中國制冷空調(diào)工業(yè)的發(fā)展趨勢
高效節(jié)能是制冷空調(diào)設(shè)備制造業(yè)永恒的目標
◆我國的能源形勢
就能源物質(zhì)的儲量而言,我國是能源資源大國,但更是人口大國,如按人均占有量計算,又是能源短缺的國家。如按人口平均,可利用的煤炭和水能源不及世界人均水平的一半。
(1)能源資源的儲量是有限的—就世界范圍而言,據(jù)世界能源專家的預(yù)測,煤炭還能用220年,天然氣可用60年,而石油將在40年左右枯竭。這意味著再過兩個世紀左右的時間,被現(xiàn)在大量消耗的煤、天然氣和石油均被全部用光,如找不到新的能源,則世界將要變成寒冷黑暗的星球。
我國的能源資源的儲量同樣是有限的,煤炭探明的儲量是億噸,可直接利用的煤炭儲量1886億噸,天然氣是38萬億立方米,石油是32億噸。這些儲量如果平均分配到占世界20%的人口就會發(fā)現(xiàn)如果按現(xiàn)在的消費速度進行下去,中國將是第一個用光能源資源的國家,因為我們?nèi)司禾?、石油、天然氣資源量僅占世界平均水平的60%、10%和5%,因此我們不得不關(guān)心我國的能源安全問題。
(2)能源利用率低下—以煤為例,我國每噸標準煤的產(chǎn)出效率僅相當于日本的10.3%,歐盟的16.8%、美國的28.6%。我國每1美元的GDP的能耗是世界平均水平的3倍,是發(fā)展中國家的2倍??梢娢覈茉蠢寐手汀?/p>
?。?)能源資源分布不均—我國能源資源地域分布大體上是75%~80%分布在當前經(jīng)濟發(fā)展落后又貧窮、能源消耗小的北部、西部地區(qū),如東北、西北地區(qū),而能源消耗的60%以上是在東部、南部經(jīng)濟發(fā)達人們生活富裕的地區(qū),于是形成了北煤南運、西氣東輸?shù)木置?,鐵路運輸能力40%以上是用于煤炭運輸,同時造成了鐵路沿線的環(huán)境污染。
?。?)能源結(jié)構(gòu)不合理—我國長期以來能源消費都是以煤為主,煤在能源產(chǎn)量中所占的比例有越來越高的趨勢。
在世界許多國家實現(xiàn)了由煤到石油、天然氣的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,而我國由于石油、天然氣儲量低,以煤為主要能源而進行大量開采是必然的,而且這種情況會長期繼續(xù)下去,這就要求我們時刻關(guān)注以煤為主的一次能源消費所帶來的環(huán)境保護的壓力與影響。
自改革開放以來,我國經(jīng)歷了能源消費由低到高的發(fā)展過程,同時拉動了我國GDP的增長。但二者的增長速度不同,如2002~2003年我國GDP增長9.1%,而電力增長了16.3%,就是這樣仍然出現(xiàn)了不少地方拉閘限電的現(xiàn)象,使一些地方的經(jīng)濟發(fā)展受到了影響。
◆制冷空調(diào)設(shè)備的能耗
我國制冷空調(diào)設(shè)備制造業(yè)已成為向國民經(jīng)濟各個部門提供裝備,向提高人民生活水平的各個方面提供保證的裝備制造業(yè)的重要組成部分之一。
(1)制冷空調(diào)設(shè)備能源消費增長迅猛—隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的進一步提高,制冷空調(diào)設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛和普及,于是使制冷空調(diào)設(shè)備的能源消費增長很快,在能源消耗總量中所占的比重越來越大。
2004年上海市最大空調(diào)負荷所消費的電力約為657萬千瓦,占電網(wǎng)最大負荷的43.8%。而江蘇省全省最大空調(diào)負荷消耗電力約為1000萬千瓦,占全省最大用電負荷的33%左右。
