暖通空調制冷系統中的環保節能技術研究

李曉夏，原成成

（冰輪環境技術股份有限公司，山東 煙臺 264000）

全球氣候變暖和環境問題的不斷加劇，使減少能源消耗和降低溫室氣體排放成為各國政策制定的重要內容。而在建筑領域中，暖通空調制冷系統是能源消耗最大的設備之一，如何探索環保節能的制冷技術，已成為當前研究的熱點問題。

1 環保節能技術研究現狀

1.1 制冷劑的選擇

制冷劑在暖通空調制冷系統中起著至關重要的作用。傳統的氟利昂類制冷劑因其對臭氧層的破壞和全球變暖的影響而受到限制。因此，尋找環保替代品成為當務之急。近年來，研究人員廣泛探索了一系列新型制冷劑，如氫氟酸酯、氨等。這些制冷劑具有較低的溫室效應和良好的環境安全性能。然而，仍需進一步研究其性能、穩定性和可行性，以確保其廣泛應用于實際系統中。

1.2 制冷循環系統的優化

制冷循環系統的優化是提高暖通空調制冷系統效率和節能的重要途徑。研究人員通過改進制冷劑循環系統的組件設計和工作參數，如壓縮機、蒸發器和冷凝器等，來提高系統的性能。例如，采用變頻技術的壓縮機可以根據負荷需求調節制冷量，實現能耗的精確控制。此外，優化制冷循環系統的換熱器、管道布局等也可以提高傳熱效率，減少能耗損失[1]。

1.3 傳熱與換熱技術的改進

傳熱與換熱技術在暖通空調制冷系統中起著重要作用。研究人員致力于改進換熱器的設計和材料選擇，以提高傳熱效率和節能性能。例如，采用新型傳熱介質和增強換熱表面技術，如微細結構、螺旋通道等，可以實現更高的傳熱效率和更小的能耗。此外，研究人員還關注傳熱過程中的氣固流動特性、相變傳熱等問題，以優化傳熱性能（見圖1）。

圖1 循環節能視圖

2 環保節能技術研究不足

2.1 制冷劑的選擇問題

盡管在環保節能技術研究中取得了一些進展，但制冷劑的選擇問題仍然存在一些挑戰和不足之處。雖然氟利昂類制冷劑的使用已受到限制，但新型替代品的性能和穩定性仍需要更多的研究和驗證。例如，氫氟酸酯制冷劑具有低溫室效應和良好的環境安全性能，但其毒性較大，對人體和環境的潛在影響需要進一步評估。新型制冷劑的應用還面臨著成本和技術可行性的挑戰。相比傳統制冷劑，新型制冷劑的生產、儲存和運輸成本較高，這可能對系統的經濟性和可行性造成影響。此外，新型制冷劑的物理特性與傳統制冷劑存在差異，需要對系統組件進行相應的改進和適配，增加了技術難度和成本。由于制冷劑在整個制冷循環系統中的重要性，其性能和穩定性對系統的運行和能效有著直接影響。因此，需要繼續研究制冷劑在不同工況下的性能特性，以提高系統的穩定性和效率。

2.2 制冷循環系統的復雜性

制冷循環系統作為暖通空調制冷系統的核心組成部分，具有一定的復雜性。首先，制冷循環系統涉及多個關鍵組件的協同工作。每個組件都有其特定的功能和工作條件，它們之間的相互依存關系使得系統的運行更加復雜。例如，壓縮機負責將制冷劑壓縮，蒸發器負責吸收熱量，冷凝器負責釋放熱量，節流裝置負責控制制冷劑的流量等。制冷循環系統的工作參數和工況條件較為復雜。不同的應用場景和負荷需求會導致制冷循環系統的工作條件不斷變化。系統需要根據負荷變化來調整制冷量，同時還要考慮蒸發器和冷凝器的換熱性能，以實現能耗的精確控制。制冷循環系統還需要解決能源利用和節能的問題。制冷循環系統中的能量轉換和傳遞過程涉及多個環節和組件，這些過程中存在能量損失和能耗消耗。最后，制冷循環系統還需要考慮安全性和可靠性的問題[2]。由于制冷劑在循環系統中起著重要作用，其性能和穩定性對系統的運行和安全有著直接影響。

2.3 傳熱與換熱技術的應用局限

在暖通空調制冷系統中，傳熱與換熱技術是至關重要的。不同的傳熱介質具有不同的傳熱性能，如導熱系數、比熱容等，這會直接影響傳熱過程的效率。同時，傳熱與換熱技術還受到工作條件的限制，如溫度、壓力、流速等。在特定的工作條件下，傳熱與換熱技術可能無法達到理想的傳熱效果，從而影響系統的整體性能。不同的傳熱與換熱技術適用于不同的工況和需求。例如，對于高溫高壓條件下的換熱需求，常規的傳熱器可能無法滿足要求，需要采用特殊的高溫高壓換熱技術。此外，一些新興的傳熱與換熱技術，如微通道換熱器、相變換熱器等，雖然具有潛力，但在實際應用中仍存在一些限制，如制造成本較高、腐蝕問題等。某些傳熱與換熱設備在長期運行過程中可能會出現腐蝕、堵塞、泄漏等問題，這不僅影響系統的傳熱效果，還增加了設備的維護難度和成本。

