燃气热水器技术发展趋势（能效篇）

行至2020年，燃气热水器行业已经踏上由大到强的发展道路。其中，把握技术发展趋势至关重要。纵观全球燃气热水器行业的发展，笔者认为，未来的技术发展或将主要从能效（通过燃气利用方式的转变，实现对低碳社会建设的贡献）、联网（利用物联网等信息技术手段，适应社会的变化）、智能（利用智能技术，完善产品自身的功能）、体验（利用各种技术手段，进一步改善用户的产品使用体验）四大方向延展开来。

本篇为能效篇，电器微刊（ID：dianqiweikan）后续将继续发布联网、智能、体验的相关内容，敬请期待。

从热力学角度来看，即使采用回收烟气中水蒸气的潜热，燃气热水器能源利用效率的提高空间也已经不多。于是，转变能源方式就成为燃气热水器提高能源利用效率的重要途径。

目前，在家用燃气利用领域，燃气梯级利用的方式主要有两条技术路线。一是热电联产，利用燃气发电，将发电过程中产生的热量加以利用；二是多种热源组合利用，将燃气加热手段作为后备。前者属于较为复杂的燃气利用方式，将其纳入燃气热水器的领域不太合适；后者仍属于热水加热领域，将其作为燃气热水器的延伸比较合理。

以往在空调、热泵行业以及太阳能热利用行业，燃气加热手段会作为配套部件出现。而近年来，情况发生了很大的变化，热泵、太阳能集热器更多地成为燃气热水器的配套部件。无论如何，相对于空气源热泵以及太阳能集热器的加热性能，燃气加热的突出优势是运行不受环境变化的影响，而且对热负荷响应快，从而可以保证用户能够得到良好的使用体验，客观上促进了空气源热泵和太阳能集热器的市场的发展。

2020年4月，能率在日本开始销售新一代名为ユコアHYBRID-S（ECO HYBRID-S）的燃气—热泵组合式热水器。ユコアHYBRID（ECO HYBRID）系列产品自2013年开始进入日本市场，ECO HYBRID-S的特点是价格有所下调，更多地考虑了产品的安装和可操作性，同时热泵单元采用100V插座。此外，该产品还具备语音控制功能。

能率的ECO HYBRID系列产品曾在2017年获得日本节能中心大奖。与燃气热水器相比，该组合式热水器通过结合冷凝式燃气热水器和热泵热水器的优点，将热水供应和保温的全生命周期综合一次能耗降低约40%。这种组合式热水器的节能性主要体现在两个方面。一方面，利用空气源热泵在环境温度较高时的高运行效率，以及输出温度较低的热水时效率较高的优势，即使用水温度较高，也可以分两段加热，加热温度较低的加热过程利用热泵，温度较高的加热过程利用燃气热水器；另一方面，利用控制手段，通过自学习预测热水需求的温度和用水量，合理设定两种热源装置的运行状态，降低运行能耗。在非沐浴时段，尽可能降低水箱储存的热水温度。实际上，厨房所需的热水温度通常较低，46℃以下就可以满足需求，而且相应时段的环境温度较高，合理调整热源装置的运行参数，可以显著降低保温过程的热损失，同时充分利用空气源热泵在加热较低温度热水时效率较高的优势。能率公司的ECO HYBRID配套的空气源热泵所使用的制冷剂是R290（丙烷），是目前环境影响特性最优的天然制冷剂之一。此外，ECO HYBRID在防灾措施方面，还配备了与太阳能光伏系统连接，以及连接应急内燃发电机的接口和运行模式。

2019年12月，林内开始在日本销售具备光伏发电功能的燃气—热泵组合式热水器ECO ONE SOLAR。该产品与林内公司2010年开始销售的ECO ONE燃气—热泵组合式热水器之间最大的差异，是新增了部分防灾功能。ECO ONE SOLAR配备的太阳能光伏发电装置，除了满足燃气热水器的供电需求之外，还能兼顾发生灾害时冰箱和浴室、卫生间的用电需求。考虑到冰箱在日间有相对稳定的电力需求，所以平时太阳光伏系统主要向冰箱供电，避免光伏发电装置运行导致电力过剩。在发生电力供应中断时，太阳能光伏电池和蓄电池一般可以维持燃气热水器、冰箱和浴室、卫生间的用电需求，即使发生燃气供应中断或供水中断的情况，储水箱内的存水依然可以在一定程度上缓解灾害产生的不良影响。此外，该产品还具备与应急燃气发电机进行热电联产运行的功能，当燃气发电机组发电运行时，发电过程产生的余热用于加热生活热水，可显著提高能源的利用效率。

另一种具有代表性的产品是太阳能—燃气热水器SOLAMO，这是日本东京燃气公司在2010年开始销售的组合式燃气热水器。SOLAMO的主要特点是将燃气热水器作为后备热源，优先利用太阳能加热，当太阳能加热量不足时，燃气热水器开始补充加热量。该系列产品包括仅供生活热水的型号，以及可以供暖和供生活热水的型号。SOLAMO的控制系统具备能量可视化功能，可以显示太阳能的利用状态以及消耗的燃气和电力。这些信息以及用户的热水使用规律信息，可以成为优化运行热水器的依据，从而达到获得良好舒适性和减少燃气和电力费用的效果。这种组合式热水器的太阳能保证率较低，在全年热水加热的热量中，太阳能保证率仅为16%以下，考虑到安装位置差异等因素的影响，实际使用的效果约为10%以上，大致上只能达到中国太阳能热水系统保证率要求的1/3左右。但是，如果从设计者角度来看，太阳能保证率达到10%的组合式热水器的节约燃气效果，已经明显突破燃气热水器的能效上限，实现了节能。同时，这样的组合式热水器在使用体验上与使用燃气热水器时所获得的较好体验基本无异。实际上，要求过高的太阳能保证率，在客观上牺牲了用户使用体验，这也许是近几年中国太阳能热水器市场大幅度下滑的原因之一。当补贴政策退出后，太阳能热水器能够被用户接受的理由，就是其技术经济竞争力，脱离实际，追求过高的太阳能保证率指标，最终导致用户放弃太阳能热水器。

SOLAMO的典型运行模式是，利用太阳能集热器加热防冻液，通过集热泵循环加热热收集回路中将热量送入储水箱中，这些热量优先用于供暖，包括作为浴室暖风机的热源，实现对浴室空气的加热和干燥，同时利用生活热水专用热交换器加热生活热水。如果太阳能集热不足，或热水、浴缸和加热所需的温度未达到要求，就利用燃气热水器快速将生活热水加热至所设定的温度。

东京燃气公司在2013年秋季竣工的国领阿尔法公寓安装了58套SOLAMO，这些产品具备供暖和生活热水加热功能，太阳能集热器为阳台护栏一体式结构，垂直安装在阳台上代替护栏。大阪燃气公司的SOLAMO示范项目则安装在旭化成建筑技术研究所示范大楼，该项目太阳能集热器采用屋顶安装方式，为具备供暖和生活热水加热功能的型号。

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