空调节能研究论文

随着经济的迅速发展，能源和环境问题日益尖锐。在特别炎热的夏天，我们都切身地体会到了电力的紧张。可以预见，这种状况在今后还会出现，并且会日趋严重。一、暖通空调领域节能的重要性和可行性随着社会的发展，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，在发达国家已达到40%，据统计在湖南省也达到。在城市远高于这个比例。而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%-50%，且在逐年上升。随着人均建筑面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。这势必会使能源供求矛盾的进一步激化。另一方面，现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，如在我国的一些地区酸雨、飘尘问题呈日益严重之势，对生态环境和可持续发展带来了很大影响。以湖南长沙地区为例，2003年夏季电力系统最大负荷大约为160万千瓦，据有关部门推算，其中空调系统的负荷就占了约60万千瓦。在最热的夏天，如果对暖通空调系统采取节能措施，不仅可以大大缓解电力紧张状况，同时对于降低不可再生能源的消耗、保护生态环境、维持可持续发展、振兴湖南经济等都有着重要的意义。根据暖通空调行业的研究成果，现有空调系统的能耗是惊人的，如果采用节能技术，现有空调系统节能20%-50%完全可能。显然，如果对长沙地区的空调系统和建筑系统采用节能措施，那么即使遇到今夏那样的炎热天气，长沙也不会超过现有电力系统峰值而停电了。二、暖通空调领域节能的途径与方法科学技术的不断进步，使暖通空调领域新的技术不断出现，我们可以通过多种方法实现暖通空调系统的节能。1、精心设计暖通空调系统，使其在高效经济的状况下运行暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。例如系统往往都是按最大负荷设计的，而实际运行基本上是在部分负荷下运行，如果系统各部分的设计不能满足部分负荷运行的要求，那系统的能耗是很大的。又如新风系统的设计，系统应该能随着室外气象参数的变化改变新风量，以最大限度地缩短主机的开启时间。可以说空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。2、改善建筑维护结构的保温性能，减少冷热损失我们知道对于暖通空调系统而言，通过维护结构的空调负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的空调负荷的大小。所以在国家出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高维护结构的保温隔热性能。3、提高系统控制水平，调整室内热湿环境参数，尽可能降低空调系统能耗空调系统特别是舒适性空调系统对人体的作用是通过空气温度、湿度、风速、环境平均辐射温度进行的，人体对环境的冷热感觉是这些环境因素综合作用的结果。以往的空调控制方式仅仅是测控空气的温度湿度，甚至仅空气温度。显然是不全面的，势必带来许多问题，如空调系统对人体的作用不直接、当环境变化时对环境的调控不迅速、人体感到不舒适、空调系统的这种调控方式不节能。热湿环境研究成果的应用，为我们采用新的控制方式方法提供了理论基础。如果采用舒适性评价指标即体感指标作为空调系统的调控参数，如采用PMV或SET*指标对空调系统进行调控，不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能，据我们的初步研究表明，采用这种控制方法可使空调系统在人体舒适的条件下节能30%左右。4、采用新型节能舒适健康的空调方式如上所述，影响人体热舒适性的环境参数众多，不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果，但不同的热湿环境参数组合空调系统的能耗是不相同 的。例如在冬季，如果我们采用传统的空调方式，把整个室内的空气加热，通过空气实现人体与环境的热湿交换，就需要较高的空气温度，此时通过维护结构的热损失和加热新风的热损失都比较大。