本文是《中國熱回收技術應用及市場發展藍皮書(2023)》系列的第二篇，該系列共分為兩期，本篇為最后一篇。

 

　　1、需求的底層邏輯

　　1824年，法國青年工程師卡諾研究了一種理想熱機的效率，這種熱機的循環過程叫做“卡諾循環”。這是一種特殊的，又是非常重要的循環，因為采用這種循環的熱機效率最大。而逆卡諾循環就是與卡諾循環相反的循環，是制冷理論的理論基礎。

壓焓圖

 

　　理想制冷循環應為逆卡諾循環，但實際上逆卡諾循環是無法實現的，作為評價實際制冷循環完善程度的指標。從逆卡諾循環可以看到，壓縮機在制取“冷量”的同時也在散發“熱量”，如果能夠把熱量利用起來，則可以大大提高制冷機組的能源利用率，節約冷卻系統的能耗。

 

　　節能是目的，方法可以是提高制冷機循環的熱力完善度，無限接近理論上的逆卡諾循環；也可以是將輸出的所有能量加以利用，做到“事半功倍”。

 

　　在用戶實際的應用場景中本就存在兩種能量需求，只是體現形式和載體不同，水、空氣、氟、某種溶液等等都可能是其中的載體。所以熱回收技術誕生的意義就是利用制冷設備作為溫度這一能量指標的分配統籌者，分配給不同應用場景。當然，如何將其更好融入到更多的場景中，也是制造企業需要直面的問題。

 

　　在能源結構轉型、雙碳戰略的大背景下，具備節能、環保、節約運行費用特點的熱回收技術應用，無疑具有重大的現實意義和較高的社會效益。 

 

　　同樣基于逆卡諾循環的熱回收技術的原理簡單，難的是在實際應用場景中，系統的設計會比常規產品更復雜。這在實際的項目應用中對設計院提出了極高的要求，比如負荷的波動、溫度的精度設置、水溫的控制，以及整個系統高低負荷之間的轉換，熱水能否及時供應等等都是需要克服的問題。要保證機組的制冷、制熱性能不受影響，自動控制的性能至關重要，比如在串聯連接的熱回收機組中，為了不因為熱回收而影響冷凝效果，可在冷卻水管路中增加一個水量調節閥或電動調節閥，根據冷凝器中制冷劑的溫度或壓力控制閥門的開度大小，進而控制冷卻水的流量。

 

　　不僅如此，該技術目前主要面臨的挑戰還有整體匹配優化難度較大的問題。熱回收技術作為空調制冷的附屬產品，只在有冷負荷的時候才會有熱回收，因此當冷負荷與熱回收不匹配的時候，熱回收技術利用效率就會大打折扣。所以，為了實現時間和空間上的匹配，在具體應用場景中需要進一步的研究。

 

　　基于以上判斷，就熱回收技術未來的迭代方向來看，未來部分熱回收和全熱回收技術都會被逐步替代，因為這兩個技術領域都需要依托于主機運行。一旦制冷主機不開，附加可回收的熱量也不復存在。所以，這兩種方法只能作為熱量的補充，而不能成為主力。相反，在熱回收技術基礎上，用以補充熱量且對于冷、熱、熱水的使用更為靈活的四管制技術，未來的發展前景則會更為廣泛，會成為此技術革新的主流方向。與此同時，區別于當下以模塊機、風冷螺桿、直膨機為主要載體的方式，未來也會有更多的產品應用熱回收技術。

 

　　所以，熱回收技術未來的發展可以用“高效化”“可調節性”“智能化”“功能部件化”等關鍵詞進行總結。“高效”指的就是讓熱回收率可達到95%以上。“可調節”則是指“變頻0-100%"調節冷或熱的輸出能力。“智能化”其實就是解決目前面臨的時間與空間不匹配的挑戰，實現不僅能即回收即用，也要能將熱回收儲存，等需要的時候進行利用。同時，跟電網、熱電聯產等能夠實現聯動，確保熱回收技術的智能化。而“功能部件化”則是指熱回收技術能夠成為某個場景或設備中的一部分，集成到更多的整體設備中，實現能耗的優化和熱量的按需供給。

