既有舊型房間空調(diào)器的節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用

同濟(jì)大學(xué) 譚洪衛(wèi) 壽青云 宋亞超

上海清環(huán)環(huán)?？萍加邢薰?清水泰雅

1 前言

據(jù)估算，目前我國(guó)房間空調(diào)器年耗電量超過(guò)1000億千瓦時(shí)，占大中城市夏季用電高峰負(fù)荷的30%以上。提高房間空調(diào)器的能效標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)調(diào)峰降荷、緩解電力供需矛盾有著重要的意義。2005年3月1日，我國(guó)正式對(duì)家用房間空調(diào)器實(shí)行強(qiáng)制能效標(biāo)識(shí)（5級(jí)）制度管理。2010年我國(guó)開始執(zhí)行房間空調(diào)器的新能效標(biāo)準(zhǔn)（3級(jí)）。4500W的機(jī)組能效比限值提高到COP3.2。這一舉措將明顯提高家用空調(diào)節(jié)能率約23%。然而，我國(guó)尚存續(xù)使用著大量的舊型低效空調(diào)器，尤其是在既有居民社區(qū)中，早年安裝的空調(diào)器其實(shí)質(zhì)能效比COP大都在2.0或以下，且大都仍將使用數(shù)年，這預(yù)示著家用舊型空調(diào)器改造存在必要性。本文介紹的低成本節(jié)能改造技術(shù)具有非?？捎^的節(jié)能改造潛力。

2 既有空調(diào)器能效現(xiàn)狀及節(jié)能潛力

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2008》，到2007年底中國(guó)城鎮(zhèn)居民家庭平均每百戶空調(diào)擁有量已經(jīng)達(dá)到95.08臺(tái)，不難看出，中國(guó)城鎮(zhèn)家庭空調(diào)的普及率已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。目前，關(guān)于空調(diào)安全使用年限的標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，不過(guò)，一般按設(shè)計(jì)壽命為8～10年。2006年統(tǒng)計(jì)全國(guó)城鎮(zhèn)家庭戶數(shù)接近2億戶，推算存量家用空調(diào)器臺(tái)數(shù)超過(guò)1億臺(tái)，且大都為5級(jí)能效的機(jī)組，這批機(jī)組可能有相當(dāng)一部分仍將沿用3-5年后才會(huì)更換。按既有空調(diào)器臺(tái)數(shù)1億臺(tái)，剩余使用5年，空調(diào)年使用時(shí)間784h、壓縮機(jī)開機(jī)率為0.7、平均制冷量3500W,平均COP2.6作簡(jiǎn)略測(cè)算可知不同的方案效果及其節(jié)能潛力所在。

1）按現(xiàn)行能效限值標(biāo)準(zhǔn)（cop=3.2）全部更換舊型空調(diào)的節(jié)能潛力：

依據(jù)新能效限值更新后節(jié)能率=（1-2.6/3.2）=18.7%

實(shí)現(xiàn)年節(jié)能量=100×106臺(tái)(784h×3.5kW/2.6)/臺(tái)×0.187×0.7=138億kWh

根據(jù)中國(guó)家用電器協(xié)會(huì)提供的測(cè)算數(shù)據(jù)，提升機(jī)組能效比對(duì)產(chǎn)品增量成本將接近100億元。即使目前對(duì)既有空調(diào)適用家電以舊換新、高能效機(jī)組補(bǔ)貼政策，在新購(gòu)置費(fèi)基礎(chǔ)上銷售單價(jià)將增加30%～40%。

2）既有空調(diào)器改造的節(jié)能潛力：

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，目前既有舊型空調(diào)機(jī)組的大部分在近3～5年仍將繼續(xù)使用，同時(shí)，一些針對(duì)既有低效空調(diào)器的節(jié)能改造技術(shù)研發(fā)成功并開始應(yīng)用。按現(xiàn)存空調(diào)器存量的70%計(jì)算，以前述簡(jiǎn)易測(cè)算條件為基準(zhǔn)，導(dǎo)入針對(duì)舊型空調(diào)器節(jié)能改造措施測(cè)算得知：

