制冷空調能耗及減排節(jié)能技術的分析

梁海洲

摘 要：現(xiàn)在空調的使用量越來越大，其能耗及減排節(jié)能是空調使用效益的關鍵因素。在城市化進程的加劇中，制冷空調越來越受到人們的歡迎。雖然制冷空調給人們帶來了方便和涼爽的生活，但其能耗過高及對環(huán)境的污染問題也引起了社會各界的重視。因此，必須加強對制冷空調能耗及減耗節(jié)能技術的分析。

關鍵詞：制冷空調；空調能耗；減排節(jié)能

制冷空調能耗越大，用戶的經(jīng)濟成本就越大，對自然環(huán)境的污染就越大。因此，確實弄清當前制冷空調能耗的現(xiàn)狀，對于增強制冷空調的能耗具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)狀分析

隨著社會現(xiàn)代化和城市化進程的推進，能源消耗已成為影響全國乃至全球關注關注的焦點、熱點問題。制冷空調技術得到了十分廣泛的應用，制冷空調設備也成為我國能源消耗的主要產(chǎn)業(yè)之一。是有關資料表明，我國當前建筑能耗在總能耗中占25%，而空調能耗是建筑能耗中的主要能耗之一，幾乎占65%左右，且呈現(xiàn)出逐漸升高的態(tài)勢，這么高的能耗已經(jīng)引起了社會的高度關注。其實，從現(xiàn)實來看，空調有著十分巨大的節(jié)能空間。如果將空調能效提升10%，則可以節(jié)約的發(fā)電量能夠達到37GW。我國空調能主要有五個等級，其中1級最為技能，其能耗比是3.4左右；2級的能耗比為3.2；3級的能耗比為3.0；4級的能耗比為2.8；5級的能耗比是2.6。根據(jù)這個能效標準，淘汰的高能耗空調產(chǎn)品已經(jīng)淘汰50%。制冷空調能耗及節(jié)能減排面臨著嚴峻的形勢和挑戰(zhàn)，加強節(jié)能減排、降低能源消耗已成為必須解決的重大問題，這些能源消耗問題都引起了我國政府及社會的高度關注。不論是國內(nèi)還是國際上，都將制冷空調節(jié)能減排提升到全所未有的高度。這既是機遇，又是挑戰(zhàn)，預示著制冷空調行業(yè)必須突破能耗過高的瓶頸問題，走一條低能耗、綠色健康環(huán)保的可持續(xù)之路。

2 制冷空調能耗方面存在的主要問題

2.1 能耗巨大

隨著社會的不斷發(fā)展，制冷空調得到了十分廣泛的應用。如在企業(yè)、商場、學校、住宅等，都離不開制冷空調的作用。特別是隨著我國農(nóng)畜及水產(chǎn)品越來越多，冷凍冷藏量越來越大，這樣就使制冷空調能耗急劇增加，所在的比重也越來越大。從這些制冷空調來看，主要是根據(jù)季節(jié)來使用的，不同的季節(jié)所使用的能耗量也是不同的。從冬天及夏天來看，所需的電力也是不同的。根據(jù)空調應用來看，可以分為工商用和家用兩種類型。從家用型空調來看，使用的頻率是很低的，而且持續(xù)的時間也相對要短得多。工商用類的空調使用頻率要高得多，連續(xù)使用的時間要長得多。兩者使用的時段主要集中在用電的高峰期，從而明顯增大了電力供應的壓力，嚴重影響了電網(wǎng)運行的安全與穩(wěn)定，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。

2.2 破壞環(huán)境

制冷空調設備中的制冷劑屬于溫室氣體，能夠造成氣候變暖。制冷劑影響氣候變暖的根本原因是對紅外線的吸收以及在大氣中持續(xù)時間的長短。一般用全球變暖潛能值來衡量制冷劑影響氣候變暖作用的大小，這就是我們常說的溫室效應，這些制冷劑會極大破壞臭氧層。當前的制冷劑會破壞臭氧層，從而引起溫室效應。在溫室效應的作用下，有可能會造成冰川融化，從而導致海平面的升高，最終引發(fā)海水倒灌，嚴重威脅沿海地區(qū)的安全。同時，還會影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系，造成大面積的農(nóng)業(yè)災害，如洪災、干旱等。由于氣候變暖，還會造成傳染病的頻發(fā)，使疾病及危險發(fā)生的概率也會大大增加。所以，必須減少有害氣體排放量，從而有效保護臭氧層。

