0.5 制冷的發展趨勢
(1)環保
臭氧層的破壞和全球氣候變暖是當今世界所面臨的主要環保問題。由于制冷裝置廣泛采用的制冷劑HCFC(據研究表明氟利昂中的一個氯原子可以破壞約一萬個O3分子)使平流層中O3濃度大幅度減少,讓太陽產生的到達地球表面的紫外線大大增加,對人類的健康以及地球的生態環境產生了非常不利的影響。1992年通過了《蒙特利爾議定書哥本哈根修正案》,議案規定:1995年年底停止使用CFCs(氯氟烴)物質,發達國家于2030年完全停止消費HCFCs(氫氯氟烴)物質,2040年完全停止消費HCFCs。目前我國的空調、制冷機組、熱泵以及其他制冷裝置中的制冷劑主要是R22和R134a。基于環保的需要,研究主要集中在新型制冷劑的研發以及與新型制冷劑有關的新技術、新設備、新材料和新的制冷理論和實踐兩方面。
當前對新型制冷劑的發展趨勢主要是HFC(氫氟烴)和自然工質。在HFC的研究中,作為R22替代物的R407C、R401A以及一些共沸制冷劑都有一定量的使用,這些制冷劑在滿足特定需要的同時,也有一定的節能效果。但HFC雖然解決了臭氧層問題,可其產生的溫室效應不容忽視。從與環境的相容性來說,自然工質是最好的替代物,如NH3、CO2等,如果能解決其與潤滑油、材料的相容性、能效等問題,自然工質是最完美的選擇。當然在研發新型制冷劑時還應考慮其他環境因素,如設計出的新型制冷劑是否會在一定條件下發生分解等產生一些潛在危險(如毒性或形成酸雨)。
除了新型制冷劑以及相關新技術新設備等的研究外,新的制冷技術也有突破,代表性的有熱聲制冷和磁制冷研究。它們與傳統的蒸氣壓縮式制冷相比具有很大的優勢:它們無需使用傳統的制冷劑,不會導致臭氧層的破壞和溫室效應,無需往復運轉的設備以及密封、潤滑等構件,壽命大大延長。其中熱聲制冷在紅外傳感、雷達、計算機芯片以及其他低溫電子器件的降溫中已有應用;磁制冷在衛星、宇宙飛船等航天器中有應用;高溫磁制冷還在進一步的研究中。
(2) 節能
隨著我國經濟發展的突飛猛進,用能需求也迅猛增長,同時節能減排指標迅速提高,使得新能源有了巨大的發展空間。建筑能耗占社會總耗能的20%~30%,其中冷熱源設備及系統占建筑能耗的60%左右。可見,在國家大力提倡節能與能源合理利用、推行清潔能源工程、鼓勵開發可再生能源的前提下,冷熱源系統的節能對于建筑節能起著舉足輕重的作用。
節能,一方面是減少各種損失,改善各種設備的效率;另一方面是提高各種低位能源的品位來達到節能的目的。目前制冷節能新技術中發展迅速的有熱泵技術和冰蓄冷技術。
熱泵是備受全世界關注的新能源技術。它是一種將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置。熱泵通常從自然界的空氣、土壤或水中獲取低位熱能,再以消耗一定的功為代價,可以為熱用戶提供可利用的高品位熱能。熱泵技術不斷創新,發展十分迅速,在空調領域應用越來越廣泛。
冰蓄冷利用夜間電網低谷期制冰將冷量儲存在蓄冰裝置中,白天電網高峰時段再將蓄冰裝置中的冰融化釋放冷量來滿足空調負荷需求。冰蓄冷對于電網來說,實現削峰填谷,平衡電力負荷、改變發電機組效率;對于制冷機組而言,可以改善制冷機組運行效率以及減少系統的裝機容量。業內人士普遍認為,蓄冷空調是節能、節約投資的最佳技術之一。
(3)智能化
制冷系統是一個封閉系統,要求有很好的密閉性。為了保障制冷設備的正常運轉,并達到所有要求(如空調系統負荷運行工況多、干擾因素較多、溫濕度相關聯等),需要把控制溫度、壓力、流量、濕度等許多熱工參數的一些熱工儀表、調節元件等組合起來,形成一個控制系統。通過控制系統可以對制冷系統各設備參數進行及時的檢測、調節,一個綜合節能控制的制冷空調系統節能效果會更加客觀。
隨著計算機技術的不斷發展,整個制冷系統都在向全自動化方向發展。對制冷裝置有關參數的最佳綜合調節、實現系統整體節能等是制冷系統的必然趨勢。