威乐高效水泵解决方案助力热泵行业绿色发展
来源：Wilo威乐水泵2024-02-21
1月15日-17日，HAPE2024热泵与空调配件配套采购节盛大召开。期间举办了“热泵产业高质量发展论坛”，威乐中国高级技术工程师饶灏儒进行了《高效水泵解决方案助力热泵行业绿色发展》主题分享。
威乐中国高级技术工程师饶灏儒
以下为演讲实录
各位热泵行业同仁，大家好，今天我跟大家分享的主题是《威乐高效水泵解决方案助力热泵行业绿色发展》。
先来看一下中国热泵市场的一些发展数据，右图是2020年-2023年空气源热泵户式零售市场增长率对比。可以看出，天氟地水从12.6亿元增长到了31.2亿元，户式水机从23.1亿元增长到了56.2亿元，两者的年复合增长率都在30%以上。左图是2023年上半年空气源热泵细分市场规模，户式水机的增长率是56.3%，遥遥领先于家用热水、商用热水和工程采暖的增速。
接下来是国内热泵两联供机组的主要形式，左图是天水地水的全水系统，风机盘管和地暖共用一台水泵，水阻大，要求水泵的扬程也相对较高。右图是天氟地水，水泵只在换热模块里做地暖的水循环，水阻小，对水泵的扬程需求也比较低。虽然两者在水泵扬程需求上有一些差别，但是两者普及所面临的挑战是比较一致的。
我们再来看热泵两联供机组都面临了哪些挑战？首先是我国南北气候跨度大，南方地区夏季温度高，在机组的密闭箱体里面可以达到60℃-70℃；北方地区冬季温度低，最冷可以达到-30℃以下，需要添加防冻液防止水在系统里冻结，由于市场上的防冻液品牌较多，品质差别大，因此对水泵的耐受能力要求也很高。
其次还有机组规格紧凑的要求，国标要求民用建筑突出的空调外机位深度要小于600毫米，因此空调主机会越做越薄，一般会要求小于400毫米，这也同时要求内置水泵尺寸要足够小。还有水质导致的卡泵问题，尤其是屏蔽泵，卡泵问题会比较明显；另外还有新型冷媒防爆需求，R32和R290冷媒，对水泵的防爆要求会越来越高。
威乐会有哪些产品来应对这些挑战？威乐Wilo-Para和Wilo-Para MAXO系列水泵，两者结合扬程可以从4米到11米，最大流量11m³/h，基本上可以满足家用热泵20kW以下的水泵需求。控制模式方面可以选择手动控制版本，也可选择外部信号控制版本。水泵可以和主机有更多的数据互通，流量扬程的调节也可以更加精细，能实时获取水泵的运行状态和故障信息。
另外我们看一下定速水泵和变频水泵在相同的系统里，有哪些不同的表现。在末端的热量/冷量需求下降时，末端阀门会进行关闭，系统流量减少，水阻减小，理想状态下是水泵的流量、扬程和功率都降低，但是对定速水泵来说工作点只是从Q1变成了Q2，流量减小但是扬程增加，因为功率变化不大，所以水泵的噪音并没有明显减少，也会产生不必要的能源浪费。
假设我们将定频水泵换为变频水泵，水泵可以根据水路系统实际分布情况选择不同的模式，比如定压差或变压差模式，水泵会一直都处于最合适的运行状态，可以达到最大的节能效果，这就是变频水泵的运行模式节能。
Wilo-Para MAXO系列高效泵节能的另一个因素是采用了永磁同步电机，转子采用永磁体，没有转差率，同时永磁同步电机的效率相对更高，运行范围更加宽广，部分负荷下对比异步电动机会有更好的节能效果。
下面是威乐高效水泵的实测案例，是一个比较典型的住宅项目，面积是102㎡，选用了一台14.5kW的两联供机组，水泵形式是一次泵，前期原装水泵定频运行（550W），后期更换为威乐变频泵（最大功率140W）。
实测结果显示，原装水泵运行能耗占比高，平均占比达到了惊人的21.7%，更换成变频水泵占比降到了6.9%。更换水泵的投资回报期约9个月。其节能效果巨大的原因一是原装水泵的保险系数比较大，为了覆盖更多的户型选型过大、功率高。二是变频水泵在低流量时可以变速控制，配置的永磁同步电机，确保在部分负荷下效率更高。
如果水泵能跟主机联动控制，在部分负荷下水泵能耗可以得到进一步的降低。左图就是IPWM控制方式，主板可以通过占空比来控制水泵的转速，水泵也可以把流量和转速反馈给主机。需要反馈更多信息也可以采用右侧这种LIN总线通信方式，可以将更多的水泵信息如转速、功率、失效模式、电流等反馈给主机，主机可以通过这些信息对整个系统进行更加精确的控制。
水系统在整个热泵系统里的应用条件是相对比较恶劣的，因为水里含有各种杂质，北方区域水质相对较硬，且冬季水里还会补充添加剂，加上一些系统的密闭性不是特别好，就会造成氧气侵入，导致水泵的卡转。威乐Wilo-Para MAXO系列水泵具有卓越的防卡转功能，当发现水泵的转子被卡住时，会在30分钟内启动340次，通过加大扭距的方式来转通水泵。
考虑到水泵在终端现场的各种工况，威乐对水泵做了很多非常严苛的测试，比如可靠性测试，包括几十万次的水锤循环、压力循环、热冲击；电气性能方面验证了PCB（软件和硬件）、水泵与CCU的兼容性；应用测试方面验证了应用系统内的泵集成。经过各种测试以后，威乐才会把品质过硬的水泵产品推向市场。
未来冷媒的发展方向大家也都比较清楚，臭氧消耗潜值（ODP）和全球变暖潜值（GWP）较低的冷媒一定是未来的发展方向，欧洲市场已经转向R290冷媒，但R290作为易燃性更强的冷媒给热泵也带来了新的挑战。
威乐 Wilo-Para和Wilo-Para MAXO R系列产品可以很好的应用在R290的使用环境中。在变频水泵的PCB板上有很多电子元器件，如果出现火花，将会对泄漏的可燃性冷媒产生潜在的爆炸风险，Wilo-Para和Wilo-Para MAXO R产品已经通过了IEC 60335-2-40的评估，通过对电子元器件封装保护以避免潜在风险的发生。
另外，对于上述识别出的挑战威乐也给出了合适的解决方案，如针对南北气候跨度大，威乐做了相应的测试，Wilo-Para和Wilo-Para MAXO水泵可以在环境温度-30℃到70℃的范围内运行，兼容最高50%的乙二醇；噪音方面实测只有40分贝以下，即便安装在室内的换热模块也可以满足很好的舒适性；针对水质差的问题威乐水泵有防卡转功能；针对新型环保冷媒，威乐有对应的Wilo-Para和Wilo-Para MAXO R产品可以应对。
除产品以外威乐还可以为客户提供很多附加价值，威乐OEM业务板块已经成为威乐集团全球战略业务单元，专业的应用专家团队可在产品全开发流程中提供各种技术支持。比如水泵相关性的测试、与客户的联合测试等。此外，威乐还可以提供日常的业务支持，包括培训、样机和市场信息分享等。
通过提供的应用于热泵系统的水泵解决方案加深了威乐和全球众多知名冷暖主机厂商的合作。
作为全球领先的优质水泵及水泵系统供应商，我们的产品和解决方案广泛应用于建筑服务、水务管理和工业领域中。威乐，让每一滴水更有价值！
扫码关注暖通制冷空调杂志官方微信公众平台
(微信号：hvrac200561）关注最新行业资讯！
