冷却效率提高

ADBI工作文件系列 冷却效率的提高 陈景良，沈波，刘璐、林瑶、高宇 No.1411 2023年8月 亚洲开发银行研究所 陈景良是中国制冷的高级工程师兼副秘书长和空调行业协会(CRAA)。博深是一家能源和 劳伦斯伯克利国家实验室的环境政策研究科学家。 刘璐是CRAA的高级工程师兼副主任。林耀是一名建设者，开利空调销售服务（上海）有限公司改造经理. YuGao是CRAA的高级工程师和副主任。 本文表达的观点是作者的观点，不一定 反映亚行、亚行、其董事会或政府的观点或政策 他们代表。ADBI不保证本文中包含的数据的准确性 andacceptsnoresponsibilityforanyconsequencesoftheiruse.Terminologyusedmay 不一定与亚行官方条款一致。 讨论文件在定稿前需经过正式修订和更正并被视为出版。 工作文件系列是以前命名的讨论文件系列的延续； Thenumberingofthepaperscontinuedwithoutinterruptedorchange.ADBI’sworkingpapersreflectinitialideasonatopicandarepostedonlinefordiscussion.Someworking论文可以发展成其他形式的出版物。 亚洲开发银行将“中国”称为中华人民共和国。建议引用： Chen,J.,B.Shen,L.Liu,L.Yao,andY.Gao.2023.CoolingEfficiencyImprovement.ADBI 工作文件1411。东京:亚洲开发银行研究所。可用: https://doi.org/10.56506/QJJV8928 有关本文的信息，请联系作者。电子邮件：cjl@chinacraa.org 亚洲开发银行研究所 Kasumigaseki大楼，8楼 3-2-5Kasumigaseki,Chiyoda-ku 东京100-6008,日本 电话:Fax:URL: +81-3-3593-5500 +81-3-3593-5571 www.adbi.org 电子邮件：info@adbi.org ©2023亚洲开发银行研究所 Abstract 随着世界各国人民生活水平的提高,对制冷 (包括空间冷却和制冷)继续增长。与冷却相关的增加能源消耗对全球气候变化的影响越来越大。 提高冷却系统的能源效率正在增加。本文介绍了一种与冷却系统及其能效相关的一系列概念和方法， 包括冷却系统的工作原理和评估其能量的方法效率，以及提高能源效率的技术和方法；这些 包括高效传热，气流管理，降噪，先进的压缩机技术,变容量控制技术,无压缩机冷却,改进 运行维护、提前更换低效设备等。本文还以亚洲开发银行宁波气候友好型降温为例 技术援助项目(TA-9670)。本文最后提出了政策建议如何采取措施提高冷却能效。 关键字:制冷,制冷,热泵,能效,效率提升,改造 果冻分类:O33 Contents 1.简介1 2.THEBASICSOF冷却ANDHEAT泵1 2.1制冷2 2.2热度泵3 3.METHODSOF评估冷却能源效率5 4.冷却技术ANDITSAPPLICATIONINIMPROVING冷却能源效率6 4.1高效热度Transfer6 4.2Advanced压缩机技术8 4.3变量CapacityControl技术9 4.4噪音Reduction10 4.5气流管理层11 4.6无压缩机制冷。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 4.7。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 4.8Operationand维护13 4.9全系统进近14 EarlyReplacementof冷却设备14 5.