烟台科技项目启动 金潮新材获科技竞技奖 ——地源热泵系统U型地下换热器创新研发侧记

 公司新闻    |      2020-05-28

20204月,金潮新材公司荣获2020年度烟台市科技型中小企业创新竞技行动——新能源与节能组领域一等奖,成为招远市4个入围“2020年度烟台市创新驱动发展专项计划”中的企业之一。

为了推动烟台科技创新发展,促进企业关键技术突破和科技成果转化产业化,提高企业科技创新能力和水平,烟台市科技局加大了对科技型企业科技创新工作的引导和支持力度,并设计了本次“科技型中小企业创新竞技行动”竞赛。

在本次竞赛中,金潮新材公司申报了地源热泵空调系统用U型地下换热器。技术质量部经理白福仓代表金潮新材公司,对高效节能新能源产品的竞争优势及商业模式进行了详细阐述,并对本次技术研发项目的发展预期进行了深入分析。

一、地源热泵研发阐述

地源热泵空调系统是利用了地球表面小于400米深的浅层地热资源作为冷热源,进行能量转换的空调系统。地下换热器在整个地源热泵系统中发挥着冷热交换的作用,它利用了地下浅层地热资源的低品位能源,通过热泵技术获取可供空调使用的冷热水。地下换热器的管道埋于地下浅层土壤中,循环水经水管壁直接与土壤进行热交换。夏季循环水将制冷机组吸收的热量向土壤放热,冬季从土壤中吸热并将热量经热泵机组传递至室内。

在美国,采用地下换热器的空调系统占整个空调系统的2/5,美国能源部颁布法规,要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地埋管土壤换热器地源热泵空调系统。在中北欧的瑞士、瑞典、奥地利、丹麦等国家,地下换热器技术处于领先地位,地埋管土壤换热器得到广泛的应用。而我国在90年代末开始研究地下换热器,到近些年才开始迅猛发展,仅用十年时间,中国在世界的排名已跃居第二。

但是由于地下换热器是由室外埋地管材、HDPEU型或单U型高效换热器、PE电熔管套三部分组成,所以地下换热器的性能是否优异与这三部分紧密相关。但目前,国内生产的U型高效换热器存在结构不紧凑、流体易短路、传热效率低的题目,而且,PE管材因为材料的拉伸取向、原料受热分解等因素会直接导致管材耐压承受能力下降,因此不能够满足地下换热器用管的需求。

针对此类题目,我们就必须对地下换热器结构进行创新设计,开发升级PE管材的加工工艺,让管材的传热效率以及使用寿命都能够有大幅度提升。这不仅仅是技术研发领域中的题目,也是我国地下换热器行业发展过程中亟待解决的一大难题。

为解决这一项目难题,金潮新材技术研发小组多年前就已开始对地源热泵U型地下换热器开启研发。整个小组成员从结构紧凑性、换热效果、承压能力、低温充分塑化四个方面进行了技术公关与研究:

1、结构紧凑性研究

针对地下换热器对U型高效换热器结构的要求,金潮新材技术研发团队开始进行技术攻关。通过设计特殊模具机构来对U型高效换热器内部结构进行改造,以此来解决U型髙效换热器的流体易短路以及传热效率低和紧凑性的题目,同时,还需要保证不影响管道系统的整体流量,避免增加管道系统的压力损失。

2、换热效果研究

产品在冬季使用过程中,因地面温度较低,地埋管中的水与地温换热效率相对较低。针对此题目,研发小组将普通型管进行了改进,采用翅片管的结构,由于翅片的特殊结构和翅片管的合理布置,使流体形成强烈的湍流,并使热边界层不断破坏,从而使其换热效率比传统的光管得到很大提高,并且具有自清洁作用,翅片污垢不易积存。

3、承压能力研究

紧密跟踪国际上塑料管道加工的最新动向,经自主研发,成功开发出双向拉伸PE管材生产技术。该技术采用加热条件下埋地管材环向和轴向同时拉伸的方法,大大提高了埋地管材的承压能力,增多了地下换热器的使用年限。

4、低温充分塑化研究

采用先进的分离式螺杆和篮式模头来实现管材低温塑化挤出,生产中不造成原材料分子结构破坏,保证原料充分熔融、塑化,以保证原料性能完全转移到管材上,从而确保减少熔融破碎和鱼眼晶点,同时确保管材具有优良的抗慢速裂纹增长(SCG)和抗快速裂纹扩展(RCP)的性能。

二、技术研发创新点

1、国内首次实践PE管材双向拉伸技术

金潮新材在国内首次采用了PE管材双向拉伸技术,改变了高分子原料分子拉伸取向,实现了管材承压能力强的目的,延长了地下换热器的使用年限,此项技术也是同行业第一次实践。

2、国内首个采用新技术实现低温塑化挤出

金潮新材也是在国内同行业首次采用分离式螺杆和篮式模头,实现了管材的低温塑化挤出,降低了原料高温塑化分解,在生产方法上实现了突破。

3、行业首次解决常规结构U型高效换热器结构

解决了常规结构U型高效换热器结构不紧凑,不易连接的题目。通过对产品结构进行动态模拟、模具的模流分析,重新设计产品结构、设计模具,形成了具有自主知识产权的产品构型,此结构在同行业尚属首次。

4、对普通地下换热器进行了改造,提高了机组的性能

在冬季,因大地温度较低,地埋管中的水与地温换热效率相对较低,采用翅片管的结构,换热面积比传统的光管大510倍,在不改变打井深度的情况下,增加了换热面积,提高了换热效果,此举在国内首次提出。

5、节能降耗效果显著

采用设计良好的地下换热器,使热泵机组的电力消耗,与空气源热泵相比减少了30%以上,与电供暖相比减少了70%以上,可以节约用户30%-50%的供热制冷空调的运行费用。

三、金潮新材技术实力

金潮新材现已成为山东省企业技术中心,研发设计能力处于国内行业前列,已获得发明专利1项,实用新型专利14项,计算机软件著作权2项。公司先后获批“高新技术企业”、“国家级科技型中小企业”,先后通过IS09001IS014001管理体系认证,金潮PP-R管材、管件工艺获得“山东省中小企业科学进步一等奖”,获得中国质量检验协会“全国质量检验稳固 合格产品”的核定证明,参与制定2项行业协会标准。公司产品先后获得“国家免检产品”、“中国驰名商标”等荣誉称号,被A.O.史密斯热水器、苏宁电器、阿里斯顿等多家国际著名企业选定为“管材配套供应商”。公司于2007年开始与世界500强企业——韩国SK集团合资生产地暖管材,并获得“2015年度全国十大地暖管品牌”的殊荣。

公司设有专门的技术中心,配有经验丰富的高分子化学、热能工程、模具设计等专业的十余名技术职员进行新产品开发,研究成果已经获得四项国家专利。同时具备强大的质量检测和保证能力,公司拥有包括英国testometric检测设备在内的全套检测设备,能够满足相关国家标准要求的所有实验,同时可以进行原材料和管材管件的性能研究。公司建立了完善的质量保证体系,确保了生产质量的稳固 合格。