 

　　3、市場應用場景展望

　　江億院士在2021年制冷展主題報告《中國能源的低碳轉型》中提到，建筑運行的低碳路徑中，建筑取暖應由燃煤燃氣鍋爐改為熱泵采暖，生活熱水改為電動熱泵；廣泛應用熱泵技術，特別是空氣源熱泵技術，用來提供建筑供暖制備生活熱水；同時結合低溫供暖和熱回收等技術同步應用。與此同時，部分城市即將針對該技術產品推出的補貼政策等等，都將助推熱回收技術未來贏得更為廣闊的發展前景。

 

　　事實上，暖通空調行業的產品技術應用規律往往是，優先應用到最先進技術的一定是購買力最強且需求最旺盛的行業，熱回收技術也不例外。作為一個標準化產品的定制化功能，熱回收技術需要滿足的則是定制化場景的需求，截止目前，其已然覆蓋了以家用、商業、工業、醫療衛生、數據中心等主要應用的場景。為此，以下將按照技術應用的邏輯，就其中幾個典型的應用場景的發展方向予以解讀：

 

　　1、常規市場，前景可期 

　　(1) 商業場景

　　目前，熱回收技術產品應用最為廣泛的場景就是在以酒店、大型場館等為代表的，常年需要中央空調系統和24小時熱水的商用場所，用以替代以往冷、熱源分別設置，以冷水機組提供冷源、蒸汽或熱水鍋爐提供熱源的方式。眾所周知，冷水機組在運行時要通過冷卻水系統排出大量的冷凝熱，在制冷工況下運行，冷凝熱可達制冷量的1.15-1.3倍，利用熱回收技術回收這部分中央空調冷凝熱輸出65℃的熱水，會是一條變廢為寶的節能途徑，所以搭載著熱回收技術的產品在當下的商用場景中備受歡迎。

 

　　可以預見的是，未來商業場所一定仍是熱回收技術應用領域中最為常見的場景，甚至伴隨著參與其中制造企業數量的增多，技術的革新、效率的提升，以及相關領域甲方/用戶對該技術產品認知度的提升，未來商用場景市場的應用或將被全面激活。搭載熱回收技術的產品不僅會在新建的商業場所中得到更為廣泛和全面地應用，與此同時，老舊項目的節能改造中，也會更多地考慮此類產品。

 

　　(2)工業場景

　　隨著眾多制造企業的技術迭代、對場景和市場需求的深挖，以及國家政策的積極導向，越來越多的工藝性場合也在逐步應用搭載了熱回收技術的產品，比如電子凈化領域、冷凍行業等等，這些場合都存在廢熱再利用的需求。熱回收技術不但可以替代傳統加熱設備來制取熱水，降低能源消耗和運行費用，最重要的是可以減少向大氣中排放的廢熱，減輕環境的熱污染，對工業的和諧科學發展意義重大。

　　以部分精密加工的制造工廠為例，其中的機床清洗就需要用到高溫熱水，而在雙碳戰略的持續推進和節能減排的發展趨勢引導下，類似的項目也在考慮以熱回收產品改造替代以往的設備，而這就將會是未來的熱點市場。當然，熱回收產品提供的熱水溫度和用水量是否能夠達到項目要求，同樣也將成為未來各工業項目重點考量的因素。甚至在工業余熱、廢熱領域，諸如發電廠、工業廢水、余熱等，如果將其與中央空調相結合，實現工業余熱與空調熱回收技術之間的聯動，未來的市場也將大有可為。

 

　　(3)家用場景

　　根據目前中國建筑氣候區劃分和全國集中供暖區域分布，生活熱水和空調制冷是全國各區域的剛需 ( 除溫和地區空調制冷需求相對較低)。南方夏熱冬暖地區及溫和地區冬季空調制熱需求較低，但全年需生活熱水，北方的寒冷地區和嚴寒地區雖然均有集中供暖，冬季無空調制熱需求，但全年也需生活熱水。如果能在生活場景中使用相關的熱能收集裝置對室內的熱量和室外機運行時的散熱進行收集，將其進行制熱存水處理，就能達到對水資源的制熱，最大化地實現其功能，以服務于居民的日常生活。而在實際運用的時候，也可以依靠熱循環系統探索節能的方式方法，在能量守恒的前提下實現循環系統中的能量最小損失，進而達到節約能源的目的。

