绿色制冷空调技术的应用与发展

戴书坚安徽滁州安康电器有限公司２３９０００

前言

随着地球环境日益恶化，臭氧层的破坏、温室效应的增加，特别是近几年在我国乃至全球出现的ＳＡＲＳ、禽流感、流脑等病毒，以及日益减少的自然能源，使人们更加意识到环保和节能的重要。开发新能源和可再生能源已经成为许多发达国家和发展中国家２１世纪能源发展战略的基本选择；我国政府明确表示，在新的世纪要高度重视绿色环保事业，并将其作为我国二十一世纪可持续发展战略的重要内容。国家环境保护总局发布的《环境产品的技术要求》和国家质量监督检验总局与今年３月１日强制实施的《冰箱、空调产品电耗限定值及能源效率等级》，更是使制冷行业不得不在环保和节能上施以重笔。

本文着重从环保和节能的角度简要介绍和分析绿色空调产品的研究和开发动向，以及绿色环保制冷剂的应用前景。

节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化，这部分工质完成的循环是制冷循环。另一部分通过循环泵升压后进入换热器，重新吸热汽化。（３）光电式太阳能空调

这种制冷系统实质是太阳能发电的一种应用。它利用光伏转换装置将太阳能转化成电能，经过逆变（高频或者工频）后驱动一般的压缩式制冷机，其制冷系统与通常的压缩式制冷系统完全一样。

（４）金属氢化物空调

该系统利用金属氢化物在不同温度下放氢和吸氢过程中吸放热原理进行工作，可在低温下运行。一旦金属氢化物成本降低，吸放氢性能与寿命进一步提高，将会是一种有前景的太阳能空调技术，目前它已成为国内外专家研究开发的热点之一。

１．２，燃气空调及其应用

由于我国约８０％的电力来自煤炭发电，所以燃气空调取代电力空调的环境效益非常突出。采用燃气作为能源，可以大大减少燃煤所产生的ＣＯ２的排放量，防止地球变暖；同时ＳＯ２炭渣的减少，对环境的污染有着非常大的改善。

再则，燃气空调是一种稳定的燃气消耗设备，用电高峰期在夏季，城市电力和燃气要求的峰谷具有良好的互补性，所以燃气空调不仅能够削减电力高峰负荷，减少电力投资；也能对燃气起到填谷的作用，提高燃气管网的利用率，降低燃气成本。

用燃气作为热源的空调方式具体有以下几种：（１）燃气锅炉＋吸收式制冷机

主要包括：燃气蒸汽锅炉＋蒸汽型吸收式制冷机；燃气高温水锅炉＋高温热水型（二段热水型）溴化锂吸收式制冷机。

（２）双效燃气直燃型溴化锂吸收式冷水机组直燃型溴化锂吸收式冷水机组是以燃气或燃油直接燃烧驱动的双效型吸收式制冷机，由于油价高，运输不方便，目前，大多数直燃机是以燃气为主。（３）多效直燃型吸收式制冷机组

由于目前的蒸汽式和直燃式溴化锂机组的一次能源效率均较低，

一般都低于电动压缩式机组。因此国内外都在开发研制三效、四效溴化锂吸收式冷水机组。这种多效机组提高效率的方法主要有：“冷剂蒸汽凝结热的多次利用”和“利用冷剂蒸汽被溶剂吸收时产生的吸收热的多次利用”。

１．３，地源热泵空调系统

自２０世纪７０年代初世界上出现第一次能源危机空调对臭氧层的破坏，各国科学工作者就从来没有停止对其进行研究和探讨。由于其高效、节能的特点，在日本、北美、及中、北欧等国家得到了广泛的应用在美国，到２００１年４月为止已安装了４０多万台地源热泵，且每年以１０％的增长速度递增。同时出现了象Ｗａｔｅｒｆｕｒｎａｃｅ、Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ、ＤＸ、Ｈｙｄｒｏｎ等生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业。在中、北欧国家，地源热泵主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水。

我国在该领域的研究起步较晚，但受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具有的节能和环保优势，这项技术受到了国人越来越多的重视，该方面

的研究日益活跃，越来越多的技术人员开始投身于此项研究。近几年更取得了突破性的进展，清华大学工程与山东海阳富尔达公司率先研制成功了富尔达地温空调。随着大型螺杆机组及海水热源中央空调的开发成功，到２００２年６月，在全国已有６００处工程５００万平方米建筑安装使用该系列产品。

２，ＣＦＣｓ制冷剂的替代和绿色环保

制冷剂的研究

众所周知，ＣＦＣｓ（氟氯烃）制冷剂对大气臭氧层有严重的破坏作用，这日益引起全人类的关注。１９８７年各国首脑共同签署的《蒙特利尔协议书》规定全世界将停止生产和使用ＣＦＣ制冷剂，１９９２年哥本哈根协定又进一步规定了发达国家将提前于１９９６年１月１日起完全停止生产和禁止销售ＣＦＣｓ产品。中国于１９９１年６月加入蒙特利尔协定，根据国家环保总局最新公告，中国将在２０１０年全面禁ＣＦＣｓ的生产，在全国范围全面取消３７条ＣＦＣｓ生产线。

