浅谈空调的节能减排方案

　　在我国经济建设的迅猛发展的同时，能源的需求日益增加，能源战略已经成为关系到我国经济发展、社会稳定和国家安全的重大问题。经济的发展和人们生活水平的提高使得人们对生活和工作环境的要求提高，空调系统的广泛使用使建筑能耗中空调系统能耗所占的比重越来越大。据估计，空调系统能耗约占建筑总能耗的30－60％，因此空调系统的节能成为建筑节能的重中之重。另外，除空调系统自身使用的含氟制冷剂造成臭氧空洞和温室效应外，空调系统的高能耗、低效率还会引起更多CO 2气体的排放造成全球变暖加剧，因此空调系统的节能还是保护环境实现可持续发展的重点要求。

　　然而，目前我国空调系统的能源利用效率较低，单位建筑面积空调能耗相当于气候条件相近发达国家的2－3倍，节能需求巨大。本文针对空调系统中的节能，总结介绍了近年来所发展的新技术，包括变频技术、太阳能技术、热泵技术，蓄热技术和分布式冷热电联产技术等在空调系统中的节能应用，为节能减排贡献一份微薄的力量。

　　1变频技术的应用

　　变频技术是实现空调压缩机节能的有效手段之一。传统空调系统依靠启、停压缩机工作来实现室内温度的调节，这种方式需要较多额外的能量来克服压缩机转子由静到动的较大的转动惯量，而且还将会加剧压缩机运动部件的磨损。与之相比，采用变频技术的压缩机可通过变频器调节压缩机转速，来适时的改变制冷剂的流量，以改变制冷量（制热量）的供给。通常以较大功率制冷（制热）以迅速接近设定温度后，变频压缩机转入低速、低能耗运行保证室内温度在较小范围内波动，提高了舒适度，同时节省了频繁启停的功耗实现节能，与传统压缩机相比节能可达20％。据统计，在日本95％的家庭使用变频空调，而在中国也有稳定的消费市场，部分地区市场占有率可达50％。

　　变频压缩机技术的重点在其控制技术，几种常见的技术简单介绍如下：（1）全数字直流变频。直流变频压缩机的变频器首先是将交流电变为直流电，然后根据室内温度变化调节频率，采用PWM（脉冲宽度调制）和PAM（脉冲幅度调制）数字复合变频控制。

　　（2）超宽变频。利用微电脑控制技术，快速测量环境温度的变化并做出判断，精确维持恒定温度，*终实现节能。

　　（3）模糊控制技术。基于模糊控制技术，自动感知室内外温度变化、室内人群活动等情况，实现变频空调的*佳控制。

　　（4）稀土永磁电机。采用稀土永磁材料转子电机，使压缩机可以在极宽的电压和频率范围内高效运转。

　　此时，变频器的使用使得空调系统中水泵、风机的无级调速成为可能，这也将实现空调系统的节能。

　　据有关研究表明，变风量空调将比传统空调节能约70％，而变水量空调的节能将近80％，这是十分可观的节能效果。变频技术是空调行业中较为有效和先进的节能技术，将得到推广应用。但是，变频压缩机的设计和制造的要求较高，既要解决其低速运转时的震动和润滑油供给问题，又要解决其高速运转时的轴承负荷、摩擦和磨损问题。

　　2太阳能制冷空调

　　太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁安全、无需开采和运输等优点，成为近年来研究的热点之一。在空调行业，太阳能即可用来供热，也可用来制冷。供暖方面，太阳能主要与地板采暖和吊顶辐射结合，通过制取热水实现供暖；制冷方面，一般将太阳能光热转换，以热驱动制冷，或可进行光电转换，以电制冷，但后者的效率太低。

　　利用太阳能集热器可将太阳能转换为热能，集热器大体分为平板集热器和真空管集热器两种。近年来多发展的太阳能供暖、制冷新技术如下：

        （1）低温热水地板辐射太阳能采暖。常规采用U型或螺旋型的塑料或铜埋管，由于采用35－55℃的热水即可满足房间采暖要求，因此太阳能的日平均集热效率较高。

　　（2）太阳能墙采暖。传统的太阳能采暖使用集热器进行光热转化后，利用墙体、岩石、流体、相变材料等作为蓄热载体储存或直接利用。

　　太阳能墙是一种新型的太阳能采暖方式，在采暖的同时实现有效通风，与建筑实现了有效的结合。特制的墙板上开有联通通风管道的通风孔，空气进入后被板材吸收的太阳能加热并沿风管上升，并由所设置的风机系统输配，在室内循环利用。太阳能墙的应用经济可靠，但不适合较为寒冷的天气使用。

