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中国制冷空调工业的发展趋势 [2007-1-6]来源:中国制冷空调工业协会副秘书长 尚世任
      高效节能是制冷空调设备制造业永恒的目标

◆ 我国的能源形势

就能源物质的储量而言,我国是能源资源大国,但更是人口大国,如按人均占有量计算,又是能源短缺的国家。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)能源资源的储量是有限的 — 就世界范围而言,据世界能源专家的预测,煤炭还能用220年,天然气可用60年,而石油将在40年左右枯竭。这意味着再过两个世纪左右的时间,被现在大量消耗的煤、天然气和石油均被全部用光,如找不到新的能源,则世界将要变成寒冷黑暗的星球。

我国的能源资源的储量同样是有限的,煤炭探明的储量是10000亿吨,可直接利用的煤炭储量1886亿吨,天然气是38万亿立方米,石油是32亿吨。这些储量如果平均分配到占世界20%的人口就会发现如果按现在的消费速度进行下去,中国将是第一个用光能源资源的国家,因为我们人均煤炭、石油、天然气资源量仅占世界平均水平的60%、10%和5%,因此我们不得不关心我国的能源安全问题。

(2)能源利用率低下 — 以煤为例,我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%,欧盟的16.8%、美国的28.6%。我国每1美元的GDP的能耗是世界平均水平的3倍,是发展中国家的2倍。可见我国能源利用率之低。

(3)能源资源分布不均 — 我国能源资源地域分布大体上是75%~80%分布在当前经济发展落后又贫穷、能源消耗小的北部、西部地区,如东北、西北地区,而能源消耗的60%以上是在东部、南部经济发达人们生活富裕的地区,于是形成了北煤南运、西气东输的局面,铁路运输能力40%以上是用于煤炭运输,同时造成了铁路沿线的环境污染。

(4)能源结构不合理 — 我国长期以来能源消费都是以煤为主,煤在能源产量中所占的比例有越来越高的趋势。

在世界许多国家实现了由煤到石油、天然气的能源结构调整,而我国由于石油、天然气储量低,以煤为主要能源而进行大量开采是必然的,而且这种情况会长期继续下去,这就要求我们时刻关注以煤为主的一次能源消费所带来的环境保护的压力与影响。

自改革开放以来,我国经历了能源消费由低到高的发展过程,同时拉动了我国GDP的增长。但二者的增长速度不同,如2002~2003年我国GDP增长9.1%,而电力增长了16.3%,就是这样仍然出现了不少地方拉闸限电的现象,使一些地方的经济发展受到了影响。

◆ 制冷空调设备的能耗

我国制冷空调设备制造业已成为向国民经济各个部门提供装备,向提高人民生活水平的各个方面提供保证的装备制造业的重要组成部分之一。

(1)制冷空调设备能源消费增长迅猛 — 随着国民经济的高速发展和人民生活水平的进一步提高,制冷空调设备的应用领域越来越广泛和普及,于是使制冷空调设备的能源消费增长很快,在能源消耗总量中所占的比重越来越大。

2004年上海市最大空调负荷所消费的电力约为657万千瓦,占电网最大负荷的43.8%。而江苏省全省最大空调负荷消耗电力约为1000万千瓦,占全省最大用电负荷的33%左右。

(2)制冷空调设备的使用特性 — 制冷空调设备的使用大都是冲击性负荷,而且季节性强,就是在每天不同的时间段所需的电力也各不相同。冷冻冷藏设备夏季运行与冬季运行由于工况的不同,所需电力是有明显变化的,但其对电网的影响远小于空调设备。空调设备大体上可以分为家用的空调设备(如家用空调器、空调柜机、窗式空调器等)、中央空调两大类。中央空调主要用于工业用户和第三产业用户(如商场、影剧院、饭店酒家、写字楼等)。家用空调使用率较低,而且持续使用的时间短,工业及第三产业所用空调设备则使用率较高,且连续使用的时间长。二者使用时基本上都是在用电高峰的时段,加剧了电力供应的压力,导致了电网的运行安全性、经济性问题的产生。

(3)制冷空调设备市场空间增长 —随房地产业的快速发展,随城镇化建设速度的提升,随农、牧、渔业产品产量的增长,为我国制冷空调设备的进一步发展提供了更广阔的空间。建筑业的发展拉动了家用空调、中央空调的发展。近年来城市总建筑面积年均增加迅猛,其中住宅面积超10亿平方米(见下图)。现在空调设备已由奢侈性消费品变成生活和工作环境的必需品,并在城镇逐步普及。一座现代化建筑没有配备空调设施已成为不可理解的怪事了。

