2020年4月,金潮新材公司榮獲2020年度煙臺市科技型中小企業(yè)創(chuàng)新競技行動——新能源與節(jié)能組領(lǐng)域一等獎(jiǎng),成為招遠(yuǎn)市4個(gè)入圍“2020年度煙臺市創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展專項(xiàng)計(jì)劃”中的企業(yè)之一。
為了推動煙臺科技創(chuàng)新發(fā)展,促進(jìn)企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)突破和科技成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化,提高企業(yè)科技創(chuàng)新能力和水平,煙臺市科技局加大了對科技型企業(yè)科技創(chuàng)新工作的引導(dǎo)和支持力度,并設(shè)計(jì)了本次“科技型中小企業(yè)創(chuàng)新競技行動”競賽。
在本次競賽中,金潮新材公司申報(bào)了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)用U型地下?lián)Q熱器。技術(shù)質(zhì)量部經(jīng)理白福倉代表金潮新材公司,對高效節(jié)能新能源產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢及商業(yè)模式進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并對本次技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目的發(fā)展預(yù)期進(jìn)行了深入分析。
一、地源熱泵研發(fā)闡述
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面小于400米深的淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的空調(diào)系統(tǒng)。地下?lián)Q熱器在整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)中發(fā)揮著冷熱交換的作用,它利用了地下淺層地?zé)豳Y源的低品位能源,通過熱泵技術(shù)獲取可供空調(diào)使用的冷熱水。地下?lián)Q熱器的管道埋于地下淺層土壤中,循環(huán)水經(jīng)水管壁直接與土壤進(jìn)行熱交換。夏季循環(huán)水將制冷機(jī)組吸收的熱量向土壤放熱,冬季從土壤中吸熱并將熱量經(jīng)熱泵機(jī)組傳遞至室內(nèi)。
在美國,采用地下?lián)Q熱器的空調(diào)系統(tǒng)占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的2/5,美國能源部頒布法規(guī),要求在全國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)用地埋管土壤換熱器地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。在中北歐的瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國家,地下?lián)Q熱器技術(shù)處于領(lǐng)先地位,地埋管土壤換熱器得到廣泛的應(yīng)用。而我國在90年代末開始研究地下?lián)Q熱器,到近些年才開始迅猛發(fā)展,僅用十年時(shí)間,中國在世界的排名已躍居第二。
但是由于地下?lián)Q熱器是由室外埋地管材、HDPE雙U型或單U型高效換熱器、PE電熔管套三部分組成,所以地下?lián)Q熱器的性能是否優(yōu)異與這三部分緊密相關(guān)。但目前,國內(nèi)生產(chǎn)的U型高效換熱器存在結(jié)構(gòu)不緊湊、流體易短路、傳熱效率低的問題,而且,PE管材因?yàn)椴牧系睦烊∠颉⒃鲜軣岱纸獾纫蛩貢苯訉?dǎo)致管材耐壓承受能力下降,因此不能夠滿足地下?lián)Q熱器用管的需求。
針對此類問題,我們就必須對地下?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),開發(fā)升級PE管材的加工工藝,讓管材的傳熱效率以及使用壽命都能夠有大幅度提升。這不僅僅是技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域中的問題,也是我國地下?lián)Q熱器行業(yè)發(fā)展過程中亟待解決的一大難題。
為解決這一項(xiàng)目難題,金潮新材技術(shù)研發(fā)小組多年前就已開始對地源熱泵U型地下?lián)Q熱器開啟研發(fā)。整個(gè)小組成員從結(jié)構(gòu)緊湊性、換熱效果、承壓能力、低溫充分塑化四個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)公關(guān)與研究:
1、結(jié)構(gòu)緊湊性研究
針對地下?lián)Q熱器對U型高效換熱器結(jié)構(gòu)的要求,金潮新材技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開始進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。通過設(shè)計(jì)特殊模具機(jī)構(gòu)來對U型高效換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,以此來解決U型髙效換熱器的流體易短路以及傳熱效率低和緊湊性的問題,同時(shí),還需要保證不影響管道系統(tǒng)的整體流量,避免增加管道系統(tǒng)的壓力損失。
2、換熱效果研究
