制冷空调能耗及减排节能技术研究

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摘要：随着全球范围内能源紧缺程度的不断加剧，节能减排及能耗控制成为了电器类产品研究的重点课题。在耗能设备中，制冷空调系统属于最为常见之一，运行过程中消耗大量电能。本文简单阐述了制冷空调耗能原理，从开源、节流两个方面分析了制冷空调控制能源消耗的方法，并研究了几种节能减排技术。

关键词：制冷空调；节能减排；能源消耗；技术措施

随着人们生活水平的不断提高，对生活质量的要求也随之升高。在炎热的夏天，制冷空调使用率逐渐升高。在制冷空调这一高耗电设备逐渐普及过程中，大量电能的消耗造成能源短缺加剧。据调查，在夏季建筑整体能耗约有四成为制冷空调系统消耗，且多数时间压缩机处于低负载运转状态。本文以制冷空调的节能减排为主线，研究了能耗控制方向及常见的几种技术。

1能耗控制方向

1.1开源方法

（1）应用燃气空调。热水器可分为电热水器及燃气热水器两种，制冷型空调同样可利用燃气提升能源利用率，降低电力消耗。若应用燃气空调，可显著控制电网峰谷差并控制使用空调引发的环境污染。早在20世纪90年代中期，日本已经推广燃气空调，但在我国仍未普及。应用燃气空调可对冬季及夏季空调所消耗的能源量加以平衡，不仅对发电设备的经济投资起到显著控制作用，也可大力提升电力设备在各季节运转利用率。（2）应用蓄冷型空调。蓄冷型空调工艺已经在某些发达国家应用并得到了大力推广。这一技术大多用于中央空调和局部区域制冷装置之中，对于环境保护、经济发展及能源利用有益。蓄冷型空调的研发与应用让中央空调装置及局部区域制冷装置在能源消耗上明显节约，对于能源的高效率利用有益，这一新工艺可称之为成熟型节能。

1.2节流方法

（1）运用变频工艺。变频工艺建立在计算机技术、电力电子技术、微电子技术以及控制技术基础之上。通过变频器来控制电路以及逆变电路提供直流电源，从而得到高质量直流电源并将电路输出的直流电源转化为电压与频率，调节电机转动速度，提升设备性能。在制冷空调中，变频工艺主要应用于风机装置、凉水塔旋转风机、冷冻型水力输送泵、风量储柜、冷却型水力输送泵、冷水型动力装备等。（2）热力再利用。向外排风的热量、冷量以及气体液化热回收被称为热力回收。通过回收之后的能源再利用可明显降低能源消耗，控制无效外排量，热力回收的重点在于帮助控制热负载。根据研究发现，热量回收再利用率可达到40%以上，有效降低了对周边环境的热力影响，符合节能减排观念。

2节能减排技术研究

2.1太阳能技术

在能源紧缺的今天，太阳能的利用可谓一种无运输、安全、开采方便、清洁性高的优势资源，不但能用于供热，还可应用于制冷方面。在制冷空调的工艺上，太阳能可将热能与光能实现光电转换，实现用电制冷和热驱动制冷。现阶段，采用太阳能能源作为制冷空调的能源来源可分为以下两种技术：吸附式制冷与吸收式制冷。（1）吸附式制冷。吸附式制冷多用于制冷量偏低的制冷空调系统中，常用于家用空调制造。活性炭—甲醛系统可利用太阳能实现冷媒水泵运转达到制冷效果；硅胶—水系统在热源温度上仅需65℃左右即可驱动。吸附式制冷具有节约能源、环境污染小、每日持续运行时间维持较长的优势。相对于传统系统而言，通过太阳能驱动吸附硅胶转轮可结合空调形成混合式系统，不仅可达到较好的降温、除湿效果，还可明显提升工作效率，在经济性上较强。（2）吸收式制冷。传统太阳能的热制冷常见于太阳能溴化锂吸收方式，约需85℃左右热源方可启动。这一温度要求较高的太阳能集热装置性能，若通过两级系统则热源温度需达到130℃以上。若能够通过高效太阳能集热装置，其热源温度可控制在140℃左右，联合辅助热源便可对双效溴化锂吸收机组产生驱动作用。这一方式虽然没有充分利用太阳能这一自然资源，但相对于燃气和燃油这类资源的消耗而言经济性上明显更强。