(2)制冷空調(diào)設(shè)備的使用特性—制冷空調(diào)設(shè)備的使用大都是沖擊性負荷,而且季節(jié)性強,就是在每天不同的時間段所需的電力也各不相同。冷凍冷藏設(shè)備夏季運行與冬季運行由于工況的不同,所需電力是有明顯變化的,但其對電網(wǎng)的影響遠小于空調(diào)設(shè)備。空調(diào)設(shè)備大體上可以分為家用的空調(diào)設(shè)備(如家用空調(diào)器、空調(diào)柜機、窗式空調(diào)器等)、中央空調(diào)兩大類。中央空調(diào)主要用于工業(yè)用戶和第三產(chǎn)業(yè)用戶(如商場、影劇院、飯店酒家、寫字樓等)。家用空調(diào)使用率較低,而且持續(xù)使用的時間短,工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)所用空調(diào)設(shè)備則使用率較高,且連續(xù)使用的時間長。二者使用時基本上都是在用電高峰的時段,加劇了電力供應(yīng)的壓力,導致了電網(wǎng)的運行安全性、經(jīng)濟性問題的產(chǎn)生。
?。?)制冷空調(diào)設(shè)備市場空間增長—隨房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,隨城鎮(zhèn)化建設(shè)速度的提升,隨農(nóng)、牧、漁業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量的增長,為我國制冷空調(diào)設(shè)備的進一步發(fā)展提供了更廣闊的空間。建筑業(yè)的發(fā)展拉動了家用空調(diào)、中央空調(diào)的發(fā)展。近年來城市總建筑面積年均增加迅猛,其中住宅面積超10億平方米(見下圖)?,F(xiàn)在空調(diào)設(shè)備已由奢侈性消費品變成生活和工作環(huán)境的必需品,并在城鎮(zhèn)逐步普及。一座現(xiàn)代化建筑沒有配備空調(diào)設(shè)施已成為不可理解的怪事了。
農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品和水產(chǎn)品產(chǎn)量的增長、品種的增加和對外貿(mào)易的發(fā)展,對冷凍、冷藏及冷藏運輸提出了更高的要求。首先是糧食的儲藏,我國年產(chǎn)糧食~萬噸,需大量谷物冷卻機為糧食貯藏服務(wù)。其次肉類產(chǎn)量已達7260萬噸/年以上,水產(chǎn)品達4855萬噸以上,蔬菜產(chǎn)量已近5.5億噸,水果產(chǎn)量已超過萬噸,均需增加大量冷凍冷藏設(shè)備為之貯藏與保鮮,必然提出對能源需求。
由以上幾點可以看出制冷空調(diào)設(shè)備與鋼鐵、水泥等工業(yè)部門相比,雖不能稱為用電大戶,但由于制冷空調(diào)往往運行時正是用電高峰時間,對電力供應(yīng)沖擊很大;制冷空調(diào)設(shè)備的應(yīng)用范圍越來越大,國民經(jīng)濟所有部門,人民生活的各個方面均已離不開制冷空調(diào)設(shè)備,所以其能源消費量仍然是很可觀的,應(yīng)予以足夠的重視。
◆制冷空調(diào)設(shè)備的節(jié)能途徑
?。?)開發(fā)應(yīng)用高能效比的制冷空調(diào)設(shè)備—制冷空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在制冷空調(diào)設(shè)備節(jié)能工作中具有決定性作用。企業(yè)生產(chǎn)何種產(chǎn)品、效率如何、對消費者如何導向等,完全取決于生產(chǎn)企業(yè)。但僅僅依靠企業(yè)的自覺性還不夠,還需要國家的宏觀調(diào)控和政策的導向?,F(xiàn)在已有三項能效限定值及能源效率等級標準發(fā)布并已實施,即《冷水機組能效限定值及能源效率等級》(GB-2004)、《單元式空氣調(diào)節(jié)機能效限定值及能源效率等級》(GB-2004)和《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級》(GB.3-2004)發(fā)布實施,三項標準中對于能源效率劃分了5個等級,其中第5等為合格,是最基本的要求,如達不到5級則不允許生產(chǎn)、銷售,屬于淘汰產(chǎn)品,倡導企業(yè)生產(chǎn)和銷售1、2級產(chǎn)品,即節(jié)能型產(chǎn)品。這三個標準中的第5等級是強制性要求,是必須達到的,1級產(chǎn)品屬于通過努力爭取實現(xiàn)的目標,2級產(chǎn)品屬于市場先進水平,3、4級屬于我國平均水平。企業(yè)有了明確的方向,勢必推動行業(yè)的技術(shù)進步、產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