如果我们根据热湿环境的研究成果，改变传统的空调方式，增加辐射热（如低温地板辐射采暖），此时所需要的空气温度降显著下降，一般可达到12~14度，而传统方式一般在18~20度，显然后者比前者具有显著的节能效果。在夏季也有类似的结果。5、推广应用使用可再生能源或低品位能源的空调系统随着空调系统的广泛应用，空调对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的，它利源地下恒温层土壤热显著提高空调系统的COP值，使得同等制热（或制冷）量下的系统能耗大幅度下降。另外，利用太阳能供热或制冷技术也在开发研究着。6、开展冷热回收利用的研究运用工作，实现能源的最大限度利用目前许多空调系统冷热回收利用研究也在蓬勃开展，如空调系统排风的全热回收器，夏季利用冷凝热的卫生热水供应等，都是对系统冷热的回收利用，显著提高了空调系统能源利用率。三、存在的问题与对策要实现空调系统的节能降耗，已经具备了许多成熟的条件，但同时也存在许多问题有待于解决：1、暖通空调系统的设计管理问题如前所述，空调系统的设计对空调系统的节能性有着重要的影响。然而在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视，使得设计建造的系统不仅初投资大，运行能耗也相当惊人，大大超过了国家标准。据实测，有的公共建筑的空调能耗占建筑总能耗的60%。为此， 我们有必要建议政府有关职能部门加强对暖通空调设计项目的管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查，对未达到国家有关节能标准的设计严禁施工建造。2、暖通空调系统的运行管理问题除设计外，我们发现运行管理也起着重要的作用。有些单位的空调系统，一年四季只有开机关机和冬夏季转换操作，显然系统达不到相应的节能效果。为此 要求运行管理人员不仅要有强烈的责任心，上岗前还必须要进行系统的培训和考核，对没有达到要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。在调查中我们发现，同样一套系统，管理人员不同，系统的能耗大不相同，有的甚至相差50%以上。3、新型空调方式、控制方法及新的节能技术的开发应用问题如前所述，采用新型空调方式、新的控制方法，不仅能显著提高热舒适性而且可以使系统大幅度节能。在我省对新型空调方式和控制方法的研究可以说在全国都是比较早的，并且已经取得了一些可喜的成果，只要政府部门略加扶持这些成果将很快能得到适用，并形成产业化，对这些项目的实施，将对我省的能源、环境和经济都将起到巨大的推动作用。4、公众对空调系统作用的理解观念问题对于舒适性空调系统，从本专业的角度来讲就是使人体有好的热舒适性。而在社会上我们常常发现一种这样的观念：认为空调在夏季是越冷冬季越热效果越好。这显然与舒适性空调的出发点相违背的。事实上，这样不仅大大增大了空调系统的能耗，同时由于室内外温差的增大，也使人体对不同环境的适应性下降，身体免疫力降低。这些可以通过宣传改变人们的观念。5、使用可再生能源空调系统的开发推广应用问题利用可再生能源的暖通空调系统，如地源热泵空调系统、太阳能制冷、供热系统，不仅有着显著的环境和社会效益，有的还有着显著的经济效益（如地源热泵空调系统），应大力开发推广。当然，和其他任何新技术一样，这些技术也存在着一些问题（如地源热泵系统的地源热提取问题等），也需要进一步研究完善，也需要政府部门的重视和支持。综上所述，暖通空调系统在建筑节能中占据重要的位置，起着重要的作用，节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础，政府职能部门的重视和支持，则是实现大幅度节能、产生显著的环境和社会效益、推动经济发展的保证。

家用电器的市场状况和节能潜力 1.工业发展迅速，市场具有极大的消费潜力 随着经济的发展，中国已成为世界家电生产大国，从1986年至1996年，中国家电工业总产值以年均递增速度发展，主要家电产品产量跃居世界前列。 20世纪80年代，中国家用电器和电子产品经历了一个快速发展期，到20世纪90年代，市场需求增长速度开始放缓，但城镇市场在保有量已经很高的情况下，由于更新需求和增购需求，使市场需求保持稳定，同时，农村保有量较低，如电冰箱为，洗衣机为20%，购买需求稳步上升。 百户拥有率按照耐用消费品的使用寿命，中国自20世纪80年代大批进入家庭的家用电器已开始进入更新期，每年的换旧更新量非常可观。