2.2变频技术

压缩机是制冷空调能耗消耗量最大的部分，传统空调系统的启动与停止多依靠压缩机完成，对室内温度的调节同样需消耗大量能源，并在压缩机加速过程中磨损各个零部件，对空调正常使用寿命产生影响。变频技术下，空调的压缩机部分可完全避免出现这类现象，其利用变频器对转速加以调节，从而达到控制制冷剂流量，改变室内温度的效果。（1）变频空调的应用优势。变频空调是现阶段人们购买家用空调的首选，相对于定频空调而言，变频能够在能源节约上体现出明显优势。其内部装设有变频控制器，通过对压缩机转动速度的调节以及对制热量、制冷量的连续性调节，让变频空调更符合人体舒适度要求，因此在家用空调中应用广泛。应用变频空调时，室内温度连续曲线可帮助达到降噪、舒适、节能效果。①自动启动功能。能够帮助使用者在突发状况下，例如突然停电再来电时，由于不必受到传统空调器限制，因此在来电后可自行启动，无需像传统空调一样需手动启动。这一优势可加速空调启动并让其尽快进入到正常运行轨迹，让系统更具稳定性。②提升性能。变频空调可加快空调的制热速度以及制冷速度，由于现阶段人们对空调性能要求较高，利用变频技术可在每次启动过程中在功率上处于最大额度，此时风量最大，在短时间内便可达到设定温度。达到预计温度时，压缩机转速会自动下降，并维持低能耗状态。这样不仅可以在更短时间内达到人体舒适程度，还能在维持设定温度前提下避免压缩机频繁开停，对于压缩机的耗电量可明显控制并延长压缩机寿命。③制热效果强。在低温环境中，变频空调制热能力明显更高。相对于传统空调器而言，变频空调制热量可达到150%效果。（2）常见变频技术。变频空调开机后，压缩机能够让空调以较大功率快速制冷，并在短时间内接近预计温度，在达到计划温度后便转入低速运行状态，以维持室内温度。这一操作可让压缩机节约能耗20%左右，在相关技术上可分为以下几种。①稀土永磁电机。这类电机的转子为稀土永磁，能够帮助压缩机在较宽幅度的频率及电压范围内实现高效率运转，达到节能效果。②模糊控制技术。这一技术可帮助变频空调自动感知室外温度变化并加以调节，让室内温度始终维持在设定温度左右。③超宽变频。超宽变频通过微电脑技术控制，可在短时间内测量出环境变化，并精确判断温度改变，让室内温度维持在设定温度恒定状态。

2.3蓄冷技术

传统蓄冷技术包含水蓄冷以及冰蓄冷两种，现如今不乏一些新型蓄冷技术为制冷空调提供了能源消耗控制帮助。现阶段新型蓄冷技术，可从以下几个方面展开讨论。（1）水合物浆体。水合物浆体指的是在常规大气压力下，一部分氨盐溶液受到压力影响生成类似于冰浆状态的浆体，为笼状水合物。相对于传统冰浆生成装置而言，水合物浆体在生成难度上明显更低，现阶段空调中应用的冷量传送介质以及蓄冷介质为此类浆体。相变温度处于0～12℃之间，调节难度较低，蓄冷密度可达到冷冻水的三倍左右。（2）水油蓄冷。水油蓄冷其传热流体为水，并使用石蜡之类的油类物质作为变相蓄冷介质，由于密度差关系可调配成流体状态。在密度差值明显偏大状态下，石蜡之类的油类物质以及水能够处于相互分离状态，继而调配成流体状态，在蓄冷系统中以十四烷为石蜡。（3）共晶盐。共晶盐蓄冷材料最早在日本被研制，其主要成分为十水硫酸钠，经过添加剂的化学变化后，相变温度可控制在9℃左右，因此对于常规制冷空调而言可应用于机组蓄冷之中。共晶盐的蓄冷密度相对于水而言可达到3.5倍左右，但其有一明显缺势，即易发生老化，影响到蓄冷持续能力。若在未来研究中能够通过共晶盐并提升其抗老化功能，共晶盐必将成为蓄冷首选。

3发展趋势

除了在制冷空调节能减排技术层面加强空调研发之外，还应注重制冷空调的能效标准。能效标准的合理制定有利于空调生产商及研究厂家更注重能效的控制，通常每隔5年我国修订一次节能减排要求。根据现阶段已经制定的相关标准而言，能效标准正逐渐重视能源效率比，对空调的能效指标起到显著性指导作用。同时，通过运行季节的区分来对能效展开衡量，让能效标准更具针对性与科学性，对空调的节能减排起到明显促进作用，可促使我国空调产品尽快接轨于国际水平。

4结语

综上所述，对于制冷空调而言，节能减排是现阶段研究的重点课题以及未来发展趋势。能耗的控制需从多方面展开，并在相关技术上不断投入，在意识上也应重视环境保护与经济发展之间的协调性，让节能减排技术及能源控制思想真正体现在制冷空调中。

作者:牛晓文 单位:合肥通用机械研究院

参考文献：

[1]戴锐青.制冷设备冷凝压力及冷凝温度的节能控制研究[J].科技创新与生产力,2013,No.23205:82-83+88.

[2].关于召开2013年中国制冷空调工程节能减排新技术研讨会的会议通知[J].制冷与空调,2013,v.1308:108.