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提升中国建筑空调能效水平的必要性和技术可行性

作者:LunWen 来源:中华论文网-免费论文下载 加入时间:2005-9-20

一、 必要性

1.1 不断提升建筑空调能效水平是全球性的大趋势,日本、美国、欧盟已明确 制定了能效水平提高的目标值和时间表

建筑空调是现代社会所必需的可显著改善人们生活环境,提高生活质量的以人为本的人性化设备。但它同时又是一个能源消耗的大户,并可能对地球的环境保护造成重大损害,如造成臭氧层空洞的扩大,地球温室效应的加重,因此世界各国都无一例外地为减轻它的负面影响而制定一些法规和标准。如限定对大气层会造成危害的多种制冷剂的使用年限。并强调空调节能和制定了建筑空调能效水平提高的目标值和实施时间表。

如美国到2006年要实施的新能源标签,规定分体式空调器的季节性能效比应达到3.52以上,分体式热泵型空调器的能效比应达到3.81以上;日本1999年4月1日生效的新能源法,规定制冷量小于2500W的分体式空调的能效比应达到5.27以上;2500W~3200W的分体式空调器的能效比应达到4.90以上;3200W~4000W的分体式空调的能效比应达到3.65以上;

1.2 只有提升中国建筑空调的能效水平,才能使中国的空调产品进入国际市场,保持现在的生产大国的地位

空调作为家用电器的新宠,其年耗电量已超过洗衣机,电视机和电冰箱。是否节能即是标志空调器质量好坏的重要标准,又左右了它的产品能否可持续发展。现在世界各空调器的生产大国都制定了节能法规,迫使厂家所生产的产品能效比不断提高。

随着我国经济的迅速发展和世界贸易组织( WTO)的加入,进出口贸易将大大增加,空调产品的能效水平已成为衡量产品质量的重要指标,直接影响其国际竞争力。为确保能量利用的效率,全球许多空调器进口国都制定了空调能效水平的限定值,低于限定值的产品不准生产和限制进口。如德国和香港已明文规定对高能耗、低能效比的空调不准进口。

现在我国的家用空调产量已达2000万台,除满足国内需求外,尚有数百万台外销,不少外商投资在中国的生产点和国内厂家还计划去那些空调使用率较低的国家和地区,增设新的生产点,或扩大该地区的销量,这一切都要求提升中国建筑空调的能效水平,以取得该地区的生产权和进口权,并有望在国际空调市场中占据与生产大国产量相称的市场份额,以往那种产品技术含量低,靠价廉取胜的“地摊式”的销售理念是无前途可言的。

1.3空调用电已成为国内的耗电大户,提升能效比才能改善国内的电力负荷特 性,降低尖峰用电负荷比例,达到节能安全用电的目的

由于家用空调具有使用时间集中,季节性负荷大的特点,加重了峰谷电量差距的矛盾,使得电力系统负荷特性劣化,电网负荷率下降,造成电力设施的资源浪费。以上海为例2000年夏季尖峰负荷为1047.6万千瓦,其中空调用电达390万千瓦,占尖峰负荷的38.5%,比1999年所占的用电尖峰负荷36%高出2.5%。近几年新建的电厂、电网仅为满足电力空调全年1~3个月的运转,直接导致电力设备年负荷利用小时数的下降,目前全国有2000多万千瓦的电力设备和电网专为空调服务,而其利用率只有10%,相当于国家投入的2000亿巨资却有90%时间在闲置。

据有关资料,中国目前火力电厂的建设投资每千瓦约6000元,配备脱硫设施需再增加每千瓦900元,另外电网建设每千瓦约2000元,这样每千瓦的增量用电投资近9000元,远高于每千瓦空调设备的购置成本,而核电、水电的建设费用比火电还要高3-6倍,现在我国每年生产的家用空调将使电网增加负荷1500万千瓦,如果能效水平不提升就会给国家造成更大的投资负担。

二、 技术的可行性

2.1与国际先进水平相比,国内空调的能效水平的提升存在着很大的空间

根据我国家用空调能效比测试的权威部门的报告显示:从1998年至2001年各地企业送检的产品中能效水平没有显著的增加。有的产品还有轻微的下降,造成这种状态的主要原因是:生产厂家过分追求市场的占有份额,过于迁就消费者不求节能只求廉价的消费心态。

