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提升中國(guó)建筑空調(diào)能效水平的必要性和技術(shù)可行性
一、 必要性1.1 不斷提升建筑空調(diào)能效水平是全球性的大趨勢(shì)，日本、美國(guó)、歐盟已明確 制定了能效水平進(jìn)步的目標(biāo)值和時(shí)間表
建筑空調(diào)是現(xiàn)代社會(huì)所必須的可明顯改善人們生活環(huán)境，進(jìn)步生活質(zhì)量的以人為本的人性化設(shè)備。但它同時(shí)又是一個(gè)能源消耗的大戶，并可能對(duì)地球的環(huán)境保護(hù)造成重大損害，如造成臭氧層空洞的擴(kuò)大，地球溫室效應(yīng)的加重，因此世界各國(guó)都無一例外地為減輕它的負(fù)面影響而制定一些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。如限定對(duì)大氣層會(huì)造成危害的多種制冷劑的使用年限。并夸大空調(diào)節(jié)能和制定了建筑空調(diào)能效水平進(jìn)步的目標(biāo)值和實(shí)施時(shí)間表。
如美國(guó)到2006年要實(shí)施的新能源標(biāo)簽，規(guī)定分體式空調(diào)器的季節(jié)性能效比應(yīng)達(dá)到3.52以上，分體式熱泵型空調(diào)器的能效比應(yīng)達(dá)到3.81以上；日本1999年4月1日生效的新能源法，規(guī)定制冷量小于2500w的分體式空調(diào)的能效比應(yīng)達(dá)到5.27以上；2500w~3200w的分體式空調(diào)器的能效比應(yīng)達(dá)到4.90以上；3200w~4000w的分體式空調(diào)的能效比應(yīng)達(dá)到3.65以上；
1.2 只有提升中國(guó)建筑空調(diào)的能效水平，才能使中國(guó)的空調(diào)產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)，保持現(xiàn)在的生產(chǎn)大國(guó)的地位
空調(diào)作為家用電器的新寵，其年耗電量已超過洗衣機(jī)，電視機(jī)和電冰箱。是否節(jié)能即是標(biāo)志空調(diào)器質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，又左右了它的產(chǎn)品能否可持續(xù)發(fā)展�，F(xiàn)在世界各空調(diào)器的生產(chǎn)大國(guó)都制定了節(jié)能法規(guī)，迫使廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品能效比不斷進(jìn)步。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和世界貿(mào)易組織（ wto）的加進(jìn)，進(jìn)出口貿(mào)易將大大增加，空調(diào)產(chǎn)品的能效水平已成為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。為確保能量利用的效率，全球很多空調(diào)器進(jìn)口國(guó)都制定了空調(diào)能效水平的限定值，低于限定值的產(chǎn)品不準(zhǔn)生產(chǎn)和限制進(jìn)口。如德國(guó)和香港已明文規(guī)定對(duì)高能耗、低能效比的空調(diào)不準(zhǔn)進(jìn)口。
現(xiàn)在我國(guó)的家用空調(diào)產(chǎn)量已達(dá)2000萬臺(tái)，除滿足國(guó)內(nèi)需求外，尚有數(shù)百萬臺(tái)外銷，不少外商投資在中國(guó)的生產(chǎn)點(diǎn)和國(guó)內(nèi)廠家還計(jì)劃往那些空調(diào)使用率較低的國(guó)家和地區(qū)，增設(shè)新的生產(chǎn)點(diǎn)，或擴(kuò)大該地區(qū)的銷量，這一切都要求提升中國(guó)建筑空調(diào)的能效水平，以取得該地區(qū)的生產(chǎn)權(quán)和進(jìn)口權(quán)，并有看在國(guó)際空調(diào)市場(chǎng)中占據(jù)與生產(chǎn)大國(guó)產(chǎn)量相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額，以往那種產(chǎn)品技術(shù)含量低，靠?jī)r(jià)廉取勝的“地?cái)偸健钡匿N售理念是無前途可言的。
1.3空調(diào)用電已成為國(guó)內(nèi)的耗電大戶，提升能效比才能改善國(guó)內(nèi)的電力負(fù)荷特 性，降低尖峰用電負(fù)荷比例，達(dá)到節(jié)能安全用電的目的
