既有舊型房間空調器的節能改造技術及應用

同濟大學 譚洪衛 壽青云 宋亞超

上海清環環保科技有限公司 清水泰雅

1 前言

據估算，目前我國房間空調器年耗電量超過1000億千瓦時，占大中城市夏季用電高峰負荷的30%以上。提高房間空調器的能效標準，對調峰降荷、緩解電力供需矛盾有著重要的意義。2005年3月1日，我國正式對家用房間空調器實行強制能效標識（5級）制度管理。2010年我國開始執行房間空調器的新能效標準（3級）。4500W的機組能效比限值提高到COP3.2。這一舉措將明顯提高家用空調節能率約23%。然而，我國尚存續使用著大量的舊型低效空調器，尤其是在既有居民社區中，早年安裝的空調器其實質能效比COP大都在2.0或以下，且大都仍將使用數年，這預示著家用舊型空調器改造存在必要性。本文介紹的低成本節能改造技術具有非常可觀的節能改造潛力。

2 既有空調器能效現狀及節能潛力

根據《中國統計年鑒2008》，到2007年底中國城鎮居民家庭平均每百戶空調擁有量已經達到95.08臺，不難看出，中國城鎮家庭空調的普及率已經達到相當高的水平。目前，關于空調安全使用年限的標準尚未出臺，不過，一般按設計壽命為8～10年。2006年統計全國城鎮家庭戶數接近2億戶，推算存量家用空調器臺數超過1億臺，且大都為5級能效的機組，這批機組可能有相當一部分仍將沿用3-5年后才會更換。按既有空調器臺數1億臺，剩余使用5年，空調年使用時間784h、壓縮機開機率為0.7、平均制冷量3500W,平均COP2.6作簡略測算可知不同的方案效果及其節能潛力所在。

1）按現行能效限值標準（cop=3.2）全部更換舊型空調的節能潛力：

依據新能效限值更新后節能率=（1-2.6/3.2）=18.7%

實現年節能量=100×106臺(784h×3.5kW/2.6)/臺×0.187×0.7=138億kWh

根據中國家用電器協會提供的測算數據，提升機組能效比對產品增量成本將接近100億元。即使目前對既有空調適用家電以舊換新、高能效機組補貼政策，在新購置費基礎上銷售單價將增加30%～40%。

2）既有空調器改造的節能潛力：

經市場調研，目前既有舊型空調機組的大部分在近3～5年仍將繼續使用，同時，一些針對既有低效空調器的節能改造技術研發成功并開始應用。按現存空調器存量的70%計算，以前述簡易測算條件為基準，導入針對舊型空調器節能改造措施測算得知：

按改造既有空調器后節能率=10% （節能改造技術后述）

實現年節能量=70×106臺 (784h×3.5kW/2.6)/臺×0.10=57.1億kWh

投入改造費用僅為新購置費用的20%左右。

3 既有舊型空調器節能改造技術

一般來說，改善空調器的能效主要有以下技術路徑：

1）改善和優化元器件效率。如提高壓縮機效率、采用高效風機電機、改善換熱方式、強化換熱器效率。

2）改進空調器系統設計，優化換熱器配置、結構參數及系統運行參數。

3）優化工質匹配（混合工質替代）及改良冷媒循環效率。

4）運行管理節能。

由于是對既有空調器的節能改造，需要考慮改造成本及剩余使用年限的因素，綜合研發出經濟合理的節能改造技術。本文研發的既有空調器節能改造技術涵蓋上述2）中的優化換熱器配置、結構參數及系統運行參數及3）中工質的優化匹配及冷媒循環改善技術。

首先，對既有空調器增設輔助冷凝器，輔以獨自的控制技術，有效的除去壓縮機出口的過熱，實現冷凝器后的過冷處理，機組能效比可得到顯著提高（圖1、圖2）。

同時，使用混合工質替換了既有R22工質，利用增設的輔助冷凝器接管構造上的改良，改善了冷媒循環管路的效率。

4 實際工程應用

1）實際工程應用概要

上述既有空調器節能改造技術已在日本、韓國一些工業園區實施應用，取得顯著節能效果。本文對在上海某既有居民社區中的應用作一介紹。

本研究對社區居民家庭的既有空調器狀況進行了調研，根據既有空調狀況調研及繼續使用計劃的居民意向調研確定了實施改造的對象，共計10戶（表1），并結合社區節能減排示范項目，建立長期運行數據跟蹤監測系統。

2）現場實施改造狀況

既有空調器的節能改造按如下流程，由專業人員實施。

首先開啟既有空調器，檢測制冷、制熱運行參數及功耗。然后開始改造：抽出既有空調器中的R22冷媒，截斷原冷凝器冷媒管路，然后將輔助過冷器焊接于既有空調器室外機的冷凝器出口，連接管路。改造結束后再次開啟空調器，檢測制冷、制熱運行參數和電耗。

3）現場驗證節能效果（見圖3～7）

表1 實施對象一覽表

6 結語

低效的既有舊型空調器在我國存量大，特別是在工業園區中小廠房建筑期空調器運行時間長，老居民社區更換周期長，本文討論的低成本空調器節能改造技術提供了一個重要解決方案。

呼吁用戶在重視行為節能的同時，開辟一條技術減碳的新路經。結合園區、社區、校園等實際情況，開發低成本節能技術，為實現真正的節能減排、創建可持續社會做出貢獻。