制冷空調(diào)能耗及減排節(jié)能技術(shù)探討

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

制冷空調(diào)能耗及減排節(jié)能技術(shù)探討

牛曉文

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

隨著全球范圍內(nèi)能源緊缺程度的不斷加劇，節(jié)能減排及能耗控制成為了電器類產(chǎn)品研究的重點課題。在耗能設(shè)備中，制冷空調(diào)系統(tǒng)屬于最為常見之一，運行過程中消耗大量電能。本文簡單闡述了制冷空調(diào)耗能原理，從開源、節(jié)流兩個方面分析了制冷空調(diào)控制能源消耗的方法，并研究了幾種節(jié)能減排技術(shù)。

制冷空調(diào)；節(jié)能減排；能源消耗；技術(shù)措施

隨著人們生活水平的不斷提高，對生活質(zhì)量的要求也隨之升高。在炎熱的夏天，制冷空調(diào)使用率逐漸升高。在制冷空調(diào)這一高耗電設(shè)備逐漸普及過程中，大量電能的消耗造成能源短缺加劇。據(jù)調(diào)查，在夏季建筑整體能耗約有四成為制冷空調(diào)系統(tǒng)消耗，且多數(shù)時間壓縮機(jī)處于低負(fù)載運轉(zhuǎn)狀態(tài)。本文以制冷空調(diào)的節(jié)能減排為主線，研究了能耗控制方向及常見的幾種技術(shù)。

1 能耗控制方向

1.1 開源方法

（1）應(yīng)用燃?xì)饪照{(diào)。熱水器可分為電熱水器及燃?xì)鉄崴鲀煞N，制冷型空調(diào)同樣可利用燃?xì)馓嵘茉蠢寐?，降低電力消耗。若?yīng)用燃?xì)饪照{(diào)，可顯著控制電網(wǎng)峰谷差并控制使用空調(diào)引發(fā)的環(huán)境污染。早在20世紀(jì)90年代中期，日本已經(jīng)推廣燃?xì)饪照{(diào)，但在我國仍未普及。應(yīng)用燃?xì)饪照{(diào)可對冬季及夏季空調(diào)所消耗的能源量加以平衡，不僅對發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)投資起到顯著控制作用，也可大力提升電力設(shè)備在各季節(jié)運轉(zhuǎn)利用率。

（2）應(yīng)用蓄冷型空調(diào)。蓄冷型空調(diào)工藝已經(jīng)在某些發(fā)達(dá)國家應(yīng)用并得到了大力推廣。這一技術(shù)大多用于中央空調(diào)和局部區(qū)域制冷裝置之中，對于環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源利用有益。蓄冷型空調(diào)的研發(fā)與應(yīng)用讓中央空調(diào)裝置及局部區(qū)域制冷裝置在能源消耗上明顯節(jié)約，對于能源的高效率利用有益，這一新工藝可稱之為成熟型節(jié)能。

1.2 節(jié)流方法

（1）運用變頻工藝。變頻工藝建立在計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及控制技術(shù)基礎(chǔ)之上。通過變頻器來控制電路以及逆變電路提供直流電源，從而得到高質(zhì)量直流電源并將電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)化為電壓與頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度，提升設(shè)備性能。在制冷空調(diào)中，變頻工藝主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)裝置、涼水塔旋轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、冷凍型水力輸送泵、風(fēng)量儲柜、冷卻型水力輸送泵、冷水型動力裝備等。

（2）熱力再利用。向外排風(fēng)的熱量、冷量以及氣體液化熱回收被稱為熱力回收。通過回收之后的能源再利用可明顯降低能源消耗，控制無效外排量，熱力回收的重點在于幫助控制熱負(fù)載。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，熱量回收再利用率可達(dá)到40%以上，有效降低了對周邊環(huán)境的熱力影響，符合節(jié)能減排觀念。

2 節(jié)能減排技術(shù)研究

2.1 太陽能技術(shù)

在能源緊缺的今天，太陽能的利用可謂一種無運輸、安全、開采方便、清潔性高的優(yōu)勢資源，不但能用于供熱，還可應(yīng)用于制冷方面。在制冷空調(diào)的工藝上，太陽能可將熱能與光能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)用電制冷和熱驅(qū)動制冷。現(xiàn)階段，采用太陽能能源作為制冷空調(diào)的能源來源可分為以下兩種技術(shù)：吸附式制冷與吸收式制冷。