因此，在未来一段时间里，购家电数量和更新数量将呈上升趋势，市场需求空间很大。 2.节能潜力 近年来，我国人均用能量和能源需求总量逐年增加，其中居民用电量每年以10%-15%的速度增长，而能源消耗总量每年增长仅3%－5％，远大于同期全国电力消费总量的增长速度，居民生活用能量所占比例上升。 从1997年各种家用电器的耗电量看，电冰箱耗电量排在第一位，达，占第二位的是电视机，为 TWh，随后的是洗衣机和空调器，分别为 TWh、 TWh。据预测，家用电器的耗电量将继续增长，例如：由于空调器的年产量达1000万台，耗电量将逐步超过洗衣机、电视机，其他如微波炉、电加热器、电热水器、电脑等在未来几年中将急剧增长。 总体上说，中国家用电器的能源效率低于日本、美国及欧洲地区。据理论估算，通过采用更加严格的能效标准，电冰箱可以提高效率40%，年节电20TWh，若空调器达到美国的水平到2020年将节电72TWh，节能潜力很大。 我国家用电器的节能措施 自1990年中国每年的电力总容量新增16GW，建立起了庞大的电力工业设施。由于居民用电具有时间集中、季节性负荷大等特点，加重了峰谷电量差距的矛盾，使得电力系统负荷特性劣化、电网负荷率普遍下降，造成电力设施资源的浪费，同时因为中国发电是以煤为主要能源，也导致了CO2、SO2、NO2和灰尘排放量的持续增加。在这种形势下，必须开发节能技术和节能产品。目前主要的措施包括制定能源效率标准和实施能源效率标识（标志）。 1． 能效标准 能效标准作为提高产品能效、保护环境的重要手段和措施，受到世界各国的重视，美国、欧盟、澳大利亚、韩国等许多国家和地区先后制定和实施了强制性家用电器能源效率标准。根据国际气候变化政府协调组的估计，到2020年，在居民用电方面，节能技术可以减少CO2排放量的潜力约为35%，强制性标准和市场机制的转变将进一步促进排放量减少8%-13%。 我国的能效标准制定开始于20世纪80年代中末期，全国能源基础与管理标准化技术委员会在1989年制定颁布了第一批共9项家用电器能效标准。到20世纪90年代中期，中国政府对节能管理工作的力度逐渐增强，随着《中华人民共和国节约能源法》的贯彻实施和市场机制的不断完善，中国全面修订和逐步制定能效标准迎来了难得的机遇。 从1995年起，经国家质量技术监督局批准，全国能源基础与管理标准化技术委员会陆续开始组织首批能效标准的修订和部分新的家用电器和照明产品能效标准的制定工作。目前主要的能效标准有：《家用电冰箱电耗限定值及节能评价值》；《房间空气调节器能效限定值及节能评价值》；《家用电动洗衣机电耗限定值及测试方法》；《电熨斗电耗限定值及测试方法》；《自动电饭锅效率、保温电耗限定值及测试方法》；《彩色及黑白电视广播接收机电耗限定值及测试方法》；《收录音机效率限定值及测试方法》；《电风扇电耗限定值及测试方法》；GB17896《管形荧光灯镇流器能效限定值及节能评价值》。 在将来的工作中，将逐步开展超前性能效标准的研究，即提前公布未来将要实施的标准，能够为企业确定节能目标，留出一定时间给企业调整产品设计和生产。 （1）家用电冰箱能效标准及其作用 中国的家用电冰箱拥有量很大，至2000年全国电冰箱拥有量已达到1亿台，电冰箱耗电量占家庭用电量的近50%。根据市场发展的需要，在1996年到1999年间中国对标准进行了修订，在新标准中分别制定了电冰箱电耗限定值和节能评价值，由此将淘汰市场上近15%的高能耗产品。 电耗量限定值方程： Emax=(M×Vadj+N)/365 节能评价值： 节能评价值=电耗限定值×75% 值得一提的是，标准修订得到了家电企业的大力支持，各企业纷纷采用新技术，提高设计质量，产品能效水平得到了提高。据1999年的调查显示，中国主要电冰箱产品的能耗量比1997年降低了9%。 根据预测，在未来10年中，通过节能工作的开展，电冰箱能源效率将提高40%，将为消费者带来400亿元的实惠，减少730亿度的耗电量，减少CO2排放量亿吨。目前，根据我国的节能政策和电冰箱行业的发展，对能效标准进行修订已列入日程，要求将更加严格。 （2）房间空调器能效标准及其作用 新的房间空气调节器能效标准中主要规定了空调器额定状态下最小允许的能效比限定值及节能评价值指标。 据统计计算，新标准实施后，空调器能源效率将提高10%，在2001年至2010的10年间，预计CO2的减排量为×109 吨，煤炭消耗减少量×109 吨。