產(chǎn)品在冬季使用過程中,因地面溫度較低,地埋管中的水與地溫?fù)Q熱效率相對較低。針對此問題,研發(fā)小組將普通型管進(jìn)行了改進(jìn),采用翅片管的結(jié)構(gòu),由于翅片的特殊結(jié)構(gòu)和翅片管的合理布置,使流體形成強(qiáng)烈的湍流,并使熱邊界層不斷破壞,從而使其換熱效率比傳統(tǒng)的光管得到很大提高,并且具有自清潔作用,翅片污垢不易積存。
3、承壓能力研究
緊密跟蹤國際上塑料管道加工的最新動向,經(jīng)自主研發(fā),成功開發(fā)出雙向拉伸PE管材生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)采用加熱條件下埋地管材環(huán)向和軸向同時(shí)拉伸的方法,大大提高了埋地管材的承壓能力,增多了地下?lián)Q熱器的使用年限。
4、低溫充分塑化研究
采用先進(jìn)的分離式螺桿和籃式模頭來實(shí)現(xiàn)管材低溫塑化擠出,生產(chǎn)中不造成原材料分子結(jié)構(gòu)破壞,保證原料充分熔融、塑化,以保證原料性能完全轉(zhuǎn)移到管材上,從而確保減少熔融破碎和魚眼晶點(diǎn),同時(shí)確保管材具有優(yōu)良的抗慢速裂紋增長(SCG)和抗快速裂紋擴(kuò)展(RCP)的性能。
二、技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新點(diǎn)
1、國內(nèi)首次實(shí)踐PE管材雙向拉伸技術(shù)
金潮新材在國內(nèi)首次采用了PE管材雙向拉伸技術(shù),改變了高分子原料分子拉伸取向,實(shí)現(xiàn)了管材承壓能力強(qiáng)的目的,延長了地下?lián)Q熱器的使用年限,此項(xiàng)技術(shù)也是同行業(yè)第一次實(shí)踐。
2、國內(nèi)首個(gè)采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)低溫塑化擠出
金潮新材也是在國內(nèi)同行業(yè)首次采用分離式螺桿和籃式模頭,實(shí)現(xiàn)了管材的低溫塑化擠出,降低了原料高溫塑化分解,在生產(chǎn)方法上實(shí)現(xiàn)了突破。
3、行業(yè)首次解決常規(guī)結(jié)構(gòu)U型高效換熱器結(jié)構(gòu)
解決了常規(guī)結(jié)構(gòu)U型高效換熱器結(jié)構(gòu)不緊湊,不易連接的問題。通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)模擬、模具的模流分析,重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)模具,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品構(gòu)型,此結(jié)構(gòu)在同行業(yè)尚屬首次。
4、對普通地下?lián)Q熱器進(jìn)行了改造,提高了機(jī)組的性能
在冬季,因大地溫度較低,地埋管中的水與地溫?fù)Q熱效率相對較低,采用翅片管的結(jié)構(gòu),換熱面積比傳統(tǒng)的光管大510倍,在不改變打井深度的情況下,增加了換熱面積,提高了換熱效果,此舉在國內(nèi)首次提出。
5、節(jié)能降耗效果顯著
采用設(shè)計(jì)良好的地下?lián)Q熱器,使熱泵機(jī)組的電力消耗,與空氣源熱泵相比減少了30%以上,與電供暖相比減少了70%以上,可以節(jié)約用戶30%-50%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。
三、金潮新材技術(shù)實(shí)力
金潮新材現(xiàn)已成為山東省企業(yè)技術(shù)中心,研發(fā)設(shè)計(jì)能力處于國內(nèi)行業(yè)前列,已獲得發(fā)明專利1項(xiàng),實(shí)用新型專利14項(xiàng),計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)2項(xiàng)。公司先后獲批“高新技術(shù)企業(yè)”、“國家級科技型中小企業(yè)”,先后通過IS09001、IS014001管理體系認(rèn)證,金潮PP-R管材、管件工藝獲得“山東省中小企業(yè)科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng)”,獲得中國質(zhì)量檢驗(yàn)協(xié)會“全國質(zhì)量檢驗(yàn)穩(wěn)定合格產(chǎn)品”的核定證明,參與制定2項(xiàng)行業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。公司產(chǎn)品先后獲得“國家免檢產(chǎn)品”、“中國馳名商標(biāo)”等榮譽(yù)稱號,被A.O.史密斯熱水器、蘇寧電器、阿里斯頓等多家國際著名企業(yè)選定為“管材配套供應(yīng)商”。公司于2007年開始與世界500強(qiáng)企業(yè)——韓國SK集團(tuán)合資生產(chǎn)地暖管材,并獲得“2015年度全國十大地暖管品牌”的殊榮。
公司設(shè)有專門的技術(shù)中心,配有經(jīng)驗(yàn)豐富的高分子化學(xué)、熱能工程、模具設(shè)計(jì)等專業(yè)的十余名技術(shù)人員進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā),研究成果已經(jīng)獲得四項(xiàng)國家專利。同時(shí)具備強(qiáng)大的質(zhì)量檢測和保證能力,公司擁有包括英國testometric檢測設(shè)備在內(nèi)的全套檢測設(shè)備,能夠滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的所有實(shí)驗(yàn),同時(shí)可以進(jìn)行原材料和管材管件的性能研究。公司建立了完善的質(zhì)量保證體系,確保了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定合格。