农产品、畜产品和水产品产量的增长、品种的增加和对外贸易的发展,对冷冻、冷藏及冷藏运输提出了更高的要求。首先是粮食的储藏,我国年产粮食45000~48000万吨,需大量谷物冷却机为粮食贮藏服务。其次肉类产量已达7260万吨/年以上,水产品达4855万吨以上,蔬菜产量已近5.5亿吨,水果产量已超过15000万吨,均需增加大量冷冻冷藏设备为之贮藏与保鲜,必然提出对能源需求。

由以上几点可以看出制冷空调设备与钢铁、水泥等工业部门相比,虽不能称为用电大户,但由于制冷空调往往运行时正是用电高峰时间,对电力供应冲击很大;制冷空调设备的应用范围越来越大,国民经济所有部门,人民生活的各个方面均已离不开制冷空调设备,所以其能源消费量仍然是很可观的,应予以足够的重视。

◆ 制冷空调设备的节能途径

(1)开发应用高能效比的制冷空调设备 — 制冷空调设备生产企业在制冷空调设备节能工作中具有决定性作用。企业生产何种产品、效率如何、对消费者如何导向等,完全取决于生产企业。但仅仅依靠企业的自觉性还不够,还需要国家的宏观调控和政策的导向。现在已有三项能效限定值及能源效率等级标准发布并已实施,即《冷水机组能效限定值及能源效率等级》(GB19577-2004)、《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级》(GB19576-2004)和《房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》(GB12021.3-2004)发布实施,三项标准中对于能源效率划分了5个等级,其中第5等为合格,是最基本的要求,如达不到5级则不允许生产、销售,属于淘汰产品,倡导企业生产和销售1、2级产品,即节能型产品。这三个标准中的第5等级是强制性要求,是必须达到的,1级产品属于通过努力争取实现的目标,2级产品属于市场先进水平,3、4级属于我国平均水平。企业有了明确的方向,势必推动行业的技术进步、产品质量的提高。

制冷空调设备是由制冷压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器及各部件间的连接管路所组成的封闭系统。系统中制冷压缩机是核心部分,研制开发高效制冷压缩机是获得高效节能制冷空调设备的关键。活塞式机械诞生和应用最早,已有百余年发展史,目前是技术完善程度最高的机型,现代投入研究开发力度较大的机型是螺杆和离心式制冷压缩机。

螺杆制冷压缩机作为商品投放市场已有半个多世纪的时间了,这期间经过各国的努力,使螺杆制冷压缩机的效率有明显提高,应用范围不断扩大,以成为各国的主打品牌。我国在20世纪70年代有螺杆式制冷压缩机投放市场,现在已形成了完整的产品系列,从转子公称直径63、80、100、125、160、200、250、315直到510均有产品在运行。对压缩机效率影响最大的是螺杆转子齿型,现在我国已开发出具有自己知识产权的高效螺杆转子齿型;同样离心制冷压缩机在我国也形成了自己的研发队伍,有了具有自己知识产权的产品,这一切就是进一步提高制冷空调设备能源效率等级的良好基础。有了高效节能压缩机还要有高效换热器与之配套形成完整的优化的制冷空调设备系统。而高效换热器最重要的材料高效传热管已有多个企业可以大批量生产。今后只需在制冷空调系统优化设计的环节加大投入力度,则可望实现制冷空调设备能源效率的升级。

(2)合理地使用已有的能源 — 电能不是制冷空调设备唯一的能源,应加大利用废热、天然气为能源的制冷空调设备的开发和应用。如发展冷、热、电联产设备,又如开发利用天然气为能源的溴化锂吸收式制冷机(三效)、以天然气为能源的发动机拖动制冷压缩机的制冷空调机组等都应该是值得投入的产品。减少电力高峰用电,减少发电设备投入。

(3)开发与利用蓄冷空调设备 — 蓄冷式空调系统是使制冷设备利用低谷电制冷,将冷量以水、冰等形式储存起来,在空调高峰负荷时段部分或全部地利用储存的冷量向空调系统供冷,以达到降低制冷设备安装容量和减少运行费用,减轻对电力供应的压力,确保电网运行的安全。此设备虽不是节能的,但却可以移峰填谷,使电力系统运行安全,同时也可以降低对电网系统的投资。

蓄冷空调设备有水蓄冷空调设备、冰盘管式蓄冷系统、相变材料式(冰球)蓄冷系统、冰片剥落式蓄冷系统和冰晶式蓄冷系统等,不同型式均有其合适的应用场合,应根据需要确定应开发的产品型式。

