空调节能技术探讨

 

上海交通大学  鲍士雄

 

我国近年来，动力工业发展迅猛：发电容量年递增速度为1.2千万KW，总装机容量达30亿KW，已居世界第二。但经济发展、生活提高，空调日趋普及，供电仍日趋紧张。仅家用空调耗电量，在空调使用高峰期，已达家庭用电总量70%。研讨家用空调节能，是我国可持续发展的一个课题，其意义重大。而且，该课题题解应分别已拥有与新增添空调设备二类节能措施。本人提供一点粗浅认识供大家参考。

 

家用空调节能涉及因素众多，是一个系统工程问题。需要从建筑、设备、控制、操作，乃至环保与健康，以及政策、调控等政治、经济与技术诸多角度去考虑与平衡。

 

● 空调技术是应用制冷机（或热泵）将热量从室内向外转移（夏季降温）或将热量从室外向内转移（冬季采暖），其代价是耗能作功。而这种热量搬迁可以向大气搬迁，也可以大地搬迁。其搬迁热量多少，主要与建筑有关：围护结构能耗占整个建筑能耗30%，即占空调负荷45~50%左右，其中窗体热损失占该项负荷27~49%。有人对没装空调的98户144间房测试，多数室内热环境不能满足人热舒适要求，但仍有部分房间在室外气温超40℃时，室内温度仅30.5℃。说明建筑上合理的隔热与窗体结构，以及适当的通风有助空调节能。甚至，建筑物顶、墙绿化也是降低能耗的措施。

 

● 向大气搬迁，为大家非常熟悉的产品，如窗式空调器、分体式空调器、变制冷剂质流量空调机（VRV—Varied Refrigerant Volume、DVM—Digital Variable Multi）、风管机、空气源冷/热水机组，以及大中型中央空调的空气源冷/热水机组、应用冷却塔的各类水冷冷水机组，等等。

 

从这些不同类型空调机（器）中，可以看到：

 

1． 变制冷剂质流量空调机（VRV—Varied Refrigerant Volume—变频空调、DVM—Digital Variable Multi—数码涡旋）能效比较高。因为，前者应用变频技术；后者虽为定速，但质流量也随负荷变化，其能耗也随之变化。由于气温一日内存在日较差，日与日又有差别，因而可取得良好的节能效果。

 

变频技术又可以应用于风机、水泵变速上，据有关风机盘管机组对比试验——永磁无刷直流电机与单相异步电机比较，前者比后者，在额定转速时节能20%；在中等转速时节能70%。

 

变频技术应用中，对电网与医疗器材之影响有待检测与研究。

 

2． 应用冷却塔的各类水冷冷水机组能效比较高。因为，空气固有的特征是：湿球温度总比干球温度低。因而，可以得到比气温低的冷却水去搬迁那些热量，而届时机组的高压低，能效比也高。当然，作为家用空调是不可能背一台冷却塔于系统中。但应用蒸发冷凝原理，可以获得较高的能效比。即使用少量水喷淋风冷冷凝器也可取得良好的节能效果。据有关试验，能效比可达到4.8~5.7W/W。

 

3． 家庭生活中，人的活动场所是随时段变化的。若应用分时控制，那就可以降低机组配置能量，既配置功率。曾试用1.5HP定速机驱动二房一厅空调系统。整合上述技术，曾试用1.5HP变频机驱动三台2500W内机，其一拖一能耗为400W、一拖二能耗为800W、一拖三能耗为1400W，能效比最高达6.25W/W。因而，也不乏为一种节能措施。

 

l 向大地搬迁，即过去曾非常熟悉、如今又以新面貌出现一些产品如水源热泵、水环路热泵、地源热泵，等等。它们分别占了如下便宜：

 

