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，成為招遠(yuǎn)市4個入圍“2020年度煙臺市創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展專項計劃”中的企業(yè)之一。

為了推動煙臺科技創(chuàng)新發(fā)展，促進企業(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)模式進行了詳細(xì)闡述，并對本次技術(shù)研發(fā)項目的發(fā)展預(yù)期進行了深入分析。

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，進行能量轉(zhuǎn)換的空調(diào)系統(tǒng)。地下?lián)Q熱器在整個地源熱泵系統(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行熱交換。夏季循環(huán)水將制冷機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管材因為材料的拉伸取向、原料受熱分解等因素會直接導(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)進行創(chuàng)新設(shè)計，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、低溫充分塑化四個方面進行了技術(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)團隊開始進行技術(shù)攻關(guān)。通過設(shè)計特殊模具機構(gòu)來對U型高效換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改造，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，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)小組將普通型管進行了改進，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

采用先進的分離式螺桿和籃式模頭來實現(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，同時確保管材具有優(yōu)良的抗慢速裂紋增長（SCG）和抗快速裂紋擴展（RCP）的性能。

二、技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新點

1、國內(nèi)首次實踐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，實現(xiàn)了管材承壓能力強的目的，延長了地下?lián)Q熱器的使用年限，此項技術(shù)也是同行業(yè)第一次實踐。

2、國內(nèi)首個采用新技術(shù)實現(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)進行動態(tài)模擬、模具的模流分析，重新設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、設(shè)計模具，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熱器進行了改造，提高了機組的性能

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)計良好的地下?lián)Q熱器，使熱泵機組的電力消耗，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)的運行費用。

三、金潮新材技術(shù)實力

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)計能力處于國內(nèi)行業(yè)前列，已獲得發(fā)明專利1項，實用新型專利14項，計算機軟件著作權(quán)2項。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)進步一等獎”，獲得中國質(zhì)量檢驗協(xié)會“全國質(zhì)量檢驗穩(wěn)定合格產(chǎn)品”的核定證明，參與制定2項行業(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強企業(yè)——韓國SK集團合資生產(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)驗豐富的高分子化學(xué)、熱能工程、模具設(shè)計等專業(yè)的十余名技術(shù)人員進行新產(chǎn)品開發(fā)，研究成果已經(jīng)獲得四項國家專利。同時具備強大的質(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)要求的所有實驗，同時可以進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。