对ＣＦＣｓ的替代工作大致有以下三个方向：２．１，人工合成的替代工质，主要是ＨＦＣｓ此类替代物ＯＤＰ（臭氧消耗潜能）＝０，但大部分ＧＷＰ（温室效应潜能）值较高，属于温室气体，但其排放量占整个温室气体排放的比例很小，１９９７年约为１％，预计２００３年为２．４％，目前ＨＦＣｓ被认可和接受的典型代表是Ｒ１３４ａ，它已被广泛使用于制冷行业。由于该类工质于常用制冷压缩机的矿物润滑油及烷基苯润滑油不相容，而且应用于合成油与酯类油对系统和制冷剂含水量的要求要比所替代的工质高得多，因此对使用该类工质的系统，需要从压缩机效率、润滑系统、干燥密封系统、换热器效率等进行全面的开发和改造。

２．２，纯天然的替代工质，主要为碳氢化合物、氨和ＣＯ２等此类替代物ＯＤＰ＝０，ＧＷＰ值很小。应用较为典型的碳氢类物质为Ｒ６００，这类物质的缺点是易燃爆导致安全性差，必须严格控制系统的泄漏排放，并加强安全预防措施。近十年来对天然工质的研究正逐步深入，国际组织对其应用前景十分重视，２００２年在中国召开的国际制冷学会第五届天然工质会议，广泛交流和讨论了天然工质的基础研究—热物理特征和安全性，天然工质制冷装置和设计创新等。其中ＣＯ２超临界循环的汽车空调目前以在德国的公交运输中投入使用。专家认为，在启动淘汰的ＣＦＣｓ计划中，采用天然工质替代将是长期方案，对于制冷行业，２１世纪将是天然工质的世纪。

２．３，混合制冷剂（ＨＣＦＣｓ＋ＨＦＣｓ）的研制由于纯天然工质的易然性和高成本，在ＣＦＣｓ替代的相当长的过渡时期，ＨＣＦＣ在以下三个方面必不可少：

（１）绝大部分制冷和空调应用场合；（２）隔热材料的生产过程；

（３）某些空间有限的防火灭火应用场合。因此，各国专家为了迅速有效地减少臭氧层的破坏进而恢复臭氧层，纷纷用ＨＣＦＣｓ＋ＨＦＣｓ的混合工质作为过渡替代物，这些替代物具有较低的ＯＤＰ值，而且使用方便和高效，目前较常用的混合工质有Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ（替代Ｒ２２）以

１，几种绿色空调产品及技术

１．１，太阳能制冷空调技术

太阳能作为一种可再生清洁能源，长期以来一直受到科学家的研究和重视。在太阳能的利用中，太阳能制冷空调是一个极具发展前景的领域空调对臭氧层的破坏，也是当前制冷技术研究中的热点。

太阳能制冷具有以下几个优点：首先是节能，据统计，国际上用于民用空调所耗电能约占民用总耗电的５０％。而太阳能是取之不尽，用之不竭的。其次是环保，根据《蒙特利尔议定书》，目前压缩式制冷机主要使用的ＣＦＣ类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用，现在各国都在研究ＣＦＣ类工质的替代技术（本文将在第３节详述）。太阳能制冷一般采用非氟氯烃物质作为制冷剂，ＤＯＰ（臭氧层破坏系数）和ＧＷＰ（温室效应系数）均为零，适合当前环保要求，同时可以减少燃烧石化能源发电带来的环境污染。

太阳能制冷的另外一个优势是热量的供给和冷量的需求在季节和数量上高度匹配。太阳辐射越强、气温越高，冷量需求也越大。太阳能制冷还可以设计成多能源系统，充分利用余热、废气、天然气等其他能源。

目前常用的太阳能制冷空调技术主要有以下几种类型：

（１）吸收式太阳能空调

吸收式制冷是利用溶液浓度的变化来获取冷量的装置，即制冷剂在一定的压力下蒸发吸热，再利用吸收剂吸收蒸汽。它相当与用吸收器和发生器代替压缩机，热能可以利用太阳能、低压蒸汽、热水、燃气等多种形式。

该系统应用较为广泛，它将常规的溴化锂或氨水吸收式空调机与太阳能热水系统相结合，实现夏季制冷、冬季供热功能。（２）喷射式太阳能空调

喷射式制冷系统的原理如图１所示。制冷剂在换热器中吸热（太阳能）后汽化、增压，产生饱和蒸汽，蒸汽进入喷射器，经过喷嘴高速喷出、膨胀，在喷嘴附近产生真空，再将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器，经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结，然后冷凝液的一部分通过

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