制冷空調(diào)設(shè)備是由制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器及各部件間的連接管路所組成的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)中制冷壓縮機是核心部分,研制開發(fā)高效制冷壓縮機是獲得高效節(jié)能制冷空調(diào)設(shè)備的關(guān)鍵?;钊綑C械誕生和應(yīng)用最早,已有百余年發(fā)展史,目前是技術(shù)完善程度最高的機型,現(xiàn)代投入研究開發(fā)力度較大的機型是螺桿和離心式制冷壓縮機。
螺桿制冷壓縮機作為商品投放市場已有半個多世紀的時間了,這期間經(jīng)過各國的努力,使螺桿制冷壓縮機的效率有明顯提高,應(yīng)用范圍不斷擴大,以成為各國的主打品牌。我國在20世紀70年代有螺桿式制冷壓縮機投放市場,現(xiàn)在已形成了完整的產(chǎn)品系列,從轉(zhuǎn)子公稱直徑63、80、100、125、160、200、250、315直到510均有產(chǎn)品在運行。對壓縮機效率影響最大的是螺桿轉(zhuǎn)子齒型,現(xiàn)在我國已開發(fā)出具有自己知識產(chǎn)權(quán)的高效螺桿轉(zhuǎn)子齒型;同樣離心制冷壓縮機在我國也形成了自己的研發(fā)隊伍,有了具有自己知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品,這一切就是進一步提高制冷空調(diào)設(shè)備能源效率等級的良好基礎(chǔ)。有了高效節(jié)能壓縮機還要有高效換熱器與之配套形成完整的優(yōu)化的制冷空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)。而高效換熱器最重要的材料高效傳熱管已有多個企業(yè)可以大批量生產(chǎn)。今后只需在制冷空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的環(huán)節(jié)加大投入力度,則可望實現(xiàn)制冷空調(diào)設(shè)備能源效率的升級。
?。?)合理地使用已有的能源—電能不是制冷空調(diào)設(shè)備唯一的能源,應(yīng)加大利用廢熱、天然氣為能源的制冷空調(diào)設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用。如發(fā)展冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備,又如開發(fā)利用天然氣為能源的溴化鋰吸收式制冷機(三效)、以天然氣為能源的發(fā)動機拖動制冷壓縮機的制冷空調(diào)機組等都應(yīng)該是值得投入的產(chǎn)品。減少電力高峰用電,減少發(fā)電設(shè)備投入。
?。?)開發(fā)與利用蓄冷空調(diào)設(shè)備—蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)是使制冷設(shè)備利用低谷電制冷,將冷量以水、冰等形式儲存起來,在空調(diào)高峰負荷時段部分或全部地利用儲存的冷量向空調(diào)系統(tǒng)供冷,以達到降低制冷設(shè)備安裝容量和減少運行費用,減輕對電力供應(yīng)的壓力,確保電網(wǎng)運行的安全。此設(shè)備雖不是節(jié)能的,但卻可以移峰填谷,使電力系統(tǒng)運行安全,同時也可以降低對電網(wǎng)系統(tǒng)的投資。
