节能80%？零碳空调离我们有多远
原创 杨子旭
节能80%？
零碳空调离我们有多远
众所周知，空调在提升工作效率、改善人们生活中起着重要作用。然而，空调通过消耗电能将室内的热量转移到室外的过程中，对室外环境造成了严重影响。
据预测，30年后，房间空调器的保有量将达到45亿台，是现在的4倍，能源消耗将超过全球总能耗的10%。那如何在保有量增加4倍情况下，不破坏室外环境呢？答案就是降低80%的能耗。那么该如何空调器实现节能80%呢？
压力就是动力，首先还是要提高现有部件性能、并进行系统优化。一般来说，空调只有一个室内换热器，这样温度湿度在一起处理，导致能效比较低。为此，团队特别研发了两个室内换热器的室内机，一个温度较高实现降温、一个温度较低实现除湿，有效提升了制冷系统的能效，并以此研发了高效的“三吸三缸压缩机”。另外团队还提出了室外机也采用两个换热器、其中一个采用微通道换热器，另一个翅片管冷凝器安装喷水装置，这个系统被称作“梯级换热制冷系统”。
只提高传统制冷系统能效，是不能满足节能80%的要求。此时，就要发挥自然的力量，把室外空气作为室内温湿度的调控手段，利用室外空气的温差和湿度差，是一种很巧妙的方法。通过人工智能算法控制智能通风机，可以实现室外温度高于室内时的通风节能。
智能通风机控制方法
当这些步骤完成后，全年的节能量已经达到75%左右。要实现节能80%的目标，一种方法就是“节流”，进一步提升机组能效，但此时投入大收益小，于是可以利用可再生能源实现“开源”。比如对于家用空调产品，采用光伏直驱技术，用剩下的成本空间，安装了一个大小1m2的太阳能板，可以直接装在室外机的外壳上，让空调兼具发电功能，用电的同时也能利用太阳能发电。
超高效空调器流程图
产学研协同创新、优势互补。为此，第二十二届北京青年学术演讲比赛的选手杨子旭（北京制冷学会推荐）所在的清华大学团队与格力电器组成联合团队，在王宝龙、石文星老师的带领下，提出并研发了“集成智能通风和光伏的超高效空调器”，包括高效制冷装置、智能新风机与可再生能源利用装置。
通过模拟分析，得到了各项节能措施的节能率，其中直接通风降低10.1%、新风淋水降低8.3%、高效系统与部件降低49%、室外换热器喷淋降低6.1%，此时节能率已经达到74%，如果再考虑太阳能光伏节能量，将超过80%。耗时一年，团队克服了疫情、地域等限制，终于研发出对应的机组，并送到新德里进行了实际测试。
超高效空调器示意图
实验室性能测试中，机组与基准样机相比，能效提升110.5%，需要注意的是，此时是不借助新风、太阳能的测试结果，如果考虑这些因素，模拟全年气象的实验室测试结果表明，超高效空调器折合全年耗电量降低84.3%，折合气候影响降低达85.7%。若将该技术在全球规模化推广，到2050年能够累计减少132Gt（1320亿吨）二氧化碳当量排放，相当于1160亿棵树100年的碳汇量。
该技术在全国的应用效果进行了初步的计算，在我国也具有良好的适用性。在华南、华北地区节能率在65%~80%之间，在西北地区甚至超过了85%，计算碳排放降低均超过75%，绝大部分大于80%。也就是说，这项技术不仅为热带、亚热带地区制造，在广阔的温带地区也有较广泛的应用前景。
零碳空调离我们有多远呢？“零”能耗，顾名思义就是消耗的能源等于产生的能源，对于空调器，必须做到“开源、节流、提高能效”，也就是“充分利用自然能源和可再生能源、降低建筑负荷、提升空调能效”，对于团队的方案，如果空调并入未来国家可再生能源电网，这15%的差距将被弥补，零碳空调离我们将不会遥远。
实现碳中和，需要大家的智慧、也需要自然的力量，需要仰望星空、也需要脚踏实地。
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