　　（3）太阳能热泵。近年来，多采用直膨式太阳能热泵，将太阳能集热器直接作为空调系统的蒸发器，这会提高系统的蒸发温度，使系统的性能得到提高。另外，可将直膨式太阳能热泵与热水、采暖和蓄能系统结合起来实现复合能量系统，可大幅度的提高热泵系统的全年利用效率，改善机组的多项性能，实现多项节能。

　　（4）太阳能吸收式制冷。传统的以热制冷，以溴化锂吸收式制冷较为成熟。目前，单级溴化锂吸收式系统要求90℃左右的热源温度，这对太阳能集热装置的要求较高，若采用两级系统则只需65－75℃的热源温度，其适用范围较广，但效率会降低。另外，如果采用高效太阳能集热装置，获得130－150℃的热源并结合辅助热源，驱动双效溴化锂吸收机组，虽然这种方式的太阳能利用比率较低，但比之单独的燃油、燃气驱动的吸收机组在经济性方面有较大的提高，这类系统适用于太阳能资源较为丰富的地区，对节约能源和丰富能源结构有重大意义。

　　（5）太阳能吸附式制冷。除了吸收式以外，太阳能还可驱动吸附式制冷。吸附式制冷适用于小制冷量系统，硅胶－水系统只需65℃以上的热源驱动即可，日运行时间长，无污染，节约能源。活性炭－甲醇系统还可用来太阳能来驱动制冰。

　　另外，利用太阳能驱动吸附硅胶转轮，可实现转轮除湿空调。这种系统还可与传统空调结合形成混合使除湿空调系统，充分满足除湿和降温的双重要求，适用于湿度大、需要通风的场所，效率同比可提高30％。若能实现工作过程中的持续性、小型化、紧凑化和高效性，太阳能驱动吸附式制冷将有更好的应用前景。

　　3地源热泵

　　地源热泵作为低品位能源技术利用的一种，将温度相对稳定的地能在冬季作为热源提高蒸发温度、夏季作为冷源降低冷凝温度，可比传统空调性能提高近40％，其应用符合国家目前节能减排和环境保护的可持续发展政策，是我国制冷空调行业新的发展方向。

　　地源热泵根据利用的不同形式地能分为以下三种：

       （1）土壤源热泵。地埋管通过中间流体与浅层岩土换热，也可使用直接膨胀式将制冷剂与岩土直接换热，系统可靠、稳定、效率高。但系统的效率受土壤性质，尤其是土壤含水量的影响较大，长时间运行后土壤性能将出现下降。同时，地埋管的回填材料对其换热的好坏有着较大的影响，参入导热系数较大的材料，如沙子、树脂等将增大回填材料的导热系数，进而加强管内流体与土壤间的换热，提高系统的利用效率。

　　（2）地下水热泵。采用埋管与地下水换热，地下水的温度常年基本保持不变，波动较小，这对热泵的运行是十分有利的。地下水热泵存在地下水回灌等问题，其应用应该建立在获得准确的地下水水文资料的基础上进行，并要考虑避免埋管被腐蚀和地下水的防污染等问题。

　　（3）地表水热泵。此类系统的热源采用地表的池塘、湖泊或海洋的地表水，初期投资小。但是其应用受到水文条件的限制，对其换热设备的设计要求较高，需要有效、经济的解决污染、阻塞等水源技术问题。

　　另外，此类系统的应用还要求对生态环境的影响进行分析、监督。

　　4蓄能技术

　　通常空调制冷负荷在高峰时占到整个电力负荷的40％，这加剧了用电高峰期的电力供需矛盾。使用蓄冷空调系统是有效缓解昼夜负荷峰谷差的手段之一。

　　蓄冷空调系统在晚间低谷电时，将制冷机组产生的冷量以一定的方式储存起来，白天再将所储存的冷量释放出来，实现了电力负荷的移峰填谷，兼具经济效益和社会效应，符合国家政策的要求。另外，蓄冷空调系统避免了制冷机组在极端恶劣工况下低效率的工作，降低了机组的安装容量，使泵、风机等设备的容量和能耗也相应的降低，而且由于夜间环境温度较低使冷凝温度下降，系统的制冷效率得到提高。

　　传统的蓄冷技术包括水蓄冷和冰蓄冷。水是*简单的显热蓄冷材料，已经得到较长时间的研究和应用，其系统简单、安全，但是显热蓄冷方式的蓄冷密度较低，水泵输送冷冻水的能耗较大。冰蓄冷是常用的相变蓄冷方式，利用水／冰的相变来储存和释放冷量，其蓄冷密度可达水蓄冷的数倍，同时蓄冷槽体积小，供冷温度低且供冷稳定。但制冷机组在制冰工况时蒸发温度低，导致制冷机组性能下降和能耗增大，制冰设备和管路比较复杂，运行维护费用高。