（1）吸附式制冷。吸附式制冷多用于制冷量偏低的制冷空調(diào)系統(tǒng)中，常用于家用空調(diào)制造?；钚蕴俊兹┫到y(tǒng)可利用太陽能實現(xiàn)冷媒水泵運轉(zhuǎn)達(dá)到制冷效果；硅膠—水系統(tǒng)在熱源溫度上僅需65℃左右即可驅(qū)動。吸附式制冷具有節(jié)約能源、環(huán)境污染小、每日持續(xù)運行時間維持較長的優(yōu)勢。相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，通過太陽能驅(qū)動吸附硅膠轉(zhuǎn)輪可結(jié)合空調(diào)形成混合式系統(tǒng)，不僅可達(dá)到較好的降溫、除濕效果，還可明顯提升工作效率，在經(jīng)濟(jì)性上較強(qiáng)。

（2）吸收式制冷。傳統(tǒng)太陽能的熱制冷常見于太陽能溴化鋰吸收方式，約需85℃左右熱源方可啟動。這一溫度要求較高的太陽能集熱裝置性能，若通過兩級系統(tǒng)則熱源溫度需達(dá)到130℃以上。若能夠通過高效太陽能集熱裝置，其熱源溫度可控制在140℃左右，聯(lián)合輔助熱源便可對雙效溴化鋰吸收機(jī)組產(chǎn)生驅(qū)動作用。這一方式雖然沒有充分利用太陽能這一自然資源，但相對于燃?xì)夂腿加瓦@類資源的消耗而言經(jīng)濟(jì)性上明顯更強(qiáng)。

2.2 變頻技術(shù)

壓縮機(jī)是制冷空調(diào)能耗消耗量最大的部分，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的啟動與停止多依靠壓縮機(jī)完成，對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)同樣需消耗大量能源，并在壓縮機(jī)加速過程中磨損各個零部件，對空調(diào)正常使用壽命產(chǎn)生影響。變頻技術(shù)下，空調(diào)的壓縮機(jī)部分可完全避免出現(xiàn)這類現(xiàn)象，其利用變頻器對轉(zhuǎn)速加以調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制制冷劑流量，改變室內(nèi)溫度的效果。

（1）變頻空調(diào)的應(yīng)用優(yōu)勢。變頻空調(diào)是現(xiàn)階段人們購買家用空調(diào)的首選，相對于定頻空調(diào)而言，變頻能夠在能源節(jié)約上體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。其內(nèi)部裝設(shè)有變頻控制器，通過對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動速度的調(diào)節(jié)以及對制熱量、制冷量的連續(xù)性調(diào)節(jié)，讓變頻空調(diào)更符合人體舒適度要求，因此在家用空調(diào)中應(yīng)用廣泛。應(yīng)用變頻空調(diào)時，室內(nèi)溫度連續(xù)曲線可幫助達(dá)到降噪、舒適、節(jié)能效果。①自動啟動功能。能夠幫助使用者在突發(fā)狀況下，例如突然停電再來電時，由于不必受到傳統(tǒng)空調(diào)器限制，因此在來電后可自行啟動，無需像傳統(tǒng)空調(diào)一樣需手動啟動。這一優(yōu)勢可加速空調(diào)啟動并讓其盡快進(jìn)入到正常運行軌跡，讓系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。②提升性能。變頻空調(diào)可加快空調(diào)的制熱速度以及制冷速度，由于現(xiàn)階段人們對空調(diào)性能要求較高，利用變頻技術(shù)可在每次啟動過程中在功率上處于最大額度，此時風(fēng)量最大，在短時間內(nèi)便可達(dá)到設(shè)定溫度。達(dá)到預(yù)計溫度時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速會自動下降，并維持低能耗狀態(tài)。這樣不僅可以在更短時間內(nèi)達(dá)到人體舒適程度，還能在維持設(shè)定溫度前提下避免壓縮機(jī)頻繁開停，對于壓縮機(jī)的耗電量可明顯控制并延長壓縮機(jī)壽命。③制熱效果強(qiáng)。在低溫環(huán)境中，變頻空調(diào)制熱能力明顯更高。相對于傳統(tǒng)空調(diào)器而言，變頻空調(diào)制熱量可達(dá)到150%效果。

