二氧化碳——未来家用热泵热水器（DHWHPS）的制冷剂

　　日本ECOCUTE全球领先在以二氧化碳为基础的家用热泵热水器（Domestic Hot Water Heat Pumps，以下简称DHWHPS）制造和销售领域里，日本走在世界的前列，是目前DHWHPS使用最为普及的国家。

　　日本DHWHPS发展的最大特点是其领先的技术，主要机型ECOCUTE（二氧化碳DHWHPS）外形小巧，结构精致，性能卓越。它的最大特点是在水侧以较大温升换热过程中，仍然保持较高的热力效率。额定运行温度一般可达到60℃，最高出水温度可达90℃，因此Eco Cute从开发之初就没有局限在提供家用热水的应用范围，许多产品兼具采暖应用功能。过去10多年来，日本的ECOCUTE闻名遐迩。这个被多家厂商使用的联合品牌屡创奇迹，已经安装370万台（套），年销售量在40～50万台（套）。

　　根据日本目前正在大力推进的“无气化家庭”计划，安装DHWHPS的家庭普及率要达到80%以上。另外松下等企业正在探讨新型的智能小区，建立一种新型环保城市开发业务模式，将其作为东日本大地震后的小区重建模式推进，以便进一步推进ECOCUTE的应用。

　　由于政府的支持以及众多企业的不断创新和推广，ECOCUTE日益成为家喻户晓的DHWHPS产品。目前，很多新建的小区和商用楼都把DHWHPS作为首选的家庭供热中心。日本的ECOCUTE产品已经占据了全球的技术制高点，形成了强大的竞争力。

　　ECOCUTE使用二氧化碳作为制冷剂，与欧洲以R134a作为主要制冷剂的DHWHPS形成了鲜明的对比。日本行之有效的经验告诉人们，使用二氧化碳热泵技术是DHWHPS降低成本和提高能效的最佳方案。目前欧洲正在展开有关含氟气体法规的辩论，这将最终限制氢氟碳化合物的使用，有理由期待二氧化碳DHWHPS在欧洲的兴起和发展。

　　目前，欧洲只有一些零星的推广二氧化碳DHWHPS的项目和活动，积极主动参与的厂家屈指可数。例如，日本一家名叫“三电”的制造商在法国有一个制造业基地，目前已经推出了一款二氧化碳DHWHPS，它在日本型号的基础上根据欧洲的需求重新设计而成。虽然刚刚起步，但公司的期望值很高。日本电装公司通过欧洲的Stiebel Eltro销售其二氧化碳技术，尽管它仍然是非常特殊的小众产品。三洋电气公司自从成为松下公司一部分以来，此前在欧洲推出了二氧化碳DHWHPS，虽然它的未来尚不确定。

　　欧洲需要积极行动起来

　　像日本那样积极支持并争相推出二氧化碳产品的做法，在欧洲的企业和公用事业公司里难以看到。日本电力企业通过提供研发、加强销售和促进市场营销，支持ECOCUTE市场不断发展，如东京电力公发起了声势浩大的促进“全电动家园”的活动。

　　在欧洲，夜间低价电费和政府补贴并不普遍，即使实施了也难以始终如一。而日本却完全不一样，自从在市场上推广ECOCUTE以来，夜间低电价和政府补贴全部到位，成为推动ECOCUTE市场的强大动力。

　　制造商必须投入巨资，建立二氧化碳DHWHPS服务和维护网络，而欧洲主要的热泵安装商没有经过如何处理二氧化碳的培训。二氧化碳的工作压力比氢氟碳化物更高，因此使得二氧化碳DHWHPS产品无法迅速进入市场。

　　ECOCUTE虽然功能卓越，但因其技术的垄断性和高昂的价格阻碍了其在其他国家的推广和普及。为了使二氧化碳DHWHPS在欧洲取得更好的效能，制造商还需要花钱在制造工艺方面进行必要的改动变化，以适应欧洲的气候、家庭类型和欧洲的热水需求模式。以一个有代表性的日本家庭为例，热水占了全家能源总需求的30%。而在欧洲，热水的能源需求仅占15～20%。这意味着二氧化碳DHWHPS要在欧洲发挥出最佳性能，需要在的容量、水箱大小和控制系统等方面做出调整。

　　二氧化碳是最佳制冷剂

　　对于制造商来说，在欧洲，制造商没有像日本的企业那样从政府和公用事业那儿得到始终如一的支持，因此投资优化技术的信心不如日本制造商。然而，由于欧洲对氟碳类制冷剂的限制越来越严格，最终在制冷剂的选择上必须多样化，二氧化碳是考虑制冷剂使用多元化的最佳选择。尽管这种气体不是避开监管限制的唯一制冷剂选项，但它已经被证明在日本运作良好，在欧洲的首次尝试也已经显示出理想的性能。目前面临的挑战是如何把前期成本降下来，因为工艺方面的改动和变化需要大笔的资金。然而付出的学费终究有回报，在使二氧化碳DHWHPS产品变成欧洲模式的过程中，欧洲制造商将学到宝贵的经验，为将来企业的发展奠定坚实的基础。

　　由于技术水平的局限，采用二氧化碳跨临界循环的空调系统在制冷运行状态下，热力效率一般低于采用氟碳类制冷剂的常规系统，充其量只能与目前使用R410A制冷剂的常规空调系统相当。不过，制冷过程的热力效率不是影响二氧化碳空调竞争力的决定性因素，在制热运行条件下，尤其是在环境温度较低和需要较高出水温度的制热运行条件下，二氧化碳空调具有明显优势。日本和欧盟广大地区的气候条件决定了一般住宅全年的采暖热负荷为空调冷负荷的5~10倍，所以跨临界二氧化碳空调机组的技术竞争优势显而易见。

　　二氧化碳跨临界循环技术具有广泛的适应性，可以应用于空调、家用冰箱、商用冷冻冷藏柜等制冷及热泵产品，打破多年来形成的某个牌号制冷剂只能在一个有限温度区间使用的格局，能够满足从低温冷冻到高温热泵多种制冷及热泵系统的应用要求。而且能够在安全、环保以及热工性能方面全面超越二氧化碳的热泵制冷剂，在未来几年内尚难以找到，因此，二氧化碳跨临界循环技术成为事实上的热泵技术主要发展方向之一。

　　文/卢卡斯·伯格曼 琳赛·萨格登

　　本刊特约翻译 李忠东编译自www.delta-ee.com