制冷空调能耗及减排节能技术的分析

学术论文 2017-07-14 09:39:08
    制冷空调能耗越大,用户的经济成本就越大,对自然环境的污染就越大。因此,确实弄清当前制冷空调能耗的现状,对于增强制冷空调的能耗具有十分重要的意义。
    1 现状分析
    随着社会现代化和城市化进程的推进,能源消耗已成为影响全国乃至全球关注关注的焦点、热点问题。制冷空调技术得到了十分广泛的应用,制冷空调设备也成为我国能源消耗的主要产业之一。是有关资料表明,我国当前建筑能耗在总能耗中占25%,而空调能耗是建筑能耗中的主要能耗之一,几乎占65%左右,且呈现出逐渐升高的态势,这么高的能耗已经引起了社会的高度关注。其实,从现实来看,空调有着十分巨大的节能空间。如果将空调能效提升10%,则可以节约的发电量能够达到37GW。我国空调能主要有五个等级,其中1级最为技能,其能耗比是3.4左右;2级的能耗比为3.2;3级的能耗比为3.0;4级的能耗比为2.8;5级的能耗比是2.6。根据这个能效标准,淘汰的高能耗空调产品已经淘汰50%。制冷空调能耗及节能减排面临着严峻的形势和挑战,加强节能减排、降低能源消耗已成为必须解决的重大问题,这些能源消耗问题都引起了我国政府及社会的高度关注。不论是国内还是国际上,都将制冷空调节能减排提升到全所未有的高度。这既是机遇,又是挑战,预示着制冷空调行业必须突破能耗过高的瓶颈问题,走一条低能耗、绿色健康环保的可持续之路。
    2 制冷空调能耗方面存在的主要问题
    2.1 能耗巨大
    随着社会的不断发展,制冷空调得到了十分广泛的应用。如在企业、商场、学校、住宅等,都离不开制冷空调的作用。特别是随着我国农畜及水产品越来越多,冷冻冷藏量越来越大,这样就使制冷空调能耗急剧增加,所在的比重也越来越大。从这些制冷空调来看,主要是根据季节来使用的,不同的季节所使用的能耗量也是不同的。从冬天及夏天来看,所需的电力也是不同的。根据空调应用来看,可以分为工商用和家用两种类型。从家用型空调来看,使用的频率是很低的,而且持续的时间也相对要短得多。工商用类的空调使用频率要高得多,连续使用的时间要长得多。两者使用的时段主要集中在用电的高峰期,从而明显增大了电力供应的压力,严重影响了电网运行的安全与稳定,造成了嚴重的经济损失。
    2.2 破坏环境
    制冷空调设备中的制冷剂属于温室气体,能够造成气候变暖。制冷剂影响气候变暖的根本原因是对红外线的吸收以及在大气中持续时间的长短。一般用全球变暖潜能值来衡量制冷剂影响气候变暖作用的大小,这就是我们常说的温室效应,这些制冷剂会极大破坏臭氧层。当前的制冷剂会破坏臭氧层,从而引起温室效应。在温室效应的作用下,有可能会造成冰川融化,从而导致海平面的升高,最终引发海水倒灌,严重威胁沿海地区的安全。同时,还会影响农业生态系,造成大面积的农业灾害,如洪灾、干旱等。由于气候变暖,还会造成传染病的频发,使疾病及危险发生的概率也会大大增加。所以,必须减少有害气体排放量,从而有效保护臭氧层。
    3 制冷空调节能减排技术
    3.1 制冷剂替代技术
    制冷剂又叫制冷工质,在制冷循环中属于工作介质。在制冷(热)循环中,主要是通过制冷剂发生相变来实现热量的传递。从这个原理可以发现,在蒸发器中被吸收并冷却,由液态变成汽态,正是通过制冷剂的状态变化来实现制热或制冷的效果。当前,主要有氟利昂、氨、水等作为制冷剂。但是,人们研究发现,氟利昂会破坏臭氧层。臭氧层是地球的外衣、保护伞,如果它遭到破坏,地球上的生物就会遭受紫外线的杀伤。这种被称为温室气体的氟利昂,会造成温室效应,导致全球气温升高变暖,危害极大。
    3.2 高效压缩机技术
    在制冷空调中影响能耗的核心部分就是压缩机。因此要控制能耗,就要提高压缩机的工作效率。随着减排技术的发展,压缩机也相应改进。从当前来看,原来传统的活塞式、旋转式慢慢由涡旋压缩机代替。出现在市面上的数码旋涡、直流变频涡旋等形式的压缩机,都具有一定的节能减排效果。另外,使用电子膨胀阀可以有效合理地分配制冷剂的流量,增强节能减排效果。
    3.3 高效换热技术
    为了达到理想的节能减排效果,可以采取多种方式。如选优品质好的材料,使材料传热性能得到改善、换热面积得到增加等方式,还可以优化配置冷凝器、风机盘管、蒸发器翅片表面等。为了实现换热面积增加的目标,在优化传热性能方面,可以采取使过冷度、调整管排数等方法。在材料选用方面,不仅要考虑成本因素,还要考虑到材料的换热性能。同时也可以提高冷凝器风扇的风速,加载排热量。
    3.4 环保型制冷剂技术
    针对温室效应对臭氧层的破坏,环保型制冷剂越来越受到重视。从当前来看,主要有两种环保型制冷剂,一种是人工合成的,另一种是自然制冷剂。通过环保型制冷剂的使用,不仅可以达到降低能耗减少排放的目的,而且还能节约使用的经济成本,因此备受欢迎。
