家用分体式空调无滴水可调湿节能技术的开发研究

1、立项依据1.1目的意义能源既是人类社会赖以生存和发展的必要条件，也是国民经济和社会发展的重要物质基础。

我国的自然资源总量排世界第七位，其中能源总量居世界第三位，如已探明的煤炭储量占世界总储量的11%，原油占6%，天然气储量占3%左右。

虽然我国能源总量不少，但由于我国人口众多，人均占有能源资源相当匮乏。

从总体上讲，我国人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，而石油仅为十分之一。

目前，我国的人均能源消耗水平也是低水平的，中国人均消耗能源约为世界平均值的45%左右，远低于世界平均水平。

与此同时，我国能源利用效率却很低，比发达国家低约10个百分点，是世界上产值能耗较高的国家之一。

2001年，全国能耗费用支出达1.25 万亿元，占GDP 的13.5%，而同期美国只占7%。

中国11个高能耗产业的33种产品能耗比国际先进水平高46%左右，这些高耗能部门与国际水平相比，每年多耗能约2.3亿吨标准煤。

一些能源未被充分利用而排入大气，造成大气污染，产生的损失已经占到GDP的3%～7%。

2001年世界银行发展报告列举的世界污染最严重的20个城市中，中国占了16个。

可以说能源问题是我国当前国民经济持续发展面临的主要问题之一，一方面是能源占有量不够，另一方面是能源利用的不合理及低效率。

可以预见，随着经济和社会的快速发展，中国将面临越来越严峻的能源短缺问题。

解决能源问题有两个途径:一为开源，二为节源。

开源即开发新的能源，增加现有能源产量，核能、太阳能、风能、地热能的开发和利用均属此范畴。

节源亦即节约现有能源，合理分配和利用能源，使单位能耗产生最大的经济效益。

由于新能源的开发及大规模利用需要更多的时间技术与金钱，因此当前的节源就显得更为重要了。

我国空调制造业近10几年来发展速度惊人，已跃居全球空调器制造业之首。

表1－1显示了我国空调业从1997－2004年的产量发展变化。

2006冷冻年我国家用空调行业共计销售空调5270万台，其中内销2480万台。

目前，我国空调保有量达到了2亿7千万台。

庞大的空调数量消耗了大量电能，据国家电网报告显示，全国出现拉闸限电的地区，从2003年的12个省级电网扩大到2004年的21个，预计随后两三年内用电紧张局面将更趋严重。

随着空调的迅速普及，空调的用电负荷在逐年猛增，空调能耗已占全国耗电量的１５％左右，家用空调年耗电在400亿千瓦时以上。

在夏季用电高峰时期，空调用电负荷甚至高达城镇总体用电负荷的４０％左右，空调成为用电大户。

电力空调的快速增长是造成用电紧张的重要因素之一。

冬季天气越冷或夏季天气越热，空调耗电越多，以致出现冬夏两季用电高峰；而春秋两季，因很多空调未使用，各地电力供给基本平衡。

因此，可以说夏季和冬季的季节性缺电是由电力空调负荷所造成的我国空调数量庞大，但是大多空调效能比不高。

能效比EER（energy efficiency ratio）是指在规定的制冷能力试验条件下，空调器制冷量与压缩机驱动功率之比（其值常用W/W 表示)。

在2005年3月1日前我国执行的空调器能耗比标准是GB/T 7725-1996见表1－2，表1－2以国家标准与国外的一些标准做了比较[10]，显然我国的能效比标准准入门槛与发达国家相比要低很多，因而单位制冷量要消耗更多的电力。

由于我国原有空调器能耗比较高，在能源越来越紧张的趋势下，2005年3月1日开始我国实施新的空调器能耗强制性国家标准GB 120221.3-2004《房间空调器耗电量限定值及能源效率等级》,该标准按能耗水平把空调器从最节能到最耗电分为5级，1级为最节能空调器，5级为最费电空调器。