冷却能源效率改装评估:ACASE研究...17 5.1冷却SystemInformationfor宁波ShoppingPlaza17 5.2RecommendedTechnical改进措施18 5.3Cost–Benefit分析19 6.POLICY建议20 REFERENCES22 1.INTRODUCTION 根据伯明翰大学的报告（彼得斯2018），大约36亿 2018年，全球都在使用制冷设备，这些设备总共消耗了近 3,900TWh的能源-或世界总能源需求的3.4％。随着经济发展的进步和人民生活的改善 标准，全球对冷却的需求预计将在很长一段时间内快速增长未来。根据绿色降温倡议(GCI)，到2050年，可能会有更多全球超过95亿个冷却单元(图1)，总用电量 到那时增加到9,500TWh。在更极端的情况下(例如，加速冷却家电消费，以满足所有冷却需求目标)，可能有140亿台冷却 到2050年的单位，每年消耗19,600TWh的电力，如果设备效率 isbusinessasusual(Peters2018).Itisclearthatimprovementsincoolingenergy 效率将降低与冷却相关的能耗，从而满足 本世纪中叶的冷却需求，同时控制冷却的增加 能源消耗和减少由此产生的二氧化碳排放，有助于实现《巴黎协定》的目标。 图1：到2050年全球使用的制冷设备数量 资料来源：彼得斯，T。2018年。一个凉爽的世界定义了所有人冷却的能源难题。伯明翰大学。 2.冷却和热泵的基础 冷却系统的运行消耗大量的能量，这里的冷却是指两者空间冷却和制冷。在当前以化石为主的能源系统下 能源，冷却能耗的增加带来了巨大的挑战 减少气候变化的影响。提高冷却系统的能源效率可以降低冷却能源的使用强度。要了解如何提高 冷却能源效率，然而，人们需要首先了解什么是组件在冷却系统中，每个部件的工作原理是什么，以及如何整个冷却过程的作品。 2.1制冷 热量自然地从热的物体传递到较冷的物体，而相反的过程可以只能通过人工手段实现，这就是所谓的“制冷”。制冷是 从身体或系统中提取热量以使其温度低于环境温度（IIR2008）。 以夏季使用HFC-32制冷剂的空调的制冷循环为例例如(见图2)。制冷循环是一个闭环系统 由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，用铜管、钢管等连接。比喻说，制冷剂 循环类似于人体的血液循环。制冷剂是类似于血液；压缩机类似于心脏，为 制冷剂流动；制冷剂在其中循环的管道类似于血管；蒸发器和冷凝器就像肺和其他器官一样，其中 制冷剂吸收和散发热量。工作原理如下。 图2：夏季空调制冷循环 资料来源：作者本人。 空调的目的是将室内空气的热量传递给室外空气。到实现这一目标： 1.制冷剂需要吸收室内空气的热量( 制冷剂需要低于室内空气)，这需要 蒸发器。当HFC-32制冷剂汽液混合物(约 1.0MPa和5°C）进入蒸发器，它从室内空气中吸收热量， 从而冷却房间，液体制冷剂蒸发到低 压力和低温蒸气（约0.8MPa和10°C）。1 1蒸发器由管道、翅片和风扇组成，HFC-32制冷剂在管道内和室内管道外的空气。风扇增强了热交换效果。 2.制冷剂吸收室内空气的热量后，需要排出热量到室外空气，这需要的温度 制冷剂要高于室外空气。确保 制冷剂的温度高于室外空气的温度 将室内制冷剂蒸气压缩成高温所必需的 蒸气，而这个压缩过程需要一台压缩机来完成。 压缩机吸收HFC-32制冷剂蒸汽(由步骤1产生 以上），并将其压缩成高压，高温的HFC-32蒸气 （约3.0MPa和90°C）。2 3.被压缩的制冷剂蒸气将热量排放到室外空气中，并且散热过程需要一个冷凝器。HFC-32制冷剂 蒸气，其温度高于管道中的空气，然后 进入冷凝器，在那里它被冷却成高压液体(大约2.7 MPa和44°C），热量散发到室外空气中（约34°C）。3 4.冷凝的制冷剂液体需要更改为低于 室内空气温度，这需要一个膨胀阀。