中央空調節能及舒適性新技術應用＊

鄭婉君，趙 亮

（1.廣東科學技術職業學院 機器人學院，廣東 珠海 519090；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070）

1 變頻變容技術

變頻變容技術是近年來應用在多聯式中央空調上的一種新技術，采用該技術的壓縮機，有兩個氣缸，在低負荷情況下單缸運行，在高負荷情況下雙缸運行，該技術能有效降低中央空調能耗[1]。《中國制冷空調實際運行狀況調研報告》顯示，家用多聯機60%的運行時間都是單開一臺室內機，有近60%的時間在30%以下的低負荷運行，特別是在負荷率低于20%時，運行時間占比超過40%，低負荷下壓縮機低頻運行，由于電機效率和容積效率的下降，使壓縮機總效率下降。壓縮機的最低頻有可能相對輸出過高，所以整機總能效也會相應地下降。在整機負荷率低于25%時，家用多聯機能效隨負荷率減小而急劇下降。同時，壓縮機在低負荷運行的情況下，容易達到室內設定的溫度點停機，這就導致壓縮機在運行過程中出現頻繁的開停，這樣室內溫度就會出現波動，影響用戶的舒適性，整機能耗隨著不斷開停機而增加。

變頻變容技術是為解決多聯式中央空調的運行效率不高的問題而研發的技術。搭載變頻變容壓縮機的多聯機，運用單雙缸切換的運行模式，使壓縮機能夠滿足不同工況下的運行要求，減小最小制冷量，提升低負荷能效。該系統具有兩種運行模式，在室外溫度較高或較多室內機運行的情況下，采用雙缸運行模式，兩個氣缸同時運行，滿足中、高負荷需求。在室外溫度較低或是只有一臺室內機運行的情況下，采用單缸運行模式，僅一個氣缸運行，滿足低負荷需求，在滿足用戶正常制冷制熱需求的同時，最大限度地降低了能源消耗，避免了大馬拉小車的現象，解決家用多聯機產品最小輸出過大、低負荷能效低這兩大突出問題。在低負荷運行狀態下，壓縮機單缸模式運行，運行噪聲更低，同時避免了空調頻繁開停機造成的溫度波動，舒適性更高。

2 蓄熱化霜技術

冬季在寒冷地區，尤其是在低溫高濕地區，空調制熱運行時室外機經常會結霜，結霜后為了保證機組的正常運行，通常過一段時間就會進行一次化霜運行。化霜過程中，因為是反向制冷化霜，室內蒸發器變為低溫從室內吸熱，為了避免吹冷風，室內的風機一般會停止運行，這樣就造成了室內溫度的波動。通過大數據統計發現，傳統空調系統化霜過程室內溫度降低2～7 ℃，平均下降4.5 ℃，化霜過程溫度波動大，用戶舒適性差。結霜和化霜過程嚴重影響制熱效果和舒適性，該過程能耗高，該問題屬于行業難題。

目前，部分多聯式中央空調搭載了蓄熱化霜技術，室內機蓄熱化霜技術是持續制熱技術的一種形式，系統通過在室內增加一個蓄熱模塊，來達到化霜不降室溫的目的。冬季在制熱模式下，在室內機正常制熱的過程中，壓縮機會旁通一部分高溫高壓的冷媒進入到蓄熱模塊，加熱模塊中的蓄熱材料，這部分熱能就通過蓄熱材料儲存起來。等到需要化霜時，低溫低壓的冷媒不從室內環境中吸取熱量，而是吸取蓄熱模塊中儲存的熱能，這樣就避免了室內溫度的下降，就可以很好地解決化霜過程中的舒適性問題。搭載蓄熱模塊的多聯式中央空調機組，化霜時間更短，室內溫度波動更小，更受消費者的歡迎。

蓄熱模塊一般作為一個選配件供用戶選擇使用。蓄熱模塊和風管式內機一樣，安裝在室內天花內，有氣管和液管兩個連接管，連接方式和普通的內機一樣，只不過沒有制冷或制熱的作用，只是用來協助室外機除霜。蓄熱模塊主要由三部分組成，分別是換熱器、蓄熱材料及節流元件。換熱器一般為普通的銅管翅片式換熱器，結構與普通室內機換熱器大致相同。蓄熱材料一般選用相變材料，因為相變潛熱高，儲能密度大。