3 制冷空調節(jié)能減排技術

3.1 制冷劑替代技術

制冷劑又叫制冷工質，在制冷循環(huán)中屬于工作介質。在制冷（熱）循環(huán)中，主要是通過制冷劑發(fā)生相變來實現(xiàn)熱量的傳遞。從這個原理可以發(fā)現(xiàn)，在蒸發(fā)器中被吸收并冷卻，由液態(tài)變成汽態(tài)，正是通過制冷劑的狀態(tài)變化來實現(xiàn)制熱或制冷的效果。當前，主要有氟利昂、氨、水等作為制冷劑。但是，人們研究發(fā)現(xiàn)，氟利昂會破壞臭氧層。臭氧層是地球的外衣、保護傘，如果它遭到破壞，地球上的生物就會遭受紫外線的殺傷。這種被稱為溫室氣體的氟利昂，會造成溫室效應，導致全球氣溫升高變暖，危害極大。

3.2 高效壓縮機技術

在制冷空調中影響能耗的核心部分就是壓縮機。因此要控制能耗，就要提高壓縮機的工作效率。隨著減排技術的發(fā)展，壓縮機也相應改進。從當前來看，原來傳統(tǒng)的活塞式、旋轉式慢慢由渦旋壓縮機代替。出現(xiàn)在市面上的數(shù)碼旋渦、直流變頻渦旋等形式的壓縮機，都具有一定的節(jié)能減排效果。另外，使用電子膨脹閥可以有效合理地分配制冷劑的流量，增強節(jié)能減排效果。

3.3 高效換熱技術

為了達到理想的節(jié)能減排效果，可以采取多種方式。如選優(yōu)品質好的材料，使材料傳熱性能得到改善、換熱面積得到增加等方式，還可以優(yōu)化配置冷凝器、風機盤管、蒸發(fā)器翅片表面等。為了實現(xiàn)換熱面積增加的目標，在優(yōu)化傳熱性能方面，可以采取使過冷度、調整管排數(shù)等方法。在材料選用方面，不僅要考慮成本因素，還要考慮到材料的換熱性能。同時也可以提高冷凝器風扇的風速，加載排熱量。

3.4 環(huán)保型制冷劑技術

針對溫室效應對臭氧層的破壞，環(huán)保型制冷劑越來越受到重視。從當前來看，主要有兩種環(huán)保型制冷劑，一種是人工合成的，另一種是自然制冷劑。通過環(huán)保型制冷劑的使用，不僅可以達到降低能耗減少排放的目的，而且還能節(jié)約使用的經(jīng)濟成本，因此備受歡迎。

3.5 二氧化碳制冷技術

二氧化碳制冷技術源于19世紀末，到上個世紀二三十年代，該技術得到了非?？斓冒l(fā)展，已達到頂峰。隨著人工制冷劑的缺陷頻繁顯現(xiàn)，人們越來越認識到它的危害。在這樣的背景下，二氧化碳制冷劑迅速占領市場，備受各界好評。從目前來看，二氧化碳制冷劑已經(jīng)廣泛用于制冷空調的壓縮機中，為節(jié)能減排做出了突出的貢獻。

3.6 變頻技術

壓縮機是制冷空調能耗最大的設備，要讓壓縮機實現(xiàn)節(jié)能，就必須借助變頻技術。從傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)來看，主要是依靠壓縮啟停來調節(jié)室內(nèi)溫度。在進行啟停時，所產(chǎn)生的電能消耗是很大的，而且還會促使壓縮機部件的磨損程度，從而影響其使用壽命。如果采用變頻技術，就能夠避免能耗過高情況的發(fā)生。主要應該依靠變頻器對轉速進行調節(jié)轉速，使制冷劑流量發(fā)生改變，從而避免能耗過高情況的發(fā)生。在一般情況下，變頻壓縮機能夠實現(xiàn)大功率的制冷，并能快速達到預設溫度。此時，變頻壓縮機就能進入低速運行的狀態(tài)，從而通過實現(xiàn)最低能耗來維持溫度。這樣就能極大節(jié)省能源消耗，還能夠使室內(nèi)溫度得到有效維持，比變頻壓縮機的節(jié)能程度在20%以上。從變頻壓縮機來看，主要是通過控制技術來影響的。一是超寬變頻。這種變頻技術主要是用微電腦技術進行控制的，并快速測量環(huán)境的溫度變化，要做好精確判斷，確保溫度保持恒定狀態(tài)，從而達到最好的節(jié)能效果。二是模糊控制。這種技術能對室內(nèi)外溫度變化進行自動感知，借助變頻實現(xiàn)室內(nèi)溫度調節(jié)，確保溫度維持在最佳狀態(tài)。稀土永磁電機的轉子是稀土永磁，從而在非常寬的電壓及頻率范圍內(nèi)得到高效運轉。通過利用變頻技術，能夠使風機和水泵得到無極調速，從而使空調的能耗得到大幅地降低。實踐證明，與傳統(tǒng)空調相比，變風量空調系統(tǒng)節(jié)能率達到了70%左右，而變水量空調系統(tǒng)則能夠高達80%以上。故此，這種變頻技術能夠使制冷空調達到良好的節(jié)能效果（如圖1）。