2.4 空氣處理技術的使用難度

空氣處理技術在暖通空調系統中起著至關重要的作用，但其使用難度也是一個需要考慮的問題。空氣處理技術涉及系統的設計和布局，包括空氣循環、過濾、除濕、加濕等多個環節。這要求工程師具備深入的專業知識和經驗，能夠合理設計系統的結構和參數，以滿足特定的室內空氣質量要求。復雜的系統設計對工程師的技術水平和綜合素質提出了較高的要求。空氣處理系統安裝完畢后，還需要進行系統的操作和調試。這包括設置合適的溫度、濕度、風速等參數，確保系統正常運行和達到預期的效果[3]。然而，由于系統涉及多個環節和組件，操作和調試過程可能會比較繁瑣和復雜。

3 環保節能技術的改進方向

3.1 開發新型制冷劑

開發新型制冷劑是環保節能技術的重要改進方向之一。傳統的制冷劑，如氟利昂等氫氟碳化合物，具有較高的全球變暖潛勢和臭氧破壞潛勢，對環境和人類健康造成不可忽視的影響。新型制冷劑應具備較低的全球變暖潛勢，這意味著它們在大氣中的存在時間較短，不會對地球的溫室效應產生過多貢獻。例如，一些天然制冷劑，如氨、二氧化碳等，具有較低的全球變暖潛勢，并且在排放后可被自然界循環利用。新型制冷劑還應具備較低的臭氧破壞潛勢，因為臭氧層的破壞會導致紫外線輻射增加，對人類健康和生態系統造成損害。因此，尋找對臭氧層無害的制冷劑至關重要。一些替代品，如氫氧化碳和非鹵素制冷劑，具有較低的臭氧破壞潛勢，可以作為可行的選擇。新型制冷劑還應具備較高的能效，能效是衡量制冷系統性能的重要指標，直接影響能源消耗和運行成本。通過開發高效的制冷劑，可以減少系統能耗，降低對能源資源的需求。例如，一些新型制冷劑具有較低的比熵和較高的傳導系數，可以提高制冷系統的能效。

3.2 簡化制冷循環系統

簡化制冷循環系統是環保節能技術的另一個重要改進方向。傳統制冷循環系統在設計和運行過程中存在著復雜性和浪費的問題，這些問題直接影響了系統的性能和能源效率。通過簡化制冷循環系統，可以減少系統的復雜性和能耗，從而提高系統的性能和效率。在設計上，可以采用簡化的制冷循環系統結構，例如采用單級制冷循環系統代替多級制冷循環系統。多級制冷循環系統的復雜性主要體現在多個壓縮機、換熱器和閥門的聯動控制上[4]。而單級制冷循環系統則可以通過簡單的膨脹閥和冷凝器來實現制冷過程，大大降低了系統的復雜性和能耗。在運行上，可以采用新型制冷劑和更加智能化的控制技術，實現制冷循環系統的優化控制。例如，采用多變量控制技術，對制冷循環系統的溫度、壓力、流量等參數進行智能化調節，優化系統的運行效率。

3.3 推廣新型換熱技術

推廣新型換熱技術是環保節能技術的另一個重要改進方向。傳統的換熱技術，如殼管式換熱器、板式換熱器等，存在著換熱效率低、占用空間大、清洗維護困難等問題。通過推廣新型換熱技術，可以解決這些問題，實現更高效、更節能、更環保的換熱過程。首先，新型換熱技術應具備更高的換熱效率。例如，采用微通道換熱器技術可以實現更高的傳熱系數和更小的流體壓降，從而提高換熱效率。此外，還可以采用膜分離、吸附等新型換熱技術，實現更高效的分離和純化過程。其次，新型換熱技術應具備更小的占用空間。傳統的換熱設備體積較大，占用空間較多，對生產線的布局和排布造成很大的困難。而采用微型換熱器、板翅片換熱器等新型換熱技術，可以大大減小設備的體積，降低占用空間。

3.4 普及空氣處理技術

普及空氣處理技術是環保節能技術的另一個重要方向。隨著空氣污染日益嚴重和人們對空氣質量的關注，空氣處理技術在改善室內和室外空氣質量方面發揮著重要作用。通過普及空氣處理技術，可以提高空氣質量，保護人們的健康和環境的可持續發展。首先，普及空氣處理技術可以改善室內空氣質量。室內空氣中存在著各種有害物質，如PM2.5 顆粒物、甲醛、揮發性有機化合物等，對人體健康產生不良影響[5]。通過安裝空氣凈化器、通風系統等空氣處理設備，可以有效去除室內空氣中的污染物，提高室內空氣質量，保障人們的健康。其次，普及空氣處理技術可以改善室外空氣質量。大氣污染是一個全球性的問題，影響著人們的生活和環境的可持續發展。通過采用空氣過濾器、除塵設備等空氣處理技術，可以減少大氣污染物的排放，改善室外空氣質量，降低空氣污染對人體健康和環境的影響。最后，普及空氣處理技術可以提高能源利用效率。傳統的空氣處理設備存在著能耗高、效率低的問題。而采用新型節能空調系統、能量回收技術等空氣處理技術，可以有效降低能耗，提高能源利用效率，實現節能減排，促進可持續發展。

4 結論

本文對暖通空調制冷系統中的環保節能技術進行了全面的回顧和分析，針對存在的問題提出了改進方向。在制冷劑選擇、制冷循環系統優化、傳熱與換熱技術改進以及空氣處理技術推廣等方面都提出了有針對性的改進建議。這些改進方向將有助于提高制冷系統的能效和環保性能，為建筑行業的環保和能源節約做出貢獻，促進暖通空調制冷系統的可持續發展。