蓄冷空調(diào)設(shè)備有水蓄冷空調(diào)設(shè)備、冰盤管式蓄冷系統(tǒng)、相變材料式(冰球)蓄冷系統(tǒng)、冰片剝落式蓄冷系統(tǒng)和冰晶式蓄冷系統(tǒng)等,不同型式均有其合適的應(yīng)用場合,應(yīng)根據(jù)需要確定應(yīng)開發(fā)的產(chǎn)品型式。
開發(fā)、應(yīng)用環(huán)保型制冷空調(diào)設(shè)備
◆推廣使用環(huán)保制冷劑
?。?)我國淘汰ODS的進展概況—制冷劑的排放與泄漏對人類共同的家園—地球生態(tài)環(huán)境的影響有消耗臭氧層和使地球變暖加劇溫室效應(yīng)兩個重要方面。
根據(jù)《蒙特利爾議定書》的規(guī)定,1999年發(fā)展中國家就進入實質(zhì)性履約時期,要求實現(xiàn)主要消耗臭氧層物質(zhì)氯氟烴(CFCs)生產(chǎn)和消費凍結(jié)在1995~1997年的平均水平上。我國政府1993年1月就已批準實施《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)國家方案》,并得到了多邊基金第九次執(zhí)委會認可。在國家方案的正確指導下和多邊基金的支持下,我國消耗臭氧層物質(zhì)(ODS)淘汰活動取得了很大進展,已實現(xiàn)了第一階段的淘汰目標。國家要求新生產(chǎn)的CFCs只能用于已在用的制冷空調(diào)設(shè)備的維修方面,CFCs產(chǎn)量到今年必須消減50%,到2010年全部停止生產(chǎn),在用設(shè)備維修只能使用回收再生的CFCs。
一般制冷空調(diào)設(shè)備的使用壽命在15~25年,在其中使用壽命期間因檢修、泄漏需補充CFCs,因此我國對于制冷空調(diào)設(shè)備維修行業(yè)給與了很大重視,維修行業(yè)的CFCs淘汰已成為按時實現(xiàn)CFCs全面淘汰的關(guān)鍵。中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會正在準備起草CFCs回收再利用的有關(guān)規(guī)定,以推進國家方案的落實。
通過實施《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)國家方案》,建立了實施《蒙特利爾議定書》的多邊基金項目管理體制,有效地控制了消耗臭氧層物質(zhì)的生產(chǎn)和消費,1997年開始全面展開了淘汰ODS的活動,尤其是在《中國汽車空調(diào)行業(yè)CFC-12整體淘汰計劃》、《中國泡沫行業(yè)整體淘汰CFC計劃》等六個行業(yè)計劃提出并執(zhí)行后,已提前實現(xiàn)了《議定書》要求的控制目標。到20世紀末我國50余家冰箱、冰柜生產(chǎn)企業(yè)均完成了以HFC-134a、R600a取代CFC-12的改造;汽車空調(diào)已于2002年1月1日起所有新生產(chǎn)的汽車停止裝入以CFC-12為工質(zhì)的汽車空調(diào),而以HFC-134a替代;目前新生產(chǎn)的各種型式制冷空調(diào)設(shè)備均已不再使用CFC-12為制冷工質(zhì)。
(2)我國當前在用的制冷工質(zhì)—當前我國應(yīng)用較多的制冷工質(zhì)有HCFCs(R22、R123)、HFCs(R125、R134a)和無機化合物(NH3[R717]、H2O、CO2),它們的破壞臭氧層潛值ODP和全球變暖潛值GWP如下表。
從對臭氧層的破壞和對地球大氣環(huán)境的影響來看,當前采用的制冷工質(zhì)中CFCs已不再繼續(xù)使用,在用的HCFCs和HFCs也不是可以永久使用的制冷工質(zhì),雖然HFCs對臭氧層破壞潛能值是0,但其使全球變暖潛能值巨大,令人不得不重新審視對此類物質(zhì)的應(yīng)用。而無機化合物中的H2O、CO2、NH3(R717)無論是在對臭氧層的破壞還是對形成溫室效應(yīng)的影響都是值得給予關(guān)注的,應(yīng)該很有應(yīng)用前景的物質(zhì)。
對于制冷工質(zhì)的選擇時,尚應(yīng)注意其安全性,其安全性分類如下表。