额定制冷量在4500W以下，市场销售占主流的空调，最低准入标准为5级即2.6，低于5级则为不合格产品，不允许在中国市场上销售。

新标准房间空气调节器的能源效能等级见表1-3和。

根据国家发展改革委环境和资源综合利用司测算，新执行的房间空调器能效标准，能效平均较以前提高了15%。

采用这个标准，每年全国可降低高峰负荷几十万千瓦，平均每台家用空调可节电80度左右，到2020年，全国可降低高峰负荷3600万千瓦。

虽然新的国家标准比原来的标准要求更高，但是与发达国家相比，还有不少差距，如美国，小1匹到1.5匹的空调，能效比达2.8即才是合格品，中国新标准为2.6，日本是4.0（日本95%以上的空调都是变频空调），按照新国标，目前我国市场上约有28%的空调能效指标不合格。

节能不但是我国空调产业今后发展的重点之一，也是我国能源战略核心。

空调节能不仅关系到空调生产厂的竞争力，还关系到部分厂商的生存，符合国家节约能源、走可持续发展道路的发展战略。

夏季室内虽潮湿，但空调开始时间过长将导致室内空气干燥，不利于人体健康；另外目前，夏季空调制冷过程中所产生的冷凝水没有得到妥善处理，一般做法是将冷凝水直接通到室外，容易损坏建筑物、污染环境。

因此保持空调房间内部湿度以及妥善处理好冷凝水既是普通消费者关心的问题也是城市环境管理部门所所关心的。

1.2国内外同类产品和技术情况国内出现了一些对于冷凝水回收利用的研究，但基本都还处在理论分析阶段。

目前所出现的冷凝水回收技术大部分是将冷凝水对室内空气中所释放的焓值重新从冷凝器中补充，从而达到降低散热器效果节约能源的作用，且没有投产，处于实验室阶段。

冷凝水回收技术的另一个重要应用在于将冷凝水雾化后向室内排放，保持室内空气的湿度。

本课题组对此问题已经进行了深入的研究探讨，并已发展出湿度的控制策略并制造了试验样机。

国外对于节能空调的研究集中在变频压缩机、制冷管路的优化设计，对房间温度的自动优化控制等等方面，还未见冷凝水回收节能空调的研究。

1.3市场预测和发展趋势能源价格日益昂贵，因此节能产品的经济价值会越来越高。

无滴水可调湿节能空调在成本上将比普通空调高出约10%，但其节约的能源价值将远远尝过成本的增加值，因此一旦投产，将成为消费者的首选。

且2006年我国产出5270万台空调，面向世界市场，市场空间非常庞大。

家用空调将会朝着节能、健康、环保的方向发展。

家用空调的无滴水可调湿节能技术正好满足了现在空调发展的需要。

2、技术开发内容、方法和技术路线2.1具体研究开发内容和重点要解决的技术关键问题具体研究开发内容：①室内湿度测控技术的完善及产业化研究目前本课题组所掌握的湿度控制技术已能达到将室内湿度传感偏差控制在±3%RH 以内，在此基础上，本课题组将改善控制算法，进一步减小湿度传感偏差，并将控制集成到空调自身控制系统当中。

②新型开放式蒸发冷凝器的研制及分析传统家用空调的冷凝器为管翅式风冷散热器，单位散热效率低，体积大。

蒸发式冷凝器具有封闭的冷却塔，往往应用于中央空调，效率高，但体积也大。

将蒸发式冷凝器原理应用于家用空调中，将封闭式液滴管束冷却塔改进为开放式液膜管翅冷却区，利用冷凝水作为冷却剂进行蒸发散热，既大大提高了散热效率又减小了散热器体积，还解决了部分冷凝水的问题。

③冷凝器新型沟槽翅片的研制及分析开放式蒸发冷凝器当中最重要的是冷却液在翅片表面的附着状况，从目前的试验当中可得知，液体流经普通平板翅片时，由于表面张力的原因，常形成固定的“流道”，液体只在“流道”内流动，而翅片其他部位极有可能没有冷却液，这将造成翅片表面温度的严重不均匀分布，长期将造成翅片变形。