1． 水源热泵、水环路热泵（水环路热泵是一种集中冷却（或加热）、分散降温（或采暖）机组）不管它们如上述那样应用冷却塔向大气搬迁热量，还是取地表水向大地搬迁热量，总获得了较低的冷凝温度（压力）。因而，机组能效比比风冷机组高，单机能效比可达5.54W/W，系统能效比可达4.5W/W。充分利用江河、湖泊、排弃废水（液），乃至喷泉，也不乏为一种节能措施。但水资源是人类保护之对象，尤其是地下水更不可乱用。因而，异化为空气源热泵热水器+水源热泵或水环路热泵、太阳能热水器+水源热泵或水环路热泵等，既解决了空气源热泵机组，冬季效率低，又越冷越出力小；又有较高的能效比。

 

2． 地下常年恒温，个别尚有地热。别墅群或附有大面积绿地之公寓楼设置地下埋管，上述水源热泵或水环路热泵又可异化为地源热泵。夏季可得较低的冷却水温，冬季可得廉价又温度较高之热源。

 

3． 上述系统采用大温差水系统，据有关资料分析：水系统一次投资可减少50%，运行费用可减少30%。

 

l 不论向大气或大地搬迁，室内侧取直接蒸发或冷凝总比制取冷或热水来处理空气节能。

 

l 能源多样化，如燃气扩散吸收式空调器等，也可缓解电力供需之矛盾。

 

l 空调设备工质泄漏、机械磨损增加、系统内外部污染，也是导致能耗增加的原因之一，又是为人们所忽视的问题。采用注入补漏剂、润滑油添加剂与清洁剂，以及定时人工清洁翅片、滤网，可以堵漏、减少磨损，提高传热，节约能耗。

 

l 卫生要求一定的新鲜空气量。据有关资料介绍：低通风率（12L/S•P）比通风率为24L/S•P的空间，室内人员患上呼吸道传染病人数高50%。因而，讲究室内空气品质，关系健康，关系生命。这里有：源控制、通风、净化问题。由此而花费的金钱与能源，比因健康或生命受威胁，而花费的金钱与能源要少数百倍，而且，因效率提高而获得效益也高得多。但仍应应用热回收技术等去减少能耗。如进、排气热交换装置既可保证一定的新鲜空气量，又可节能。光催化技术、分子筛制氧也可少花能源。

 

l 地板辐射采暖既符合人体特征，在人体敏感部位（距地面0.05~0.15m）温度较对流供热高8~10℃，且节能达10~20%。这启迪人们研究适合于人体特征，使人舒适又节能的传递方式，如大环境要求低一点，人体敏感部位要求高一点，等等都可以降低能耗。

 

l 空调设备使用中都存在共性：环保（CFC）问题，这里不去更多涉及该问题，仅涉及应用制冷剂更换时，既可解决CFC问题，又可节能的问题。如R417A是一可替代R22等制冷剂的新工质，其能效比可提高10~20%。

 

据有关资料：用R417A工质在国内R22产品，经试验，初步验证其优良性能。

下面为广州电科所对1HP分体挂壁式冷热空调器进行测试的比较：

 

 

                                 冷量W     功耗W     能效比W/W

 

样本数据（R22）     2575        973         2.65

 

实测数据（R417A）2396        798          3.0

 

对    比                      93%        82%         113%

                                 -7%         -18%        +13%

 

这一R22制冷剂工质的替代方式，其优点：

 

1. 因R417A不含氯原子，故解决了氟利昂泄漏破坏臭氧层问题。

 

2. 可以不太多改变系统（节流部件需调整）又不更换润滑油，就可直接替用。

 

3. 节能效果显著，能效比可提高10~20%。

 

4. 具备泄漏至80%仍组分不变，以便补充充注，等。

 

因而，直接更换合适的环保型制冷剂，对现已使用，又不到使用寿命的空调设备节能十分有利。

 

总之，节能途径众多，对象又各不相同，其节能手段也必然多样化。但政策与行规上制约，以及技术上充分实施优势整合，家用空调节能目标是可以实现的。而且，既节了能，也改善了城镇地区的气候环境。此外，家用空调能耗占整个社会空调能耗比例甚小。因而，解决大中型空调系统节能是进一步研讨的课题。不妥之处，请批评指正。