既有旧型房间空调器的节能改造技术及应用

同济大学 谭洪卫 寿青云 宋亚超

上海清环环保科技有限公司 清水泰雅

1 前言

据估算，目前我国房间空调器年耗电量超过1000亿千瓦时，占大中城市夏季用电高峰负荷的30%以上。提高房间空调器的能效标准，对调峰降荷、缓解电力供需矛盾有着重要的意义。2005年3月1日，我国正式对家用房间空调器实行强制能效标识（5级）制度管理。2010年我国开始执行房间空调器的新能效标准（3级）。4500W的机组能效比限值提高到COP3.2。这一举措将明显提高家用空调节能率约23%。然而，我国尚存续使用着大量的旧型低效空调器，尤其是在既有居民社区中，早年安装的空调器其实质能效比COP大都在2.0或以下，且大都仍将使用数年，这预示着家用旧型空调器改造存在必要性。本文介绍的低成本节能改造技术具有非常可观的节能改造潜力。

2 既有空调器能效现状及节能潜力

根据《中国统计年鉴2008》，到2007年底中国城镇居民家庭平均每百户空调拥有量已经达到95.08台，不难看出，中国城镇家庭空调的普及率已经达到相当高的水平。目前，关于空调安全使用年限的标准尚未出台，不过，一般按设计寿命为8～10年。2006年统计全国城镇家庭户数接近2亿户，推算存量家用空调器台数超过1亿台，且大都为5级能效的机组，这批机组可能有相当一部分仍将沿用3-5年后才会更换。按既有空调器台数1亿台，剩余使用5年，空调年使用时间784h、压缩机开机率为0.7、平均制冷量3500W,平均COP2.6作简略测算可知不同的方案效果及其节能潜力所在。

1）按现行能效限值标准（cop=3.2）全部更换旧型空调的节能潜力：

依据新能效限值更新后节能率=（1-2.6/3.2）=18.7%

实现年节能量=100×106台(784h×3.5kW/2.6)/台×0.187×0.7=138亿kWh

根据中国家用电器协会提供的测算数据，提升机组能效比对产品增量成本将接近100亿元。即使目前对既有空调适用家电以旧换新、高能效机组补贴政策，在新购置费基础上销售单价将增加30%～40%。

2）既有空调器改造的节能潜力：

经市场调研，目前既有旧型空调机组的大部分在近3～5年仍将继续使用，同时，一些针对既有低效空调器的节能改造技术研发成功并开始应用。按现存空调器存量的70%计算，以前述简易测算条件为基准，导入针对旧型空调器节能改造措施测算得知：

按改造既有空调器后节能率=10% （节能改造技术后述）

实现年节能量=70×106台 (784h×3.5kW/2.6)/台×0.10=57.1亿kWh

投入改造费用仅为新购置费用的20%左右。

3 既有旧型空调器节能改造技术

一般来说，改善空调器的能效主要有以下技术路径：

1）改善和优化元器件效率。如提高压缩机效率、采用高效风机电机、改善换热方式、强化换热器效率。

2）改进空调器系统设计，优化换热器配置、结构参数及系统运行参数。

3）优化工质匹配（混合工质替代）及改良冷媒循环效率。

4）运行管理节能。

由于是对既有空调器的节能改造，需要考虑改造成本及剩余使用年限的因素，综合研发出经济合理的节能改造技术。本文研发的既有空调器节能改造技术涵盖上述2）中的优化换热器配置、结构参数及系统运行参数及3）中工质的优化匹配及冷媒循环改善技术。

首先，对既有空调器增设辅助冷凝器，辅以独自的控制技术，有效的除去压缩机出口的过热，实现冷凝器后的过冷处理，机组能效比可得到显著提高（图1、图2）。

同时，使用混合工质替换了既有R22工质，利用增设的辅助冷凝器接管构造上的改良，改善了冷媒循环管路的效率。

4 实际工程应用

1）实际工程应用概要

上述既有空调器节能改造技术已在日本、韩国一些工业园区实施应用，取得显著节能效果。本文对在上海某既有居民社区中的应用作一介绍。

本研究对社区居民家庭的既有空调器状况进行了调研，根据既有空调状况调研及继续使用计划的居民意向调研确定了实施改造的对象，共计10户（表1），并结合社区节能减排示范项目，建立长期运行数据跟踪监测系统。

2）现场实施改造状况

既有空调器的节能改造按如下流程，由专业人员实施。

首先开启既有空调器，检测制冷、制热运行参数及功耗。然后开始改造：抽出既有空调器中的R22冷媒，截断原冷凝器冷媒管路，然后将辅助过冷器焊接于既有空调器室外机的冷凝器出口，连接管路。改造结束后再次开启空调器，检测制冷、制热运行参数和电耗。

3）现场验证节能效果（见图3～7）

表1 实施对象一览表

6 结语

低效的既有旧型空调器在我国存量大，特别是在工业园区中小厂房建筑期空调器运行时间长，老居民社区更换周期长，本文讨论的低成本空调器节能改造技术提供了一个重要解决方案。

呼吁用户在重视行为节能的同时，开辟一条技术减碳的新路经。结合园区、社区、校园等实际情况，开发低成本节能技术，为实现真正的节能减排、创建可持续社会做出贡献。