开发、应用环保型制冷空调设备

◆ 推广使用环保制冷剂

(1)我国淘汰ODS的进展概况 — 制冷剂的排放与泄漏对人类共同的家园— 地球生态环境的影响有消耗臭氧层和使地球变暖加剧温室效应两个重要方面。

根据《蒙特利尔议定书》的规定,1999年发展中国家就进入实质性履约时期,要求实现主要消耗臭氧层物质氯氟烃(CFCs)生产和消费冻结在1995~1997年的平均水平上。我国政府1993年1月就已批准实施《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》,并得到了多边基金第九次执委会认可。在国家方案的正确指导下和多边基金的支持下,我国消耗臭氧层物质(ODS)淘汰活动取得了很大进展,已实现了第一阶段的淘汰目标。国家要求新生产的CFCs只能用于已在用的制冷空调设备的维修方面,CFCs产量到今年必须消减50%,到2010年全部停止生产,在用设备维修只能使用回收再生的CFCs。

一般制冷空调设备的使用寿命在15~25年,在其中使用寿命期间因检修、泄漏需补充CFCs,因此我国对于制冷空调设备维修行业给与了很大重视,维修行业的CFCs淘汰已成为按时实现CFCs全面淘汰的关键。中国制冷空调工业协会正在准备起草CFCs回收再利用的有关规定,以推进国家方案的落实。

通过实施《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》,建立了实施《蒙特利尔议定书》的多边基金项目管理体制,有效地控制了消耗臭氧层物质的生产和消费,1997年开始全面展开了淘汰ODS的活动,尤其是在《中国汽车空调行业CFC-12整体淘汰计划》、《中国泡沫行业整体淘汰CFC计划》等六个行业计划提出并执行后,已提前实现了《议定书》要求的控制目标。到20世纪末我国50余家冰箱、冰柜生产企业均完成了以HFC-134a、R600a取代CFC-12的改造;汽车空调已于2002年1月1日起所有新生产的汽车停止装入以CFC-12为工质的汽车空调,而以HFC-134a替代;目前新生产的各种型式制冷空调设备均已不再使用CFC-12为制冷工质。

(2)我国当前在用的制冷工质 — 当前我国应用较多的制冷工质有HCFCs(R22、R123)、HFCs(R125、R134a)和无机化合物(NH3[R717]、H2O、CO2),它们的破坏臭氧层潜值ODP和全球变暖潜值GWP如下表。
从对臭氧层的破坏和对地球大气环境的影响来看,当前采用的制冷工质中CFCs已不再继续使用,在用的HCFCs和HFCs也不是可以永久使用的制冷工质,虽然HFCs对臭氧层破坏潜能值是0,但其使全球变暖潜能值巨大,令人不得不重新审视对此类物质的应用。而无机化合物中的H2O、CO2、NH3 (R717)无论是在对臭氧层的破坏还是对形成温室效应的影响都是值得给予关注的,应该很有应用前景的物质。

对于制冷工质的选择时,尚应注意其安全性,其安全性分类如下表。

NH3(R717)是应用较早的制冷工质,直至今天仍有不少制造厂还在生产NH3为制冷工质的制冷空调设备,究其原因是其热力性能好,泄漏易于发现,且制造技术发展到今天,对于泄漏问题的解决已有成熟的经验。NH3虽然是高毒性物质,NH3的制冷设备仍在不少国家或地区使用,甚至有些国家又重新研究NH3的制冷设备。这也是应关注的趋势。何况NH3的泄漏对于臭氧层、全球变暖无影响,所以不排出NH3制冷设备再次进入更广泛的应用领域。

◆ 与环境友善的制冷空调设备

制冷技术的发展给人类社会的进步和人们生活水平的提高曾有不小的贡献,但同时也给人类生存的环境造成了不可忽视的破坏,这种破坏除了机械噪声对环境破坏之外,还有上边提到的破坏臭氧层、温室效应等都直接影响了人们的正常生活,仅1998年因全球气候变暖造成的损失就达900亿美元。可见开发与环境友善的制冷空调设备已是迫在眉睫的任务。

(1)开发并应用低噪声、无泄漏的制冷空调设备 — 对于装备制造业,低噪声、无泄漏是永远追求的目标之一。对于任何装备所产生的噪声都是由输入装备驱动能量因装备设计结构不当,加工粗糙所产生的。这就要求优化装备的设计与制造,以适应环保的要求。