在某些消费者心目中,空调的年利用天数只有30天左右(制冷和取暖)而且每天也只用几个小时。因此实际的利用率不到3%(按全年小时算)这样价廉是第一位的,而节能反而变次要的了,这样做实际上更加重了尖峰用电的矛盾,恶化了电网的负荷状况。因此作为国家的主管部门,更应该制定出较强硬的法规限制和取消高能耗低效率产品的生产和销售。国标中能效比规定偏低,只会起到保护落后的作用,对技术先进的企业起了打击作用。

从技术上讲,中国的空调行业的技术设备引进主要来自日本、美国和意大利,提高能效比是完全可能的。从现在的有一定生产规模、有独立研发能力的空调骨干厂的决策层的愿望来看,他们希望通过产品质量的提高,能效水平的提升,进行优胜劣汰的竞争。

2.2提升空调能效水平的各种技术手段及评价

业内专家一致认为:提升空调能效水平是一个系统工程,空调的能效水平与压缩机、换热器、电机、风机、风系统、制冷剂、控制系统、系统匹配等众多因素有非常密切的作用关系,为此各空调生产大国展开了深入的研究和分析。

2.2.1美国能源部的研究报告

美国能源部采用逆工程分析法,对现有的71种产品进行了工程分析。通过各类产品的详细的成本构成,评估出各项改进对能效比贡献量的大小,并由此预测出随着能效水平标准的提升将会造成相对成本的上升幅度,从而为制定性能价格比最合理的标准提供依据。

通过工程分析,若将能效比提高20%,成本增加27%;能效比提高30%,成本增加44%;能效比增加40%,成本增加60%;因此能源部将能效比的增幅定为20%就容易被厂家和消费者接受。如果将直接原料按换热器、压缩机、其他原料来划分,则能效提高20%,上述三项的成本增加比例分别为37.6%、25.1%和8.2%。

2.2.2欧盟所进行的提升能效水平(EER)的技术手段的研究分析

欧盟通过研究分析所得到的提升能效水平的三种主要的技术解决方案是:

(A) 热交换表面积增加;

例如:(1)增加换热器面积30%,EER平均提高8%;

(2)增加一个制冷管,EER平均提高10%;

(B) 增加热交换系数;

例如:(1)改进管道设计,EER平均提高8%;

(2)使用高效风机,EER平均提高1%;

(C) 其他情况;

例如:(1)使用电子整流电机,EER平均提高2%; (2)改进压缩机效率5%,EER平均提高3%。

2.2.3日本提升能效水平的技术手段和实例

由于日本能源紧缺,崇尚节约,因此是世界最重视和最强调空调能效水平要求的国家。从2000年开始为了达到高性能的要求,日本本土空调制造商放弃了产品设计小型化的要求,开始向大型化发展,下面以同一品牌的一个可比产品举例:

从表中可以看出:随着能效水平的大幅度提高,产品尺寸、重量也相应增大,其中换热器的增大是产品体积、重量增大的最合理的解释。

2.3改进换热器是提高空调能效水平最易见效果的手段之一

对于一个选定压缩机的制冷系统而言,换热器无疑是提高制冷量的关键所在,换热面积的大小,换热效率的高低都对制冷量有着直接的影响。

根据基本的传热方式: 换热量Q=KFθm
其中:K为传热系数; F为换热面积; θm为传热温差;

K作为传热系数与风速有关,当风速增大时,K和Q也随之增大,但同时风机的耗能也增加,所以对能效水平的提高而言,K有一个上限,K的大小同时还受到因风速增大而引起噪音的限制。

而换热器面积的增大,则可以在不增加输入功率的前提下,成正比地增加换热量,从而提高能效水平,同时由于换热器面积的增大,还可降低压缩机的压比,提高整个系统的效率,有关资料的数据还表明:空调的能效水平的增加基本上与两器换热面积的增加成正比。

因此通过对各国提高空调器能效水平的技术途径分析,虽然理论上有许多提高空调节能水平的方法可选择,各国也采纳了众多的技术手段,但在实际应用中,殊途同归,目前最常用,最有效的节能方法仍是通过增大室内外换热器的面积来提高能效水平。产品效率的提高所采用的多种技术措施,往往会导致成本的增加,这个成本增加是否值得应从整体效应中加以评价。如果将现在实施的强制型的能效限定值(EER)标准,提高10%,变成节能评价值的能效比(EER),不仅减少了电力需求量,降低了电网峰荷,节约了电力基建投资,节电收益将超过成本增加值,其收益比可达1.43,总的结果是得大于失,利大于弊,具体的成果预测表见下表:

* 本文在协作时参考了包括美国、欧盟、日本及国内有关专家的研究成果和资料。在此向被引用数据和表格的各位作者表示深深的谢意。

 

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