（2）常見變頻技術(shù)。變頻空調(diào)開機(jī)后，壓縮機(jī)能夠讓空調(diào)以較大功率快速制冷，并在短時間內(nèi)接近預(yù)計溫度，在達(dá)到計劃溫度后便轉(zhuǎn)入低速運行狀態(tài)，以維持室內(nèi)溫度。這一操作可讓壓縮機(jī)節(jié)約能耗20%左右，在相關(guān)技術(shù)上可分為以下幾種。①稀土永磁電機(jī)。這類電機(jī)的轉(zhuǎn)子為稀土永磁，能夠幫助壓縮機(jī)在較寬幅度的頻率及電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率運轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)能效果。②模糊控制技術(shù)。這一技術(shù)可幫助變頻空調(diào)自動感知室外溫度變化并加以調(diào)節(jié)，讓室內(nèi)溫度始終維持在設(shè)定溫度左右。③超寬變頻。超寬變頻通過微電腦技術(shù)控制，可在短時間內(nèi)測量出環(huán)境變化，并精確判斷溫度改變，讓室內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度恒定狀態(tài)。

2.3 蓄冷技術(shù)

傳統(tǒng)蓄冷技術(shù)包含水蓄冷以及冰蓄冷兩種，現(xiàn)如今不乏一些新型蓄冷技術(shù)為制冷空調(diào)提供了能源消耗控制幫助。現(xiàn)階段新型蓄冷技術(shù)，可從以下幾個方面展開討論。

（1）水合物漿體。水合物漿體指的是在常規(guī)大氣壓力下，一部分氨鹽溶液受到壓力影響生成類似于冰漿狀態(tài)的漿體，為籠狀水合物。相對于傳統(tǒng)冰漿生成裝置而言，水合物漿體在生成難度上明顯更低，現(xiàn)階段空調(diào)中應(yīng)用的冷量傳送介質(zhì)以及蓄冷介質(zhì)為此類漿體。相變溫度處于0～12℃之間，調(diào)節(jié)難度較低，蓄冷密度可達(dá)到冷凍水的三倍左右。

（2）水油蓄冷。水油蓄冷其傳熱流體為水，并使用石蠟之類的油類物質(zhì)作為變相蓄冷介質(zhì)，由于密度差關(guān)系可調(diào)配成流體狀態(tài)。在密度差值明顯偏大狀態(tài)下，石蠟之類的油類物質(zhì)以及水能夠處于相互分離狀態(tài)，繼而調(diào)配成流體狀態(tài)，在蓄冷系統(tǒng)中以十四烷為石蠟。

（3）共晶鹽。共晶鹽蓄冷材料最早在日本被研制，其主要成分為十水硫酸鈉，經(jīng)過添加劑的化學(xué)變化后，相變溫度可控制在9℃左右，因此對于常規(guī)制冷空調(diào)而言可應(yīng)用于機(jī)組蓄冷之中。共晶鹽的蓄冷密度相對于水而言可達(dá)到3.5倍左右，但其有一明顯缺勢，即易發(fā)生老化，影響到蓄冷持續(xù)能力。若在未來研究中能夠通過共晶鹽并提升其抗老化功能，共晶鹽必將成為蓄冷首選。

3 發(fā)展趨勢

除了在制冷空調(diào)節(jié)能減排技術(shù)層面加強(qiáng)空調(diào)研發(fā)之外，還應(yīng)注重制冷空調(diào)的能效標(biāo)準(zhǔn)。能效標(biāo)準(zhǔn)的合理制定有利于空調(diào)生產(chǎn)商及研究廠家更注重能效的控制，通常每隔5年我國修訂一次節(jié)能減排要求。根據(jù)現(xiàn)階段已經(jīng)制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而言，能效標(biāo)準(zhǔn)正逐漸重視能源效率比，對空調(diào)的能效指標(biāo)起到顯著性指導(dǎo)作用。同時，通過運行季節(jié)的區(qū)分來對能效展開衡量，讓能效標(biāo)準(zhǔn)更具針對性與科學(xué)性，對空調(diào)的節(jié)能減排起到明顯促進(jìn)作用，可促使我國空調(diào)產(chǎn)品盡快接軌于國際水平。

4 結(jié)語

綜上所述，對于制冷空調(diào)而言，節(jié)能減排是現(xiàn)階段研究的重點課題以及未來發(fā)展趨勢。能耗的控制需從多方面展開，并在相關(guān)技術(shù)上不斷投入，在意識上也應(yīng)重視環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的協(xié)調(diào)性，讓節(jié)能減排技術(shù)及能源控制思想真正體現(xiàn)在制冷空調(diào)中。

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