按改造既有空調(diào)器后節(jié)能率=10% （節(jié)能改造技術(shù)后述）

實(shí)現(xiàn)年節(jié)能量=70×106臺(tái) (784h×3.5kW/2.6)/臺(tái)×0.10=57.1億kWh

投入改造費(fèi)用僅為新購(gòu)置費(fèi)用的20%左右。

3 既有舊型空調(diào)器節(jié)能改造技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，改善空調(diào)器的能效主要有以下技術(shù)路徑：

1）改善和優(yōu)化元器件效率。如提高壓縮機(jī)效率、采用高效風(fēng)機(jī)電機(jī)、改善換熱方式、強(qiáng)化換熱器效率。

2）改進(jìn)空調(diào)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化換熱器配置、結(jié)構(gòu)參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

3）優(yōu)化工質(zhì)匹配（混合工質(zhì)替代）及改良冷媒循環(huán)效率。

4）運(yùn)行管理節(jié)能。

由于是對(duì)既有空調(diào)器的節(jié)能改造，需要考慮改造成本及剩余使用年限的因素，綜合研發(fā)出經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能改造技術(shù)。本文研發(fā)的既有空調(diào)器節(jié)能改造技術(shù)涵蓋上述2）中的優(yōu)化換熱器配置、結(jié)構(gòu)參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及3）中工質(zhì)的優(yōu)化匹配及冷媒循環(huán)改善技術(shù)。

首先，對(duì)既有空調(diào)器增設(shè)輔助冷凝器，輔以獨(dú)自的控制技術(shù)，有效的除去壓縮機(jī)出口的過(guò)熱，實(shí)現(xiàn)冷凝器后的過(guò)冷處理，機(jī)組能效比可得到顯著提高（圖1、圖2）。

同時(shí)，使用混合工質(zhì)替換了既有R22工質(zhì)，利用增設(shè)的輔助冷凝器接管構(gòu)造上的改良，改善了冷媒循環(huán)管路的效率。

4 實(shí)際工程應(yīng)用

1）實(shí)際工程應(yīng)用概要

上述既有空調(diào)器節(jié)能改造技術(shù)已在日本、韓國(guó)一些工業(yè)園區(qū)實(shí)施應(yīng)用，取得顯著節(jié)能效果。本文對(duì)在上海某既有居民社區(qū)中的應(yīng)用作一介紹。

本研究對(duì)社區(qū)居民家庭的既有空調(diào)器狀況進(jìn)行了調(diào)研，根據(jù)既有空調(diào)狀況調(diào)研及繼續(xù)使用計(jì)劃的居民意向調(diào)研確定了實(shí)施改造的對(duì)象，共計(jì)10戶（表1），并結(jié)合社區(qū)節(jié)能減排示范項(xiàng)目，建立長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施改造狀況

既有空調(diào)器的節(jié)能改造按如下流程，由專業(yè)人員實(shí)施。

首先開啟既有空調(diào)器，檢測(cè)制冷、制熱運(yùn)行參數(shù)及功耗。然后開始改造：抽出既有空調(diào)器中的R22冷媒，截?cái)嘣淠骼涿焦苈?，然后將輔助過(guò)冷器焊接于既有空調(diào)器室外機(jī)的冷凝器出口，連接管路。改造結(jié)束后再次開啟空調(diào)器，檢測(cè)制冷、制熱運(yùn)行參數(shù)和電耗。

3）現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證節(jié)能效果（見圖3～7）

表1 實(shí)施對(duì)象一覽表

6 結(jié)語(yǔ)

低效的既有舊型空調(diào)器在我國(guó)存量大，特別是在工業(yè)園區(qū)中小廠房建筑期空調(diào)器運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，老居民社區(qū)更換周期長(zhǎng)，本文討論的低成本空調(diào)器節(jié)能改造技術(shù)提供了一個(gè)重要解決方案。

呼吁用戶在重視行為節(jié)能的同時(shí)，開辟一條技術(shù)減碳的新路經(jīng)。結(jié)合園區(qū)、社區(qū)、校園等實(shí)際情況，開發(fā)低成本節(jié)能技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能減排、創(chuàng)建可持續(xù)社會(huì)做出貢獻(xiàn)。