在翅片表面加工沟槽充当“流道”可以很好的解决这一问题。

利用微型沟槽的毛细力，可拉动液体均匀分布于沟槽内，沟槽均匀布满翅片表面可使得翅片表面均匀分布液体进行均匀蒸发散热。

④冷凝器散热效率与家用空调耗电量的数学关系对于冷凝器效率与能效比之间的关系，有很多定性分析，但缺乏足够的试验依据以及数学模型。

通过节能实验与理论分析，以及数学模型的计算机模拟，确定影响能效比的冷凝器相关参数关系，优化家用空调的节能效率。

⑤冷凝水收集与自动分配系统的研制在本课题中，冷凝水既用来对室内空气进行保湿，又用来对冷凝器进行辅助蒸发散热，其在两个功能之间的分配是一个不容忽视的问题。

因此有必要研制一套冷凝水的收集与分配系统来协调两个功能的用水量。

⑥无滴水可调湿节能家用空调的工程化及产业化研究无滴水可调湿节能空调对控制空气质量以及节能都有很好的作用，但对其成本以及可靠度应该提出较高要求，并在实现新功能的条件下进行相应的技术改进，最终实现投产的目的。

重点解决的关键技术①解决开放式蒸发冷凝器中的冷却剂如何从收集器分配至各个翅片的问题。

②研究新型翅片表面沟槽截面形状和表面粗糙度对于散热、水流分布、速度以及翅片表面边界层气流状况的影响。

③翅片表面与空气和水的耦合界面的复杂传热及气液相变过程的计算机模拟（主要相变过程为水蒸发为水蒸气）。

④空调能耗与冷凝器翅片换热系数、散热片面积、冷凝液散热前温度、散热后温度、环境温度因素的多条件多因素正交实验。

⑤冷凝水分配系统中对雾化水位和冷凝器冷却剂水位的传感与控制。

2.2项目特色和创新之处①将无滴水湿度测控技术和无滴水对冷凝器进行降温节能技术综合应用于家用分体式空调上。

②新型翅片表面带有沟槽，创造性的解决的冷却液的流动和分布问题，使得冷凝水的蒸发辅助散热技术实用化。

③实现冷凝水的自动分配，保证了室内保湿和辅助散热节能两种功能的同时实现。

2.3要达到的技术、经济指标及社会、经济效益①湿度控制集成于空调控制器当中，实现遥控或旋钮控制。

②提高普通非节能空调（无变频及其他节能技术）制冷能效比提高20%以上。

③完全消除空调工作时冷凝水自然滴流的空调滴水问题。

④空调增加的装置成本控制在300-500元（取决于不同型号、功率）以内。

2.4采用的方法、技术路线以及工艺流程本项目采用理论探讨、计算机CFD软件模拟和阶段性实验研究相结合的方式。

技术路线以及工艺流程见图1。

图1 本项目技术路线将空调散热器的换热过程简化为气流绕流平板阵列与管束问题，将表面近似看作均匀混合流，计算其换热系数。

通过Fluent软件仿真模拟分析假设正确性，并修正假设。

由计算结果确定翅片加工参数，同时制定空调改进方案，和翅片加工参数确定零件的设计方案。

与此同时开展湿度控制算法的优化和冷凝水分配系统的研制，三项工作完成后进行整机组装调试，实验个部分共同工作情况，整体联调合格后进入实验。

实验分阶段进行，第一阶段是已有参数的验证性试验，包括冷凝水生成量3、工作基础和条件3.1承担单位概况（人员、资产、业务与管理状况）项目承担单位：华南理工大学是教育部直属的重点高等院校，具有完备的科研条件，现有资产26.3亿，其中教学科研仪器设备资产总值6.8亿。

校舍总建筑面积163万平方米，图书馆面积6.7万平方米，藏书300万册，教职工4167人，实行由学校统一领导分级管理的财务制度。

华南理工大学机械学院设有严格的财务管理制度、健全的财务管理机构和合格的财务管理人员以及健全的财务经济责任制，可以确保项目的实施。