中國制冷空調工業的發展趨勢

中國制冷空調工業的發展趨勢

　　高效節能是制冷空調設備制造業永恒的目標

　　◆我國的能源形勢

　　就能源物質的儲量而言，我國是能源資源大國，但更是人口大國，如按人均占有量計算，又是能源短缺的國家。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）能源資源的儲量是有限的—就世界范圍而言，據世界能源專家的預測，煤炭還能用220年，天然氣可用60年，而石油將在40年左右枯竭。這意味著再過兩個世紀左右的時間，被現在大量消耗的煤、天然氣和石油均被全部用光，如找不到新的能源，則世界將要變成寒冷黑暗的星球。

　　我國的能源資源的儲量同樣是有限的，煤炭探明的儲量是億噸，可直接利用的煤炭儲量1886億噸，天然氣是38萬億立方米，石油是32億噸。這些儲量如果平均分配到占世界20%的人口就會發現如果按現在的消費速度進行下去，中國將是第一個用光能源資源的國家，因為我們人均煤炭、石油、天然氣資源量僅占世界平均水平的60%、10%和5%，因此我們不得不關心我國的能源安全問題。

　　（2）能源利用率低下—以煤為例，我國每噸標準煤的產出效率僅相當于日本的10.3%，歐盟的16.8%、美國的28.6%。我國每1美元的GDP的能耗是世界平均水平的3倍，是發展中國家的2倍。可見我國能源利用率之低。

　　（3）能源資源分布不均—我國能源資源地域分布大體上是75%～80%分布在當前經濟發展落后又貧窮、能源消耗小的北部、西部地區，如東北、西北地區，而能源消耗的60%以上是在東部、南部經濟發達人們生活富裕的地區，于是形成了北煤南運、西氣東輸的局面，鐵路運輸能力40%以上是用于煤炭運輸，同時造成了鐵路沿線的環境污染。

　　（4）能源結構不合理—我國長期以來能源消費都是以煤為主，煤在能源產量中所占的比例有越來越高的趨勢。

　　在世界許多國家實現了由煤到石油、天然氣的能源結構調整，而我國由于石油、天然氣儲量低，以煤為主要能源而進行大量開采是必然的，而且這種情況會長期繼續下去，這就要求我們時刻關注以煤為主的一次能源消費所帶來的環境保護的壓力與影響。

　　自改革開放以來，我國經歷了能源消費由低到高的發展過程，同時拉動了我國GDP的增長。但二者的增長速度不同，如2002～2003年我國GDP增長9.1%，而電力增長了16.3%，就是這樣仍然出現了不少地方拉閘限電的現象，使一些地方的經濟發展受到了影響。

　　◆制冷空調設備的能耗

　　我國制冷空調設備制造業已成為向國民經濟各個部門提供裝備，向提高人民生活水平的各個方面提供保證的裝備制造業的重要組成部分之一。

　　（1）制冷空調設備能源消費增長迅猛—隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的進一步提高，制冷空調設備的應用領域越來越廣泛和普及，于是使制冷空調設備的能源消費增長很快，在能源消耗總量中所占的比重越來越大。

　　2004年上海市最大空調負荷所消費的電力約為657萬千瓦，占電網最大負荷的43.8%。而江蘇省全省最大空調負荷消耗電力約為1000萬千瓦，占全省最大用電負荷的33%左右。

　　（2）制冷空調設備的使用特性—制冷空調設備的使用大都是沖擊性負荷，而且季節性強，就是在每天不同的時間段所需的電力也各不相同。冷凍冷藏設備夏季運行與冬季運行由于工況的不同，所需電力是有明顯變化的，但其對電網的影響遠小于空調設備。空調設備大體上可以分為家用的空調設備（如家用空調器、空調柜機、窗式空調器等）、中央空調兩大類。中央空調主要用于工業用戶和第三產業用戶（如商場、影劇院、飯店酒家、寫字樓等）。家用空調使用率較低，而且持續使用的時間短，工業及第三產業所用空調設備則使用率較高，且連續使用的時間長。二者使用時基本上都是在用電高峰的時段，加劇了電力供應的壓力，導致了電網的運行安全性、經濟性問題的產生。

　　（3）制冷空調設備市場空間增長—隨房地產業的快速發展，隨城鎮化建設速度的提升，隨農、牧、漁業產品產量的增長，為我國制冷空調設備的進一步發展提供了更廣闊的空間。建筑業的發展拉動了家用空調、中央空調的發展。近年來城市總建筑面積年均增加迅猛，其中住宅面積超10億平方米（見下圖）。現在空調設備已由奢侈性消費品變成生活和工作環境的必需品，并在城鎮逐步普及。一座現代化建筑沒有配備空調設施已成為不可理解的怪事了。