　　近年来，发展了几种新型的蓄冷技术，简单介绍如下：

       （1）共晶盐蓄冷。日本某公司研究室研制出适用于空调系统的优态盐蓄冷材料，采用十水硫酸钠为主要成分，添加一定的添加剂后相变温度约为8－10℃，因此适用于常规制冷空调机组，其蓄冷密度约为水蓄冷的3－4倍，但材质易老化，蓄冷能力会下降。

　　（2）冰浆蓄冷。采用动态制冰法制取一定浓度的浆状冰水混合物，在保证其流动能力的基础上，这种冰浆即可作为蓄冷介质，又可作为冷量输送介质，其冷量输送密度约为冷冻水的4－6倍，因此相同输送冷量条件下所消耗的泵功减少。这种蓄冷方式的缺点在于其制备过程复杂，且一般需要消耗额外的机械功。

　　（3）水／油蓄冷材料。这类系统中，采用水作为传热流体，石蜡等油类物质作为相变蓄冷介质，利用水、石蜡间的密度差分开、调配流体。空调蓄冷用石蜡为十四烷，其融点为5.8℃。

　　（4）水合物浆体材料。一些铵盐溶液在常压下即可生成类似于冰浆的笼状水合物浆体，但生成装置比冰浆生成装置简单。多采用四丁基溴化铵水合物浆体作为空调用蓄冷和冷量输送介质，其相变温度为0－12℃且易于调节，蓄冷密度约为冷冻水的2－4倍，显示出较好的应用前景。

　　（5）微乳液和微胶囊乳液。将石蜡制备成细微颗粒，混入水中可制成潜热型微乳液，其相变温度与所使用的石蜡有关，蓄冷能力高，其流动粘性也只比冷冻水稍大。但微乳液易粘结、阻塞。在微乳液基础上开发出的微胶囊乳液将悬浮的细微相变颗粒用封装薄膜包上，相变材料间彼此隔绝避免粘结，而且封装还起到了保护材料避免体积变化带来的影响。

　　另外，相变蓄能材料还可以应用在建筑体上。将相变材料填充在墙体中制成相变蓄能墙，可改善建筑维护结构的蓄热和隔热性能，对外界的温度波动产生较大的衰减和延迟作用，使建筑的逐时负荷均匀化，减少空调设备的初投资和运行费用。蓄热电加热地板利用夜间低谷电加热相变材料，以潜热的形式将电能储存起来，白天再放给房间供暖，这样的系统简单、舒适性好且有利于电力的移峰填谷，节能降耗。

　　5分布式冷热电联产

　　一般化石燃料的燃烧将化学能转变为热能，高品位的热能将被用来发电，剩下的余热烟气等可用来供热和供冷，实现冷、热、电三联供。这种能量的梯级利用，使一次能源的利用率得到显著提高，可达70－90％，远大于一般集中式电站的30－50％。

　　一般来说，三联供系统中使用的为热驱动式制冷机组，可以是吸收、吸附式制冷剂和吸收、吸附式除湿机，有效的实现以热制冷。但由于电动蒸汽压缩式制冷系统更加成熟和可靠，因此在三联供系统，特别是微型三联供系统的研究中较多使用的还是电制冷方式。利用发动机或其他原动机代替常规的电动机驱动压缩机制冷，将发动机产生的余热回收利用，提供热水，还有余力进行少量的发电。这样的微型冷热电联供系统可在户式供能中得到应用。

　　在这种系统中，往复式内燃机、燃料电池和斯特林机被认为是较有前途的原动机，已在美国、欧洲、日本和中国等地有较多的应用。CCHP技术从微型、小型到中大型均可被广泛的应用在各类场所中，其应用高效、清洁，得到了政府的支持和鼓励，但仍然存在一些不利因素，其部件和系统仍需进一步的完善，设计利用要求较高的水平，而且其初装费用较高。

　　6结束语

　　我国空调行业在过去短短十几年已有了长足的进步，但相比发达国家，无论是在研究还是工程技术上都还有一定的差距，这突显在能源的利用效率不高，在节能减排上所做出的贡献还不够。空调系统的节能降耗还有着巨大的空间，在对空调系统的节能进行深一步研究的同时，也要加强维护管理，国家政策也应给予正确的指导和建议，结合我国的国情，综合利用各项节能技术，趋利避害，*终将实现空调行业的节能，为国家的经济民生作出一份贡献。