NH3(R717)是應(yīng)用較早的制冷工質(zhì),直至今天仍有不少制造廠還在生產(chǎn)NH3為制冷工質(zhì)的制冷空調(diào)設(shè)備,究其原因是其熱力性能好,泄漏易于發(fā)現(xiàn),且制造技術(shù)發(fā)展到今天,對于泄漏問題的解決已有成熟的經(jīng)驗。NH3雖然是高毒性物質(zhì),NH3的制冷設(shè)備仍在不少國家或地區(qū)使用,甚至有些國家又重新研究NH3的制冷設(shè)備。這也是應(yīng)關(guān)注的趨勢。何況NH3的泄漏對于臭氧層、全球變暖無影響,所以不排出NH3制冷設(shè)備再次進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
◆與環(huán)境友善的制冷空調(diào)設(shè)備
制冷技術(shù)的發(fā)展給人類社會的進步和人們生活水平的提高曾有不小的貢獻,但同時也給人類生存的環(huán)境造成了不可忽視的破壞,這種破壞除了機械噪聲對環(huán)境破壞之外,還有上邊提到的破壞臭氧層、溫室效應(yīng)等都直接影響了人們的正常生活,僅1998年因全球氣候變暖造成的損失就達900億美元??梢婇_發(fā)與環(huán)境友善的制冷空調(diào)設(shè)備已是迫在眉睫的任務(wù)。
(1)開發(fā)并應(yīng)用低噪聲、無泄漏的制冷空調(diào)設(shè)備—對于裝備制造業(yè),低噪聲、無泄漏是永遠追求的目標之一。對于任何裝備所產(chǎn)生的噪聲都是由輸入裝備驅(qū)動能量因裝備設(shè)計結(jié)構(gòu)不當,加工粗糙所產(chǎn)生的。這就要求優(yōu)化裝備的設(shè)計與制造,以適應(yīng)環(huán)保的要求。
?。?)開發(fā)應(yīng)用廢棄的能量(如廢熱驅(qū)動的制冷空調(diào)設(shè)備)—在日常的生產(chǎn)活動中、日常生活中,不斷有廢棄的熱量和廢水被排到周圍的環(huán)境中,這部分能量如不能被利用,則會造成城市的熱島現(xiàn)象。同時加劇了溫室效應(yīng)。溴化鋰吸收式制冷機就可以很好地利用發(fā)電廠廢熱為能源實現(xiàn)制冷。但應(yīng)該注重提高溴化鋰吸收式制冷機的能效比。以工業(yè)廢水和生活污水為主的城市污水作為熱源的熱泵機組是應(yīng)該開發(fā)與推廣的裝備之一。
?。?)地源熱泵—利用地熱時應(yīng)該以不破壞動、植物的存活與繁衍為前提,如地下埋管為換熱器的熱泵系統(tǒng),應(yīng)將埋管的深度設(shè)到冬季不影響冬眠動物的生存(如蛇、蛙等),夏季不影響地表植物根系的生長。
擴大制冷空調(diào)設(shè)備服務(wù)領(lǐng)域
◆為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民服務(wù)
?。?)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品深加工提供裝備—我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展,糧食的產(chǎn)量持續(xù)上升,已基本解決了吃飯問題。2004年糧食產(chǎn)量達萬噸,比上年增長1.7%;蔬菜萬噸,比上年增長1.7%;水果萬噸,比上年增長5.0%;肉類總產(chǎn)量7260萬噸,比上年增長4.7%;水產(chǎn)品4855萬噸,比上年增長3.2%。產(chǎn)量均為世界絕對第一,特別是糧食歷來都把它當作戰(zhàn)略物質(zhì)加以重視?,F(xiàn)在已有谷物冷卻機投入使用,但利用低溫技術(shù)進行糧食貯存還不普及,應(yīng)推廣。我國蔬菜、肉類、水產(chǎn)品產(chǎn)量巨大,同時也是國際市場受歡迎的產(chǎn)品,應(yīng)該為之提供不同用途的速凍、冷藏、冷藏運輸?shù)仍O(shè)備。對于已形成的“冷鏈”,應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展,消除“冷鏈”中的瓶頸,以適應(yīng)國內(nèi)外兩個市場的需求。