　　農產品、畜產品和水產品產量的增長、品種的增加和對外貿易的發展，對冷凍、冷藏及冷藏運輸提出了更高的要求。首先是糧食的儲藏，我國年產糧食～萬噸，需大量谷物冷卻機為糧食貯藏服務。其次肉類產量已達7260萬噸/年以上，水產品達4855萬噸以上，蔬菜產量已近5.5億噸，水果產量已超過萬噸，均需增加大量冷凍冷藏設備為之貯藏與保鮮，必然提出對能源需求。

　　由以上幾點可以看出制冷空調設備與鋼鐵、水泥等工業部門相比，雖不能稱為用電大戶，但由于制冷空調往往運行時正是用電高峰時間，對電力供應沖擊很大；制冷空調設備的應用范圍越來越大，國民經濟所有部門，人民生活的各個方面均已離不開制冷空調設備，所以其能源消費量仍然是很可觀的，應予以足夠的重視。

　　◆制冷空調設備的節能途徑

　　（1）開發應用高能效比的制冷空調設備—制冷空調設備生產企業在制冷空調設備節能工作中具有決定性作用。企業生產何種產品、效率如何、對消費者如何導向等，完全取決于生產企業。但僅僅依靠企業的自覺性還不夠，還需要國家的宏觀調控和政策的導向。現在已有三項能效限定值及能源效率等級標準發布并已實施，即《冷水機組能效限定值及能源效率等級》（GB-2004）、《單元式空氣調節機能效限定值及能源效率等級》（GB-2004）和《房間空氣調節器能效限定值及能源效率等級》（GB.3-2004）發布實施，三項標準中對于能源效率劃分了5個等級，其中第5等為合格，是最基本的要求，如達不到5級則不允許生產、銷售，屬于淘汰產品，倡導企業生產和銷售1、2級產品，即節能型產品。這三個標準中的第5等級是強制性要求，是必須達到的，1級產品屬于通過努力爭取實現的目標，2級產品屬于市場先進水平，3、4級屬于我國平均水平。企業有了明確的方向，勢必推動行業的技術進步、產品質量的提高。

　　制冷空調設備是由制冷壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器及各部件間的連接管路所組成的封閉系統。系統中制冷壓縮機是核心部分，研制開發高效制冷壓縮機是獲得高效節能制冷空調設備的關鍵。活塞式機械誕生和應用最早，已有百余年發展史，目前是技術完善程度最高的機型，現代投入研究開發力度較大的機型是螺桿和離心式制冷壓縮機。

　　螺桿制冷壓縮機作為商品投放市場已有半個多世紀的時間了，這期間經過各國的努力，使螺桿制冷壓縮機的效率有明顯提高，應用范圍不斷擴大，以成為各國的主打品牌。我國在20世紀70年代有螺桿式制冷壓縮機投放市場，現在已形成了完整的產品系列，從轉子公稱直徑63、80、100、125、160、200、250、315直到510均有產品在運行。對壓縮機效率影響最大的是螺桿轉子齒型，現在我國已開發出具有自己知識產權的高效螺桿轉子齒型；同樣離心制冷壓縮機在我國也形成了自己的研發隊伍，有了具有自己知識產權的產品，這一切就是進一步提高制冷空調設備能源效率等級的良好基礎。有了高效節能壓縮機還要有高效換熱器與之配套形成完整的優化的制冷空調設備系統。而高效換熱器最重要的材料高效傳熱管已有多個企業可以大批量生產。今后只需在制冷空調系統優化設計的環節加大投入力度，則可望實現制冷空調設備能源效率的升級。

　　（2）合理地使用已有的能源—電能不是制冷空調設備唯一的能源，應加大利用廢熱、天然氣為能源的制冷空調設備的開發和應用。如發展冷、熱、電聯產設備，又如開發利用天然氣為能源的溴化鋰吸收式制冷機（三效）、以天然氣為能源的發動機拖動制冷壓縮機的制冷空調機組等都應該是值得投入的產品。減少電力高峰用電，減少發電設備投入。

　　（3）開發與利用蓄冷空調設備—蓄冷式空調系統是使制冷設備利用低谷電制冷，將冷量以水、冰等形式儲存起來，在空調高峰負荷時段部分或全部地利用儲存的冷量向空調系統供冷，以達到降低制冷設備安裝容量和減少運行費用，減輕對電力供應的壓力，確保電網運行的安全。此設備雖不是節能的，但卻可以移峰填谷，使電力系統運行安全，同時也可以降低對電網系統的投資。