3.7 太陽能技術

在新能源中，太陽能是干凈清潔的新型能源之一，也是一種取之不盡用之不竭的能源。太陽能不需要運輸，也容易收集開采。因此，在節(jié)能減排的今天，備受世人青睞。如何應用好太陽能，是空調領域的重要課題。從供熱方面看，可以采取太陽能、地板采暖、吊頂輻射相結合的方式，從而達到良好的供暖效果。在制冷方面，可以利用太陽能進行光熱光電的轉換，從而實現(xiàn)熱驅動或用電制冷的目的。從當前來看，我國太陽能技術得到了快速發(fā)展，利用太陽能進行制冷主要有兩種新技術：

一是吸收式制冷。從傳統(tǒng)的制冷來看，一般是太陽能溴化鋰吸收式制冷。這種系統(tǒng)需要熱源的溫度約為85℃，而太陽能集熱裝置對一般難以達到這么高的溫度。如果用兩級系統(tǒng)，則需要的熱源溫度高達130℃左右。如果是高效的太陽能集熱裝置，并得到130-150℃的溫度，再結合輔助熱源，便可以使雙效溴化鋰吸收機組順利驅動。這樣不僅能夠使太陽能利用率極大降低，而且也比使用燃油機組所耗費的成本要低得多。在太陽能豐富的地方，非常適合使用這種系統(tǒng)，能夠極大地節(jié)約能源。

二是吸附式制冷。對于制冷量較小的系統(tǒng)，一般只能采取這種制冷方式。該制冷方式一般比較適合在制冷量較小的系統(tǒng)使用，如硅膠-水系統(tǒng)，所需要的熱源溫度為65℃。這種制冷系統(tǒng)的特點是運行時間很長，污染很小，從而可以最大可能地節(jié)約能源。借助太陽能，能夠使吸附硅膠轉輪驅動起來。加上與傳統(tǒng)空調結合，從而構成混合的空調系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以降溫，而且能除濕，符合在通風良好和濕度較大的場合使用，工作效率要比一般的高30%。

3.8 空調蓄冷技術

這種技術是在用電低峰期的夜晚，電制冷設備用蓄冷介質的潛熱、顯熱特性，儲存冷量，從而在白天用電高峰的時間再釋放這些冷量，以此達到空調節(jié)能降耗的目的，一般可以分為潛熱式和蓄冷式兩種空調蓄冷設備。從顯熱式來看，主要是使蓄冷介質降低以達到蓄冷的目的。譬如將水變成“冷水”，然后將其予以儲存。當空調需要之時，則可以用此冷水發(fā)揮供冷作用。這種只是使降低蓄冷介質，而不產(chǎn)生相變的設備，就是顯熱式空調蓄冷設備。潛熱式空調蓄冷設備的原理與之不同的是，必須使蓄冷介質發(fā)生相變，比如讓水變成“冰”，但需要的時候，可以讓冰溶解，達到蓄冷的目的。潛熱式空調中有盤管式、冰球或冰板式等方式的蓄冰裝置。從蓄冷技術來看，主要是以水蓄冷及冰蓄冷兩種技術為主。

4 結束語

綜上所述，溫室效應導致全球氣候變暖、氣溫升高的問題，已經(jīng)引起了國際各個國家的高度重視。作為能源消耗巨大的制冷空調行業(yè)，更應率先承擔起改革創(chuàng)新的責任。只有改進制冷技術，按照低能耗、無污染、低碳、綠色、健康、環(huán)保的要求，加快新型制冷技術的研究與開發(fā)，走一條可持續(xù)發(fā)展之路，才能適應當前及未來的發(fā)展需要。

參考文獻

[1]張立.變頻技術在制冷空調系統(tǒng)中的應用及節(jié)能分析[J].技術與市場，2016（3）：48+50.

[2]李銳.制冷空調能耗及減排節(jié)能技術的分析[J].制冷與空調（四川），2015（1）：114-118.

[3]馬一太，田華.制冷空調關鍵節(jié)能減排技術的現(xiàn)狀及進展[J].機械工程學報，2009（3）：49-56.