?。?)全面建設(shè)小康社會最重要的方面是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、農(nóng)產(chǎn)品深加工、農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移,城鎮(zhèn)人口比例大幅度提高,更大程度上縮小城鄉(xiāng)差別,使農(nóng)民過上更加富裕的生活。城鎮(zhèn)化建設(shè)實質(zhì)是改變了農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民的生產(chǎn)方式、生活方式和生活質(zhì)量。工作環(huán)境和生活環(huán)境的改善是和空調(diào)設(shè)備、熱泵機組密切相關(guān)的,生活水平的提高還和冷凍、冷藏設(shè)備、冷藏運輸設(shè)備相關(guān)。總之城鎮(zhèn)化建設(shè)需大量的制冷空調(diào)設(shè)備、交通運輸設(shè)備為之配套、服務(wù)。
◆為工業(yè)發(fā)展和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)服務(wù)
(1)為食品工業(yè)提供裝備—速凍食品和飲料已成為世界發(fā)展最快的食品工業(yè)最重要的產(chǎn)品之一,近年來貿(mào)易量正以30%的速度在增長,世界此類食品總產(chǎn)量已達6000萬噸以上,品種已達3500個,而我國速凍食品尚處起步階段。目前我國速凍食品消費水平僅為美國的4%~5%左右,我國必將迎來速凍食品大發(fā)展的新局面,制冷空調(diào)設(shè)備制造行業(yè)應(yīng)根據(jù)速凍食品特殊的需要,研制新產(chǎn)品。
?。?)為水電站建設(shè)服務(wù)—水電站建設(shè)是我國今后能源發(fā)展重點,制造大型移動式制冷機組、冷水機組、片冰機,更好地裝備水電站建設(shè)中的混凝土攪拌廠,以提高大壩澆注質(zhì)量和保證大壩工期。
?。?)為改善工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境提高工作效率服務(wù)—創(chuàng)造車間合適的溫度、濕度條件,對于提高勞動效率是一個保證條件,不同類型的工廠,需不同的環(huán)境條件,各設(shè)備制造業(yè)應(yīng)結(jié)合不同需求,開發(fā)不同型式的空調(diào)設(shè)備為之服務(wù)。
◆為科學技術(shù)、文化教育和醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)
?。?)科學研究—首先是為科學家提供一個最合適的工作環(huán)境,其次是為他們創(chuàng)造一個科研中的必需低溫條件。如凍土研究所,就必須根據(jù)需要創(chuàng)造不同的低溫,協(xié)助科學家完成研究工作。其他許多方都可能提出對溫度的要求,制冷設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)深入實際,為之提供制冷設(shè)備的保證。
?。?)文化教育、醫(yī)藥衛(wèi)生—一是工作、學習的環(huán)境保證,一是提供試驗條件,一是生產(chǎn)條件。對于衛(wèi)生事業(yè),如醫(yī)院,應(yīng)注意不同病區(qū)、療區(qū)的環(huán)境的分隔,并注意溫、濕度要求的差異,這樣才能有效地保證患者的康復和無互相傳染。
◆為國防建設(shè)服務(wù)
?。?)我國地域廣大,氣候條件復雜,尤其邊境線漫長,條件各異,無論是武器裝備的貯藏,還是運輸設(shè)備等均需有制冷空調(diào)設(shè)備為之創(chuàng)造合適的條件。如坦克、裝甲車的空調(diào)、艦艇、潛艇的空調(diào)等。
?。?)提供低溫試驗條件以確保武器裝備在任何惡劣條件都可以投入使用,如航空、航天儀表的低溫試驗等,這都需要制冷空調(diào)設(shè)備制造企業(yè)與用戶結(jié)合,研制最合適的設(shè)備為特殊需要服務(wù)。