无尘室中风冷压缩单元式空调器节能(néng)分(fēn)析

1 选题背景

   改革开放 30 年来，我國(guó)经济的发展凭借着10%的年经济增長(cháng)率已近跃居世界第三大经济國(guó)和第二大能(néng)源消费國(guó)。我國(guó)目前有(yǒu)超过13亿的人口，占全球人口的 1/5，是美國(guó)和西欧人口总数的近两倍。每年平均有(yǒu) 1800 万人口从农村涌入城市。中國(guó)的住宅建筑面积是美國(guó)的两倍甚至更多(duō)，而每年新(xīn)增的发電(diàn)量都高于英國(guó)全年的发電(diàn)总量。根据预测，未来 15~20 年内我國(guó)的城市化进程将持续增長(cháng)，由此将引发建筑面积翻番，超过200所城市的平均人口达到100万以上。如何提高能(néng)源使用(yòng)效率是我國(guó)环境政策的重要目标之一。在“十二五”期间，建筑节能(néng)项目将占國(guó)家节能(néng)项目的 40%。

2 研究意义

   风冷压缩式空调器由于技术成熟，价格低廉，应用(yòng)简单，而便于小(xiǎo)型用(yòng)户和分(fēn)户计量用(yòng)户使用(yòng)。同时由于其应用(yòng)的季节性强，备受人们关注。空调节能(néng)也是每年仅次于温室气體(tǐ)排放的业内人士关心的问题。由于风冷压缩式空调器应用(yòng)较為(wèi)成熟、普及，那么合理(lǐ)的应用(yòng)或者合理(lǐ)的从能(néng)量和原理(lǐ)方面进行优化组合，则是实现主动节能(néng)的一种思路。主动节能(néng)有(yǒu)别于控制节能(néng)、变频节能(néng)，其旨在从设备本身的合理(lǐ)优化利用(yòng)来实现节能(néng)，在做好专业主动节能(néng)的前提下，与各种控制节能(néng)措施相互配合，将能(néng)产生更好的节能(néng)效果。

   将以上述思路為(wèi)指导，从传统的风冷压缩单元和热泵机单元的组合入手，以夏季工况下的热水需求与制冷需求為(wèi)对象进行探讨。

3 传统风冷压缩式机组的节能(néng)方式简析

3.1 提高压缩机的工作压力

   分(fēn)析 ：

   a. 技术方面：技术难度加大。由于需要提高压缩机的工作压力势必要直接导致冷凝器、蒸发器、系统管路都要提高压力等级。

   b. 经济方面：由于设备压力等级提高必然导致成本提高。近年来，有(yǒu)色金属特别是空调用(yòng)的主要材料钢铁和铜价格不断上涨。机组效率虽然有(yǒu)所提高，但造价也随之增大，实不可(kě)取。当然这也是市场上很(hěn)少有(yǒu)很(hěn)高压力的风冷机的一个主要原因。

3.2 增大“两器”（蒸发器、冷凝器）的换热面积及提高换热效率

分(fēn)析 ：

   a. 技术方面：增大换热面积是提高效率的可(kě)行手段，但是换热面积并不能(néng)无限制地增大，不同功率的设备换热面积也是有(yǒu)所限制的，同时由于兼顾美观、空间等因素，无论是蒸发器还是冷凝器都不宜做得过大；提高换热效率的研究在暖通领域一直以来都是研究的焦点，但是目前并没有(yǒu)十分(fēn)有(yǒu)效的技术诞生。

   b. 经济方面：增大换热面积和采用(yòng)新(xīn)型的换热技术势必增加成本，然而对于单一功能(néng)的设备在增大投入换取效率的小(xiǎo)幅度提高的同时，我们还更应该為(wèi)用(yòng)户多(duō)加考虑。