(2)开发应用废弃的能量(如废热驱动的制冷空调设备) — 在日常的生产活动中、日常生活中,不断有废弃的热量和废水被排到周围的环境中,这部分能量如不能被利用,则会造成城市的热岛现象。同时加剧了温室效应。溴化锂吸收式制冷机就可以很好地利用发电厂废热为能源实现制冷。但应该注重提高溴化锂吸收式制冷机的能效比。以工业废水和生活污水为主的城市污水作为热源的热泵机组是应该开发与推广的装备之一。

(3)地源热泵 — 利用地热时应该以不破坏动、植物的存活与繁衍为前提,如地下埋管为换热器的热泵系统,应将埋管的深度设到冬季不影响冬眠动物的生存(如蛇、蛙等),夏季不影响地表植物根系的生长。

扩大制冷空调设备服务领域

◆ 为农业、农村、农民服务

(1)为农业生产和农产品深加工提供装备 — 我国农业生产稳步发展,粮食的产量持续上升,已基本解决了吃饭问题。2004年粮食产量达46947万吨,比上年增长1.7%;蔬菜54927万吨,比上年增长1.7%;水果15243万吨,比上年增长5.0%;肉类总产量7260万吨,比上年增长4.7%;水产品4855万吨,比上年增长3.2%。产量均为世界绝对第一,特别是粮食历来都把它当作战略物质加以重视。现在已有谷物冷却机投入使用,但利用低温技术进行粮食贮存还不普及,应推广。我国蔬菜、肉类、水产品产量巨大,同时也是国际市场受欢迎的产品,应该为之提供不同用途的速冻、冷藏、冷藏运输等设备。对于已形成的“冷链”,应协调发展,消除“冷链”中的瓶颈,以适应国内外两个市场的需求。

(2)全面建设小康社会最重要的方面是农业产业化、农产品深加工、农村人口向城镇转移,城镇人口比例大幅度提高,更大程度上缩小城乡差别,使农民过上更加富裕的生活。城镇化建设实质是改变了农业、农村、农民的生产方式、生活方式和生活质量。工作环境和生活环境的改善是和空调设备、热泵机组密切相关的,生活水平的提高还和冷冻、冷藏设备、冷藏运输设备相关。总之城镇化建设需大量的制冷空调设备、交通运输设备为之配套、服务。

◆ 为工业发展和改造传统产业服务

(1)为食品工业提供装备 — 速冻食品和饮料已成为世界发展最快的食品工业最重要的产品之一,近年来贸易量正以30%的速度在增长,世界此类食品总产量已达6000万吨以上,品种已达3500个,而我国速冻食品尚处起步阶段。目前我国速冻食品消费水平仅为美国的4%~5%左右,我国必将迎来速冻食品大发展的新局面,制冷空调设备制造行业应根据速冻食品特殊的需要,研制新产品。

(2)为水电站建设服务 — 水电站建设是我国今后能源发展重点,制造大型移动式制冷机组、冷水机组、片冰机,更好地装备水电站建设中的混凝土搅拌厂,以提高大坝浇注质量和保证大坝工期。

(3)为改善工业生产环境提高工作效率服务 — 创造车间合适的温度、湿度条件,对于提高劳动效率是一个保证条件,不同类型的工厂,需不同的环境条件,各设备制造业应结合不同需求,开发不同型式的空调设备为之服务。

◆ 为科学技术、文化教育和医疗卫生服务

(1)科学研究 — 首先是为科学家提供一个最合适的工作环境,其次是为他们创造一个科研中的必需低温条件。如冻土研究所,就必须根据需要创造不同的低温,协助科学家完成研究工作。其他许多方都可能提出对温度的要求,制冷设备制造企业应深入实际,为之提供制冷设备的保证。

(2)文化教育、医药卫生 — 一是工作、学习的环境保证,一是提供试验条件,一是生产条件。对于卫生事业,如医院,应注意不同病区、疗区的环境的分隔,并注意温、湿度要求的差异,这样才能有效地保证患者的康复和无互相传染。

◆ 为国防建设服务

(1)我国地域广大,气候条件复杂,尤其边境线漫长,条件各异,无论是武器装备的贮藏,还是运输设备等均需有制冷空调设备为之创造合适的条件。如坦克、装甲车的空调、舰艇、潜艇的空调等。

(2)提供低温试验条件以确保武器装备在任何恶劣条件都可以投入使用,如航空、航天仪表的低温试验等,这都需要制冷空调设备制造企业与用户结合,研制最合适的设备为特殊需要服务。

 

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