由于家用空調(diào)具有使用時(shí)間集中，季節(jié)性負(fù)荷大的特點(diǎn)，加重了峰谷電量差距的矛盾，使得電力系統(tǒng)負(fù)荷特性劣化，電網(wǎng)負(fù)荷率下降，造成電力設(shè)施的資源浪費(fèi)。以上海為例2000年夏季尖峰負(fù)荷為1047.6萬千瓦，其中空調(diào)用電達(dá)390萬千瓦，占尖峰負(fù)荷的38.5%，比1999年所占的用電尖峰負(fù)荷36%高出2.5%。近幾年新建的電廠、電網(wǎng)僅為滿足電力空調(diào)全年1~3個(gè)月的運(yùn)轉(zhuǎn)，直接導(dǎo)致電力設(shè)備年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)的下降，目前全國(guó)有2000多萬千瓦的電力設(shè)備和電網(wǎng)專為空調(diào)服務(wù)，而其利用率只有10%，相當(dāng)于國(guó)家投進(jìn)的2000億巨資卻有90%時(shí)間在閑置。
占有關(guān)資料，中國(guó)目前火力電廠的建設(shè)投資每千瓦約6000元，配備脫硫設(shè)施需再增加每千瓦900元，另外電網(wǎng)建設(shè)每千瓦約2000元，這樣每千瓦的增量用電投資近9000元，遠(yuǎn)高于每千瓦空調(diào)設(shè)備的購置本錢，而核電、水電的建設(shè)用度比火電還要高3-6倍，現(xiàn)在我國(guó)每年生產(chǎn)的家用空調(diào)將使電網(wǎng)增加負(fù)荷1500萬千瓦，假如能效水平不提升就會(huì)給國(guó)家造成更大的投資負(fù)擔(dān)。
二、 技術(shù)的可行性
2.1與國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)空調(diào)的能效水平的提升存在著很大的空間
根據(jù)我國(guó)家用空調(diào)能效比測(cè)試的權(quán)威部分的報(bào)告顯示：從1998年至2001年各地企業(yè)送檢的產(chǎn)品中能效水平?jīng)]有明顯的增加。有的產(chǎn)品還有稍微的下降，造成這種狀態(tài)的主要原因是：生產(chǎn)廠家過分追求市場(chǎng)的占有份額，過于將就消費(fèi)者不求節(jié)能只求廉價(jià)的消費(fèi)心態(tài)。
在某些消費(fèi)者心目中，空調(diào)的年利用天數(shù)只有30天左右（制冷和取熱）而且天天也只用幾個(gè)小時(shí)。因此實(shí)際的利用率不到3%（按全年小時(shí)算）這樣價(jià)廉是第一位的，而節(jié)能反而變次要的了，這樣做實(shí)際上更加重了尖峰用電的矛盾，惡化了電網(wǎng)的負(fù)荷狀況。因此作為國(guó)家的主管部分，更應(yīng)該制定出較強(qiáng)硬的法規(guī)限制和取消高能耗低效率產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售。國(guó)標(biāo)中能效比規(guī)定偏低，只會(huì)起到保護(hù)落后的作用，對(duì)技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)起了打擊作用。
從技術(shù)上講，中國(guó)的空調(diào)行業(yè)的技術(shù)設(shè)備引進(jìn)主要來自日本、美國(guó)和意大利，進(jìn)步能效比是完全可能的。從現(xiàn)在的有一定生產(chǎn)規(guī)模、有獨(dú)立研發(fā)能力的空調(diào)骨干廠的決策層的愿看來看，他們希看通過產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)步，能效水平的提升，進(jìn)行優(yōu)越劣汰的競(jìng)爭(zhēng)。
2.2提升空調(diào)能效水平的各種技術(shù)手段及評(píng)價(jià)
業(yè)內(nèi)專家一致以為：提升空調(diào)能效水平是一個(gè)系統(tǒng)工程，空調(diào)的能效水平與壓縮機(jī)、換熱器、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、風(fēng)系統(tǒng)、制冷劑、控制系統(tǒng)、系統(tǒng)匹配等眾多因素有非常密切的作用關(guān)系，為此各空調(diào)生產(chǎn)大國(guó)展開了深進(jìn)的研究和分析。
2.2.1美國(guó)能源部的研究報(bào)告
美國(guó)能源部采用逆工程分析法，對(duì)現(xiàn)有的71種產(chǎn)品進(jìn)行了工程分析。通過各類產(chǎn)品的具體的本錢構(gòu)成，評(píng)估出各項(xiàng)改進(jìn)對(duì)能效比貢獻(xiàn)量的大小，并由此猜測(cè)出隨著能效水平標(biāo)準(zhǔn)的提升將會(huì)造成相對(duì)本錢的上升幅度，從而為制定性能價(jià)格比最公道的標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。