同时降低电网峰荷和节约电力基建投资，收益率达（不计减排量等收益）。 （3）关于电器及电子类产品的待机耗电量 随着电器和网络产品的普及，其在待机状态下的耗电量不断增加，这类产品包括：电视机、录像机、计算机、复印机、打印机、电视用机顶盒等产品。由于这些产品是在很大的地区甚至是全世界范围内销售，在世界贸易中的份额很大，待机耗电量成为一个亟待解决的世界范围难题，需要国际性的政策和合作，来减少待机耗电量所造成的影响。 以中国的电视机为例，随着人民生活水平的提高，大屏幕、高功率产品拥有量上升。据统计，1998年电视机产量达3000万台，居民更新量500万台，全国拥有总量达3亿台，总耗电量非常可观。 与国际上同类产品的标准要求进行衡量，如美国的能源之星（不大于3W）和欧盟即将实施的最大允许耗电量指标（不大于）相对比，中国的电视机产品的能效水平分布状况。 以中国市场为例，约50%的产品有待机功能，新增或更新产品大部分均设有此功能。随着控制功能的增加和网络家电的普及，待机耗电量呈上升趋势。假定新增产品的使用情况开机时间与待机时间比例为6∶18（与欧盟相同），根据中国的拥有量进行估算，截止到2010年节能量将达到178亿kWh，可减少CO2排放×106tce(以碳基计算)。 2. 能效标识 能效标识是一种粘贴在耗能产品上的标志，注明产品的能源效率或能源年消耗量，标出产品的能源效率等级等信息。目的是要让消费者对自己将要购买的产品的能耗特性和耗能费用方面有所了解。能效标识现有两种基本类型： （1） 保证标识 保证标识，又称认证标识或认可标识，主要是对符合指定标准要求的产品提供一种统一的、且完全相同的标签，表示产品已达到标准要求。 美国的能源之星（Energy Star）和我国的节能产品认证属于保证标识。 我国的节能产品认证工作开始于1999年，结合ISO9000质量体系要求进行。目前产品包括：电冰箱、房间空调器、荧光灯镇流器、阻波器等产品。 （2）信息标识 信息标识主要用来给消费者提供一些有关产品的能耗、运行成本或其他重要特性等方面的信息，使消费者在做购买决定时，可以将能效与价格、可靠性等其他特性一同考虑。信息标识通常是强制性的。 信息标识又分为能效等级标识、连续性比较标识和纯信息标识三种。来自国际能源机构的资料表明，截至到2000年，世界上已有37个国家实施了能效标识制度，已经成功地减缓了家用、办公产品在消耗电能和天然气方面的增长势头，同时也减少了CO2等有害气体的排放。而且能效标识在鼓励技术开发、市场竞争、高效产品的销售以及市场转换等方面也非常有效。 在我国开展能效标识研究工作的意义 在我国开展能效标识的研究工作，主要是满足以下各方面的需要。 1.国际贸易的需要，促进国际间能效标识的相互认可由于世界各国能源及环境保护工作的需要，对本国生产和进口的家电产品的电耗或能效值提出了要求，如美国的法规要求在2001年后，进口的电冰箱电耗值必需降低30%，小型冷柜降低50%；在空调器产品贸易所涉及的国家中，76%制定了强制性能效标准或强制性能效标识，另外19%的国家实施了自愿性能效标准或标识制度，在此基础上，进一步商讨签订能效标识相互认可的协议,消除潜在的贸易壁垒，能效值成为衡量用能产品质量的重要指标之一。 2.消费者的需要， 能效标识能够为消费者提供指导，使消费者在购买用能产品时，得到直观的能耗（耗电量、能效）信息，判断产品的节能水平和日常使用费用。若没有能效标识，消费者购买产品时，无法对市场所提供的各种类型的产品特性进行比较，一旦购买，消费者将承担产品的运行能耗费用。目前，我国市场上流通的用能产品皆没有相关的能耗或能效信息，销售商对此也知之甚少，为消费者选购适宜的用能产品带来很大的困难。实施能效标识的目的就是填补此空白，给消费者传达有用的信息，提供一种公正、准确的方法，在相似条件下，对产品的能耗性能进行比较和排序，帮助他们决定购买何种产品。 3.鼓励制造商生产和销售比现有产品的能效更高的产品 通过增加在产品外观中的能源介绍并通过影响消费者购买决定的方法，标识可以将需要开发、生产并销售高能效产品的信息传达给制造商，将新的、更有效的产品引入市场。目前，中国正借鉴国外的成功经验，研究起草信息能效标识政策、实施管理办法、标识的信息内容和标识结构等，评估标识设计方案在市场转换中对消费者、零售商和生产商的影响，逐步在中国开始信息能效标识的试点和推广。