　　蓄冷空調設備有水蓄冷空調設備、冰盤管式蓄冷系統、相變材料式（冰球）蓄冷系統、冰片剝落式蓄冷系統和冰晶式蓄冷系統等，不同型式均有其合適的應用場合，應根據需要確定應開發的產品型式。

　　開發、應用環保型制冷空調設備

　　◆推廣使用環保制冷劑

　　（1）我國淘汰ODS的進展概況—制冷劑的排放與泄漏對人類共同的家園—地球生態環境的影響有消耗臭氧層和使地球變暖加劇溫室效應兩個重要方面。

　　根據《蒙特利爾議定書》的規定，1999年發展中國家就進入實質性履約時期，要求實現主要消耗臭氧層物質氯氟烴（CFCs）生產和消費凍結在1995～1997年的平均水平上。我國政府1993年1月就已批準實施《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》，并得到了多邊基金第九次執委會認可。在國家方案的正確指導下和多邊基金的支持下，我國消耗臭氧層物質（ODS）淘汰活動取得了很大進展，已實現了第一階段的淘汰目標。國家要求新生產的CFCs只能用于已在用的制冷空調設備的維修方面，CFCs產量到今年必須消減50%，到2010年全部停止生產，在用設備維修只能使用回收再生的CFCs。

　　一般制冷空調設備的使用壽命在15～25年，在其中使用壽命期間因檢修、泄漏需補充CFCs，因此我國對于制冷空調設備維修行業給與了很大重視，維修行業的CFCs淘汰已成為按時實現CFCs全面淘汰的關鍵。中國制冷空調工業協會正在準備起草CFCs回收再利用的有關規定，以推進國家方案的落實。

　　通過實施《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》，建立了實施《蒙特利爾議定書》的多邊基金項目管理體制，有效地控制了消耗臭氧層物質的生產和消費，1997年開始全面展開了淘汰ODS的活動，尤其是在《中國汽車空調行業CFC-12整體淘汰計劃》、《中國泡沫行業整體淘汰CFC計劃》等六個行業計劃提出并執行后，已提前實現了《議定書》要求的控制目標。到20世紀末我國50余家冰箱、冰柜生產企業均完成了以HFC-134a、R600a取代CFC-12的改造；汽車空調已于2002年1月1日起所有新生產的汽車停止裝入以CFC-12為工質的汽車空調，而以HFC-134a替代；目前新生產的各種型式制冷空調設備均已不再使用CFC-12為制冷工質。

　　（2）我國當前在用的制冷工質—當前我國應用較多的制冷工質有HCFCs（R22、R123）、HFCs（R125、R134a）和無機化合物（NH3[R717]、H2O、CO2），它們的破壞臭氧層潛值ODP和全球變暖潛值GWP如下表。

　　從對臭氧層的破壞和對地球大氣環境的影響來看，當前采用的制冷工質中CFCs已不再繼續使用，在用的HCFCs和HFCs也不是可以永久使用的制冷工質，雖然HFCs對臭氧層破壞潛能值是0，但其使全球變暖潛能值巨大，令人不得不重新審視對此類物質的應用。而無機化合物中的H2O、CO2、NH3(R717)無論是在對臭氧層的破壞還是對形成溫室效應的影響都是值得給予關注的，應該很有應用前景的物質。

　　對于制冷工質的選擇時，尚應注意其安全性，其安全性分類如下表。

　　NH3(R717)是應用較早的制冷工質，直至今天仍有不少制造廠還在生產NH3為制冷工質的制冷空調設備，究其原因是其熱力性能好，泄漏易于發現，且制造技術發展到今天，對于泄漏問題的解決已有成熟的經驗。NH3雖然是高毒性物質，NH3的制冷設備仍在不少國家或地區使用，甚至有些國家又重新研究NH3的制冷設備。這也是應關注的趨勢。何況NH3的泄漏對于臭氧層、全球變暖無影響，所以不排出NH3制冷設備再次進入更廣泛的應用領域。

　　◆與環境友善的制冷空調設備

　　制冷技術的發展給人類社會的進步和人們生活水平的提高曾有不小的貢獻，但同時也給人類生存的環境造成了不可忽視的破壞，這種破壞除了機械噪聲對環境破壞之外，還有上邊提到的破壞臭氧層、溫室效應等都直接影響了人們的正常生活，僅1998年因全球氣候變暖造成的損失就達900億美元。可見開發與環境友善的制冷空調設備已是迫在眉睫的任務。

　　（1）開發并應用低噪聲、無泄漏的制冷空調設備—對于裝備制造業，低噪聲、無泄漏是永遠追求的目標之一。對于任何裝備所產生的噪聲都是由輸入裝備驅動能量因裝備設計結構不當，加工粗糙所產生的。這就要求優化裝備的設計與制造，以適應環保的要求。