蓄熱材料有以下要求：合適的相變溫度，相變過程可逆性好；導熱系數高；物理、化學性質穩定；材料無毒、無腐蝕、無污染；材料來源廣、成本低。蓄熱材料根據熔點，可分為低溫相變材料（100 ℃以下）、中溫相變材料（100～250 ℃）、高溫相變材料（250 ℃以上）。蓄熱模塊中使用的為低溫相變材料分類，低溫相變材料又分為無機相變材料、有機相變材料、復合相變材料。無機相變材料蓄熱密度大，相變點固定，導熱性好，材料成本低，物理穩定性差，使用過程易出現過冷、相分離，部分具有腐蝕性。有機相變材料蓄熱密度大，相變體積變化小，無腐蝕，無相分離，綠色環保可再生，材料成本低，導熱性差，部分材料易揮發、氧化。復合材料由儲熱材料與支撐材料組成，儲熱材料為無機或有機材料，支撐材料有膨脹石墨、陶瓷、膨潤土、微膠囊等，儲熱密度大，導熱性好，根據支撐材料的不同，具有耐高溫、耐腐蝕、耐氧化等不同特性，但是相變潛熱相對較低，工藝復雜，技術成熟度低，尚難以大批量工業化應用，材料成本高。節流元件用來控制冷媒流量。冷媒流量分配策略優劣直接決定了制熱效果、蓄熱過程和化霜的效果。

3 空調的多功能化設計

隨著人們生活水平的提高，人們對于空調功能的需求不局限于制冷和制熱。空調在制冷或制熱的同時，室外機排放的冷量或熱量未得到充分利用，導致了能源的浪費。由此誕生了多功能空調系統[2-3]。多功能一體空調除了可以滿足基本的制冷和制熱以外，還可以實現熱水、干衣、除濕、地暖等功能，實現了一機多用，有效降低了人們的購機成本，提高了整體的舒適性，節省了生活空間，有效地利用能源。

該技術的原理為中央空調室外機通過連接不同的模塊實現不同功能。熱水已是人們日常生活中必不可少的環節，傳統燃氣熱水器的安全性得不到保證，排放物又會污染環境，電熱水器能耗高，同樣也存在電氣安全性問題。采用熱泵系統作為熱水器，不僅能耗低，而且安全可靠，對環境無污染。夏季在制冷的同時可以進行制熱水的過程，普通的空調一般都會將廢熱排放到大氣中，但是多功能中央空調通過一個熱水發生器，可以將高溫高壓的冷媒用于制熱水，滿足人們的熱水需求，有效利用了能源。

室內機的除濕功能主要通過特殊的多管制內機來實現，該種內機一般有兩片換熱器，除了正常的制冷制熱功能外，還有除濕功能。和除濕機類似，兩片換熱器可以同時制冷和制熱。濕空氣先經過低溫換熱器，空氣中的水分被冷凝排出，然后經過高溫換熱器，實現再熱。兩片換熱器的制冷和制熱通過室外機多個四通閥的切換實現。該種功能可有效解決南方地區春夏季的潮濕問題。

4 新風技術

相比于空氣凈化器，新風系統具有更廣泛的適用性，因為新風系統不僅能解決室內污染問題，同時解決的還有室內的通風問題，讓房間處在一個恒氧的健康環境之中[4]。

《中國環境電器消費調查與發展前景分析報告》顯示，新風系統在歐美家庭普及率已經高達96.56%，但在中國家庭還未廣泛應用，中國北京、上海、廣州、深圳等一些大城市普及率還不到15%，一些省會、二三線城市普及率還不到10%，而農村幾乎還是一片空白，2019 年一系列如長租公寓、校園室內空氣質量安全事件被曝光，尤其是此次新型冠狀病毒的肆虐，相信更多人對新風系統的認知和需求會整體提升。

目前市場上出現的新風空調一般搭載了兩種技術，第一種為雙向流換氣技術，解決了在密閉的室內，污濁的空氣無法排出的問題。搭載該技術的新風機有進風和出風兩個通道，能實現封閉空間的外循環新風凈化。該技術區別于傳統單向流換氣方式，通過雙向對流，將室內高濃度的二氧化碳和甲醛等污染物排出；引入室外經過高效凈化的新風，滿足室內新風需求，提高了室內空氣質量，降低了室內二氧化碳含量。第二種為全熱交換技術，采用該技術的新風空調，內部搭載有全熱交換芯體，用于新風和室內空氣的熱濕交換。全熱交換芯體由透熱透濕的特殊材料制成，夏季時，當室外新風和室內回風同時經過交換芯體時，室外新風中的熱量和水分子透過芯體材料傳遞到室內回風，被排出室外，而經過凈化，降低了溫度、濕度后的新鮮空氣則被送入室內。冬季時，當室外新風和室內回風同時經過交換芯體時，室內回風中的熱量透過芯體材料傳遞到室外新風，被排出室外，而經過凈化，升高了溫度后的新鮮空氣則被送入室內。在室內外空氣循環過程中，室內和室外空氣的熱量通過全熱交換器進行無融合熱接觸，使新風接近室內溫度，保持室溫穩定，避免室內外空氣溫差導致的室內溫度波動。通過雙向流換氣和全熱交換技術，新風空調實現了熱量回收，回收排風的熱量用于預熱（冷）新風，使新風溫度接近室內溫度，提高新風舒適度，同時也降低了室內控溫能耗。

5 結束語

綜上所述，本文對中央空調節能及舒適性的新技術以及應用進行了簡要的闡述和分析，指明了當今中央空調的發展趨勢。