通過工程分析，若將能效比進(jìn)步20%，本錢增加27%；能效比進(jìn)步30%，本錢增加44%；能效比增加40%，本錢增加60%；因此能源部將能效比的增幅定為20%就輕易被廠家和消費(fèi)者接受。假如將直接原料按換熱器、壓縮機(jī)、其他原料來劃分，則能效進(jìn)步20%，上述三項(xiàng)的本錢增加比例分別為37.6%、25.1%和8.2%。
2.2.2歐盟所進(jìn)行的提升能效水平(eer)的技術(shù)手段的研究分析
歐盟通過研究分析所得到的提升能效水平的三種主要的技術(shù)解決方案是：
（a） 熱交換表面積增加；
例如：（1）增加換熱器面積30%，eer均勻進(jìn)步8%；
（2）增加一個(gè)制冷管，eer均勻進(jìn)步10%；
（b） 增加熱交換系數(shù)；
例如：（1）改進(jìn)管道設(shè)計(jì)，eer均勻進(jìn)步8%；
（2）使用高效風(fēng)機(jī)，eer均勻進(jìn)步1%；
（c） 其他情況；
例如：（1）使用電子整流電機(jī)，eer均勻進(jìn)步2%； （2）改進(jìn)壓縮機(jī)效率5%，eer均勻進(jìn)步3%。
2.2.3日本提升能效水平的技術(shù)手段和實(shí)例
由于日本能源緊缺，崇尚節(jié)約，因此是世界最重視和最夸大空調(diào)能效水平要求的國(guó)家。從2000年開始為了達(dá)到高性能的要求，日本本土空調(diào)制造商放棄了產(chǎn)品設(shè)計(jì)小型化的要求，開始向大型化發(fā)展，下面以同一品牌的一個(gè)可比產(chǎn)品舉例：
從表中可以看出：隨著能效水平的大幅度進(jìn)步，產(chǎn)品尺寸、重量也相應(yīng)增大，其中換熱器的增大是產(chǎn)品體積、重量增大的最公道的解釋。
2.3改進(jìn)換熱器是進(jìn)步空調(diào)能效水平最易見效果的手段之一
對(duì)于一個(gè)選定壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)而言，換熱器無疑是進(jìn)步制冷量的關(guān)鍵所在，換熱面積的大小，換熱效率的高低都對(duì)制冷量有著直接的影響。
根據(jù)基本的傳熱方式： 換熱量q=kfθm
其中：k為傳熱系數(shù)； f為換熱面積； θm為傳熱溫差；
k作為傳熱系數(shù)與風(fēng)速有關(guān)，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，k和q也隨之增大，但同時(shí)風(fēng)機(jī)的耗能也增加，所以對(duì)能效水平的進(jìn)步而言，k有一個(gè)上限，k的大小同時(shí)還受到因風(fēng)速增大而引起噪音的限制。
而換熱器面積的增大，則可以在不增加輸進(jìn)功率的條件下，成正比地增加換熱量，從而進(jìn)步能效水平，同時(shí)由于換熱器面積的增大，還可降低壓縮機(jī)的壓比，進(jìn)步整個(gè)系統(tǒng)的效率，有關(guān)資料的數(shù)據(jù)還表明：空調(diào)的能效水平的增加基本上與兩器換熱面積的增加成正比。
因此通過對(duì)各國(guó)進(jìn)步空調(diào)器能效水平的技術(shù)途徑分析，固然理論上有很多進(jìn)步空調(diào)節(jié)能水平的方法可選擇，各國(guó)也采納了眾多的技術(shù)手段，但在實(shí)際應(yīng)用中，殊途同回，目前最常用，最有效的節(jié)能方法還是通過增大室內(nèi)外換熱器的面積來進(jìn)步能效水平。產(chǎn)品效率的進(jìn)步所采用的多種技術(shù)措施，往往會(huì)導(dǎo)致本錢的增加，這個(gè)本錢增加是否值得應(yīng)從整體效應(yīng)中加以評(píng)價(jià)。假如將現(xiàn)在實(shí)施的強(qiáng)制型的能效限定值(eer)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)步10%，變成節(jié)能評(píng)價(jià)值的能效比（eer），不僅減少了電力需求量，降低了電網(wǎng)峰荷，節(jié)約了電力基建投資，節(jié)電收益將超過本錢增加值，其收益比可達(dá)1.43，總的結(jié)果是得大于失，利大于弊，具體的成果猜測(cè)表見下表：
* 本文在協(xié)作時(shí)參考了包括美國(guó)、歐盟、日本及國(guó)內(nèi)有關(guān)專家的研究成果和資料。在此向被引用數(shù)據(jù)和表格的各位作者表示深深的謝意。
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