    3.5 二氧化碳制冷技术
    二氧化碳制冷技术源于19世纪末,到上个世纪二三十年代,该技术得到了非常快得发展,已达到顶峰。随着人工制冷剂的缺陷频繁显现,人们越来越认识到它的危害。在这样的背景下,二氧化碳制冷剂迅速占领市场,备受各界好评。从目前来看,二氧化碳制冷剂已经广泛用于制冷空调的压缩机中,为节能减排做出了突出的贡献。
    3.6 变频技术
    压缩机是制冷空调能耗最大的设备,要让压缩机实现节能,就必须借助变频技术。从传统的空调系统来看,主要是依靠压缩启停来调节室内温度。在进行启停时,所产生的电能消耗是很大的,而且还会促使压缩机部件的磨损程度,从而影响其使用寿命。如果采用变频技术,就能够避免能耗过高情况的发生。主要应该依靠变频器对转速进行调节转速,使制冷剂流量发生改变,从而避免能耗过高情况的发生。在一般情况下,变频压缩机能够实现大功率的制冷,并能快速达到预设温度。此时,变频压缩机就能进入低速运行的状态,从而通过实现最低能耗来维持温度。这样就能极大节省能源消耗,还能够使室内温度得到有效维持,比变频压缩机的节能程度在20%以上。从变频压缩机来看,主要是通过控制技术来影响的。一是超宽变频。这种变频技术主要是用微电脑技术进行控制的,并快速测量环境的温度变化,要做好精确判断,确保温度保持恒定状态,从而达到最好的节能效果。二是模糊控制。这种技术能对室内外温度变化进行自动感知,借助变频实现室内温度调节,确保温度维持在最佳状态。稀土永磁电机的转子是稀土永磁,从而在非常宽的电压及频率范围内得到高效运转。通过利用变频技术,能够使风机和水泵得到无极调速,从而使空调的能耗得到大幅地降低。实践证明,与传统空调相比,变风量空调系统节能率达到了70%左右,而变水量空调系统则能够高达80%以上。故此,这种变频技术能够使制冷空调达到良好的节能效果。
    3.7 太阳能技术
    在新能源中,太阳能是干净清洁的新型能源之一,也是一种取之不尽用之不竭的能源。太阳能不需要运输,也容易收集开采。因此,在节能减排的今天,备受世人青睐。如何应用好太阳能,是空调领域的重要课题。从供热方面看,可以采取太阳能、地板采暖、吊顶辐射相结合的方式,从而达到良好的供暖效果。在制冷方面,可以利用太阳能进行光热光电的转换,从而实现热驱动或用电制冷的目的。从当前来看,我国太阳能技术得到了快速发展,利用太阳能进行制冷主要有两种新技术:
    一是吸收式制冷。从传统的制冷来看,一般是太阳能溴化锂吸收式制冷。这种系统需要热源的温度约为85℃,而太阳能集热装置对一般难以达到这么高的温度。如果用两级系统,则需要的热源温度高达130℃左右。如果是高效的太阳能集热装置,并得到130-150℃的温度,再结合辅助热源,便可以使双效溴化锂吸收机组顺利驱动。这样不仅能够使太阳能利用率极大降低,而且也比使用燃油机组所耗费的成本要低得多。在太阳能丰富的地方,非常适合使用这种系统,能够极大地节约能源。
    二是吸附式制冷。对于制冷量较小的系统,一般只能采取这种制冷方式。該制冷方式一般比较适合在制冷量较小的系统使用,如硅胶-水系统,所需要的热源温度为65℃。这种制冷系统的特点是运行时间很长,污染很小,从而可以最大可能地节约能源。借助太阳能,能够使吸附硅胶转轮驱动起来。加上与传统空调结合,从而构成混合的空调系统。这种系统可以降温,而且能除湿,符合在通风良好和湿度较大的场合使用,工作效率要比一般的高30%。
    3.8 空调蓄冷技术
    这种技术是在用电低峰期的夜晚,电制冷设备用蓄冷介质的潜热、显热特性,储存冷量,从而在白天用电高峰的时间再释放这些冷量,以此达到空调节能降耗的目的,一般可以分为潜热式和蓄冷式两种空调蓄冷设备。从显热式来看,主要是使蓄冷介质降低以达到蓄冷的目的。譬如将水变成“冷水”,然后将其予以储存。当空调需要之时,则可以用此冷水发挥供冷作用。这种只是使降低蓄冷介质,而不产生相变的设备,就是显热式空调蓄冷设备。潜热式空调蓄冷设备的原理与之不同的是,必须使蓄冷介质发生相变,比如让水变成“冰”,但需要的时候,可以让冰溶解,达到蓄冷的目的。潜热式空调中有盘管式、冰球或冰板式等方式的蓄冰装置。从蓄冷技术来看,主要是以水蓄冷及冰蓄冷两种技术为主。
    4 结束语
    综上所述,温室效应导致全球气候变暖、气温升高的问题,已经引起了国际各个国家的高度重视。作为能源消耗巨大的制冷空调行业,更应率先承担起改革创新的责任。只有改进制冷技术,按照低能耗、无污染、低碳、绿色、健康、环保的要求,加快新型制冷技术的研究与开发,走一条可持续发展之路,才能适应当前及未来的发展需要。
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