　　（2）開發應用廢棄的能量（如廢熱驅動的制冷空調設備）—在日常的生產活動中、日常生活中，不斷有廢棄的熱量和廢水被排到周圍的環境中，這部分能量如不能被利用，則會造成城市的熱島現象。同時加劇了溫室效應。溴化鋰吸收式制冷機就可以很好地利用發電廠廢熱為能源實現制冷。但應該注重提高溴化鋰吸收式制冷機的能效比。以工業廢水和生活污水為主的城市污水作為熱源的熱泵機組是應該開發與推廣的裝備之一。

　　（3）地源熱泵—利用地熱時應該以不破壞動、植物的存活與繁衍為前提，如地下埋管為換熱器的熱泵系統，應將埋管的深度設到冬季不影響冬眠動物的生存（如蛇、蛙等），夏季不影響地表植物根系的生長。

　　擴大制冷空調設備服務領域

　　◆為農業、農村、農民服務

　　（1）為農業生產和農產品深加工提供裝備—我國農業生產穩步發展，糧食的產量持續上升，已基本解決了吃飯問題。2004年糧食產量達萬噸，比上年增長1.7%；蔬菜萬噸，比上年增長1.7%；水果萬噸，比上年增長5.0%；肉類總產量7260萬噸，比上年增長4.7%；水產品4855萬噸，比上年增長3.2%。產量均為世界絕對第一，特別是糧食歷來都把它當作戰略物質加以重視。現在已有谷物冷卻機投入使用，但利用低溫技術進行糧食貯存還不普及，應推廣。我國蔬菜、肉類、水產品產量巨大，同時也是國際市場受歡迎的產品，應該為之提供不同用途的速凍、冷藏、冷藏運輸等設備。對于已形成的“冷鏈”，應協調發展，消除“冷鏈”中的瓶頸，以適應國內外兩個市場的需求。

　　（2）全面建設小康社會最重要的方面是農業產業化、農產品深加工、農村人口向城鎮轉移，城鎮人口比例大幅度提高，更大程度上縮小城鄉差別，使農民過上更加富裕的生活。城鎮化建設實質是改變了農業、農村、農民的生產方式、生活方式和生活質量。工作環境和生活環境的改善是和空調設備、熱泵機組密切相關的，生活水平的提高還和冷凍、冷藏設備、冷藏運輸設備相關。總之城鎮化建設需大量的制冷空調設備、交通運輸設備為之配套、服務。

　　◆為工業發展和改造傳統產業服務

　　（1）為食品工業提供裝備—速凍食品和飲料已成為世界發展最快的食品工業最重要的產品之一，近年來貿易量正以30%的速度在增長，世界此類食品總產量已達6000萬噸以上，品種已達3500個，而我國速凍食品尚處起步階段。目前我國速凍食品消費水平僅為美國的4%～5%左右，我國必將迎來速凍食品大發展的新局面，制冷空調設備制造行業應根據速凍食品特殊的需要，研制新產品。

　　（2）為水電站建設服務—水電站建設是我國今后能源發展重點，制造大型移動式制冷機組、冷水機組、片冰機，更好地裝備水電站建設中的混凝土攪拌廠，以提高大壩澆注質量和保證大壩工期。

　　（3）為改善工業生產環境提高工作效率服務—創造車間合適的溫度、濕度條件，對于提高勞動效率是一個保證條件，不同類型的工廠，需不同的環境條件，各設備制造業應結合不同需求，開發不同型式的空調設備為之服務。

　　◆為科學技術、文化教育和醫療衛生服務

　　（1）科學研究—首先是為科學家提供一個最合適的工作環境，其次是為他們創造一個科研中的必需低溫條件。如凍土研究所，就必須根據需要創造不同的低溫，協助科學家完成研究工作。其他許多方都可能提出對溫度的要求，制冷設備制造企業應深入實際，為之提供制冷設備的保證。

　　（2）文化教育、醫藥衛生—一是工作、學習的環境保證，一是提供試驗條件，一是生產條件。對于衛生事業，如醫院，應注意不同病區、療區的環境的分隔，并注意溫、濕度要求的差異，這樣才能有效地保證患者的康復和無互相傳染。

　　◆為國防建設服務

　　（1）我國地域廣大，氣候條件復雜，尤其邊境線漫長，條件各異，無論是武器裝備的貯藏，還是運輸設備等均需有制冷空調設備為之創造合適的條件。如坦克、裝甲車的空調、艦艇、潛艇的空調等。

　　（2）提供低溫試驗條件以確保武器裝備在任何惡劣條件都可以投入使用，如航空、航天儀表的低溫試驗等，這都需要制冷空調設備制造企業與用戶結合，研制最合適的設備為特殊需要服務。