 

　　事實上，目前行業中已有部分制造企業積極地在其中探索，并推出以熱泵兩聯供(制冷+熱水)為代表的系統，在最適合的夏熱冬暖區域進行試點。當然，這其中此類制造企業還需要攻克諸如水溫、水量、多點用水等難題，甚至需要配備一定容量的蓄熱水槽，以及部分輔助熱源等等，來保障設備運行的穩定性。當以上痛點均被攻克，更多制造企業積極參與推廣，以及更多適用地區的用戶對此類產品的認知度逐步提升，同樣也將是熱回收技術應用前景無限的市場之一。此外，值得一提的是，廚房排煙也屬于廢熱，也可以被再次利用，如果能攻克這一領域，也將會獲得非常大的市場空間。 

 

　　除了上述的場景外，立足于區域視角，統籌協調能源的分配，并且根據項目的具體特征，考慮熱回收技術的發展或許也將是未來值得探索的方向之一。以當下熱門的數據中心為例，未來也或將成為熱回收技術的應用場景之一。一方面目前國家的“東數西算”政策對數據中心是一大利好，另外，邊遠地區的氣候條件也比較適合提高能源的利用。事實上，作為常年需要制冷的數據中心，是否可以與常年需要供熱的場所“比鄰而居”，減少能源的浪費呢？比如，計算機房產生的大量熱量是不是可以轉換成熱能供給畜牧業使用等等。盡管這樣的案例需要具備的客觀條件比較多，但不可否認的是，會成為未來的發展趨勢之一。

 

　　在儲能?蓄能領域的探索或許也能為熱回收技術打開新的思路。比如，能否將回收且短期并不會使用的“熱”，儲存起來，等需要的時候再進行應用。在家用場景中，生活熱水的供給其實就是這類方向的探索，但目前技術并未完善，僅靠水箱設備的保溫性能和回收熱量的循環運轉來實現，無法應用于大型項目場景中。未來若能攻克這一領域，或將成為熱回收技術發展史上重要的里程碑事件。

 

　　此外，在某些需要更高水溫的場合，與同為節能技術的熱泵技術相結合，同樣也能成為低碳節能的新應用，從而助力碳達峰、碳中和目標的實現。“雙碳”戰略背景下，熱泵作為一種高效、清潔、低碳的供熱方式，被廣泛應用于各個領域，所以在供暖制冷和熱水供應中，熱泵與熱回收技術的配合，或將能夠對提高水溫控制精度、環境潔凈度、產品質量以及節能增效等方面發揮重大作用。 

 

　　[1]主編：彥啟森，副主編：申江，石文星。制冷技術及其應用(第 1 版). 中國建筑工業出版社

　　[2]主編：吳業正。小型制冷裝置設計指導(第1 版). 機械工業出版社

　　[3] 劉昌豐，于志強。熱回收技術在工業制冷系統中的應用 [J]. 制冷與空調，2013 (09) 13-17 +27

　　[4] 2010，夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準 [S]

　　[5] GB 50189 - 2015，公共建筑節能設計標準 [S]

　　[6] 陸耀慶。實用供熱空調設計手冊 [M]. 北京 : 中國建筑工業出版社，1993

　　[7] 孫一堅。簡明通風設計手冊 [M]. 北京： 中國建筑工業出版社，1998

　　[8] 電子工業部第十設計研究院 . 空氣調節設計手冊[M]. 第 2 版 . 北京：中國建筑工業出社，1995

　　[9] 廣州市城市規劃勘測設計研究院院副總工 劉漢華 《醫院暖通空調節能設計及案例》

　　[10] GB 50736 - 2012

　　[11] GB 50333 - 2013

　　[12] DA/T 87 - 2021

　　[13] GB 55015 - 2021