The 高压HFC-32制冷剂液体(约2.7兆帕和44℃)流向 膨胀阀在那里膨胀并变成低压， 低温汽液混合物（约1.0MPa和5°C）。4这完成一个完整的循环。这个循环重复自己。 为了提高冷却系统的能效，需要采取一些措施在设备方面。这些措施包括:1)改进热交换器冷凝器和蒸发器的效率；2)增加压缩机的能量 效率；3）根据用户冷却的变化调节制冷剂流量负载。就系统而言，以下措施有助于提高效率: 1）降噪；2）适当通风，充分利用自然通风；3）良好运行和维护，减少制冷剂泄漏；4)最佳匹配 提高能效的系统组件；5)更换设备当所使用的冷却设备的能效大大降低时 （有关某些措施的更多详细信息，请参见第6.4节）。 2.2热泵 当冷凝器散发到外部的热量用于加热室内空气时 或加热水，该装置就变成了热泵。与电加热器相比，热泵每千瓦时可以产生三倍甚至更多的热量 能耗,大大提高了能源利用效率。 热泵的原理如图3所示。同样，热泵传递热量从低温物体到高温物体需要通过以下方式实现人工手段。当蒸发产生的低温和 从冷凝器散发的热量可以利用，该系统具有冷却和 2压缩机的工作原理就像自行车泵，HFC-32制冷剂蒸气被压缩后，其体积下降，而其温度和压力上升。 3与蒸发器一样，冷凝器由管道、翅片和风扇组成。HFC-32制冷剂在管道和管道外的室外空气。风扇增强了热交换效果。两个蒸发器 冷凝器是热交换器。 4膨胀阀的作用与压缩机完全相反，当液体 HFC-32流经膨胀阀，其体积增加，而其温度和压力可调节膨胀阀开度，实现对制冷剂的调节 流。 加热功能。系统中需要一个四通换向阀来实现向前和向后的制冷剂流。 图3：热泵 资料来源：作者本人。 类似于水泵（如图4所示），它将水从低升高到高海拔，热泵将热量从一个低温物体传递到另一个 高温。低海拔和高海拔之间的差异越大， 水泵需要更多的能量。热泵的工作原理相同：热源之间的温差越大(如温度 加热时室内和室外的区别)，热量越多 泵的需求和较低的效率和可靠性。以中华人民共和国以中国(PRC)为例，热泵供暖适用于平均 温度高于-10°C在最冷的月份（1月），包括在长江流域，黄河流域，位于中国北部。在东北的 国家，最冷月份（1月）的平均气温低于-10°C，并且热泵不能真正用于加热。但是随着 技术，热泵的应用正在逐步扩大到较低的地区 temperatures. 图4：水泵工作原理 资料来源：作者本人。 3.冷却评估方法能源效率 在讨论如何节约能源和提高能源效率之前，有必要了解冷却能效的评估方法。 能量效率是冷却/加热输出与能量输入的比率。 能效指标= 冷却/加热输出 能量输入 由于冷却的运行条件，评估冷却效率很复杂设备是不断变化的，如温度和湿度。所以正常条件来评估设备的能效。在早期， 采用性能系数(COP)或能效比(EER)来 描述设备的有效性，并对这些指标进行了测试满载条件。 随着冷却设备和相关能源的数量迅速增加在世界消费中，节能越来越受到重视冷却设备的元件，促进了节能的发展 技术和节能评估方法。但是设备没有满负荷因此，考虑满载的COP/EER 条件不能准确地评估冷却设备的能效 实际使用。一种更准确的评估方法是测试设备的集成在不同负载条件下运行时的性能5；也就是说， 评估其在COP/EER和综合业绩方面的业绩，而不是 而不仅仅是在满负荷下评估其在COP/EER中的性能。此外，驱动通过推动取代煤炭以减少温室气体(GHG)排放和空气 污染，热泵的使用越来越多，集成冷却的比例越来越大和加热设备正在增加。因此，它变得越来越多 5设备的综合性能是设备性能的加权值 不同的负载条件，如25%负载、50%负载、75%负载和100%负载，或在不同的室外温度条件，如25℃,℃,℃等。 重要的是评估组合加热/冷却的加热性能设备（张2019）。 因此，像中国这样的国家正在使用季节性能源效率比 (参见)6评估仅冷却的房间空调的冷却效率。PRC还使用供暖季节性能因子(HSPF)7用于测量热泵房间空调的加热效率(国家市场管理局 中华人民共和国法规和标准化管理局 2019)。此外，性能系数(COP