当然，这其中此类制造企业还需要攻克诸如水温、水量、多点用水等难题，甚至需要配备一定容量的蓄热水槽，以及部分辅助热源等等，来保障设备运行的稳定性。当以上痛点均被攻克，更多制造企业积极参与推广，以及更多适用地区的用户对此类产品的认知度逐步提升，同样也将是热回收技术应用前景无限的市场之一。此外，值得一提的是，厨房排烟也属于废热，也可以被再次利用，如果能攻克这一领域，也将会获得非常大的市场空间。 

 

　　除了上述的场景外，立足于区域视角，统筹协调能源的分配，并且根据项目的具体特征，考虑热回收技术的发展或许也将是未来值得探索的方向之一。以当下热门的数据中心为例，未来也或将成为热回收技术的应用场景之一。一方面目前国家的“东数西算”政策对数据中心是一大利好，另外，边远地区的气候条件也比较适合提高能源的利用。事实上，作为常年需要制冷的数据中心，是否可以与常年需要供热的场所“比邻而居”，减少能源的浪费呢？比如，计算机房产生的大量热量是不是可以转换成热能供给畜牧业使用等等。尽管这样的案例需要具备的客观条件比较多，但不可否认的是，会成为未来的发展趋势之一。

 

　　在储能､蓄能领域的探索或许也能为热回收技术打开新的思路。比如，能否将回收且短期并不会使用的“热”，储存起来，等需要的时候再进行应用。在家用场景中，生活热水的供给其实就是这类方向的探索，但目前技术并未完善，仅靠水箱设备的保温性能和回收热量的循环运转来实现，无法应用于大型项目场景中。未来若能攻克这一领域，或将成为热回收技术发展史上重要的里程碑事件。

 

　　此外，在某些需要更高水温的场合，与同为节能技术的热泵技术相结合，同样也能成为低碳节能的新应用，从而助力碳达峰、碳中和目标的实现。“双碳”战略背景下，热泵作为一种高效、清洁、低碳的供热方式，被广泛应用于各个领域，所以在供暖制冷和热水供应中，热泵与热回收技术的配合，或将能够对提高水温控制精度、环境洁净度、产品质量以及节能增效等方面发挥重大作用。 

 

　　[1]主编：彦启森，副主编：申江，石文星。制冷技术及其应用(第 1 版). 中国建筑工业出版社

　　[2]主编：吴业正。小型制冷装置设计指导(第1 版). 机械工业出版社

　　[3] 刘昌丰，于志强。热回收技术在工业制冷系统中的应用 [J]. 制冷与空调，2013 (09) 13-17 +27

　　[4] 2010，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 [S]

　　[5] GB 50189 - 2015，公共建筑节能设计标准 [S]

　　[6] 陆耀庆。实用供热空调设计手册 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社，1993

　　[7] 孙一坚。简明通风设计手册 [M]. 北京： 中国建筑工业出版社，1998

　　[8] 电子工业部第十设计研究院 . 空气调节设计手册[M]. 第 2 版 . 北京：中国建筑工业出社，1995

　　[9] 广州市城市规划勘测设计研究院院副总工 刘汉华 《医院暖通空调节能设计及案例》

　　[10] GB 50736 - 2012

　　[11] GB 50333 - 2013

　　[12] DA/T 87 - 2021

　　[13] GB 55015 - 2021