3.3 增大“两器”（蒸发器、冷凝器）风量

   分(fēn)析 ：

   a . 技术方面：增加“两器”风量，技术方面完全可(kě)行，换更大的风扇就可(kě)以了，但是随之而来的是噪声、振动的加大，考虑到此类空调多(duō)是舒适性空调，主要為(wèi)人员服務(wù)，须慎重选择。

   b. 经济方面：增大“两器”风量，必然引起风机能(néng)耗加大。考虑到风机风量加大所产生的噪声和振动，势必要在减震和减噪上有(yǒu)一定投入。

4 空气源热泵热水模块＋空气源压缩制冷模块机模式一

   我们设想了如图1、图2两个工作模式的热泵热水＋风冷制冷单元的风冷空调机。

  （1）室外空气。

  （2）经过空气源热泵热水模块降温的空气，通过压缩制冷模块。

  （3）经过压缩制冷模块升温后的空气。在图1的工作模式下，夏季室外较高温度的空气1，首先经过空气源热泵热水模块，在空气源热泵热水模块中空气中的部分(fēn)热量转移到水中使自身温度降低形成空气2，从空气源热泵热水模块出来的温度降低的空气2，进入压缩制冷模块在压缩制冷模块中与冷凝器进行热交换温度升高3 排出。整个流程中空气中的一部分(fēn)热量加热了水，此过程中产生热水的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電(diàn)发热效率要高（热泵原理(lǐ)不再赘述），尤其是夏季我们开空调制冷时室外温度一般都较高，此时热泵热水的效率更高。经过空气源热泵热水模块的空气温度已经降低，此时较低温度的空气2 冷却压缩制冷模块的冷凝器，经过压缩制冷模块的空气3 回到室外空气中，整个流程中，室外空气先经过热泵热水模块再经过压缩制冷模块的目的就是為(wèi)了更加高效地提高制冷效率，同时能(néng)够得到热水这个副产品，夏季热泵热水出水温度一般在 50℃左右，正好满足我们的盥洗沐浴要求，相对于電(diàn)热水器，更加高效节能(néng)。

   针对上述流程，筆(bǐ)者的思路是通过热泵技术提高热水的效率，同时提高了风冷的效率，实现了電(diàn)能(néng)的合理(lǐ)高效的利用(yòng)。

5 空气源热泵热水模块＋空气源压缩制冷模块机模式二

  （1）室外空气。

  （2）经过压缩制冷模块升温的空气，通过空气源热泵热水模块。

  （3）经过空气源热泵热水模块降温的空气。在图2 的工作模式下，夏季室外空气1 首先经过空气源压缩制冷模块，与风冷机冷凝器发生热交换后温度升高，温度升高后的空气2进入空气源热泵热水模块，由于经过与空气源压缩制冷模块后的空气温度遠(yuǎn)高于室外空气温度，空气2进入热泵热水模块后热泵热水的效率会明显有(yǒu)所提高。

   针对上述流程，筆(bǐ)者的思路是通过利用(yòng)压缩制冷后冷凝器排出的较高温度的热空气，提高热泵制取热水的效率，实现了電(diàn)能(néng)的合理(lǐ)高效的利用(yòng)。

6 夏季工况下基于室内空气為(wèi)热源的热泵热水器

   这个流程的思路是夏季工况下利用(yòng)室内空气為(wèi)热源制取热水，即制取热水的同时降低了室内空气的温度，做到了能(néng)量的合理(lǐ)利用(yòng)。在空调房间热负荷较小(xiǎo)或面积较小(xiǎo)的情况下，為(wèi)了产生足够的热水，可(kě)以开窗通风，这样一方面降低了室内温度，另一方面减少了電(diàn)热水的能(néng)源浪费，更為(wèi)重要的是解决了夏季房间新(xīn)风问题，提高了室内空气品质。

7 结论

   通过上述分(fēn)析，依靠传统的风冷压缩式空调器的运行原理(lǐ)，合理(lǐ)地对蒸发器、冷凝器进行模块化设计，既可(kě)获得生活热水，又(yòu)可(kě)為(wèi)房间制冷，在能(néng)源综合利用(yòng)方面有(yǒu)一定的应用(yòng)优势。