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摘要：随着空调通风技术及制冷低温在我国工业、国防、民用等领域的广泛应用，空调制冷系统带来的一系列能源环境问题和矛盾也日益严重和尖锐。因此采用冰蓄冷、辐射吊顶、氨冷媒等空调制冷新设备、新技术，利用热经济学等综合分析能级匹配，合理选择空调制冷系统，达到能源充分利用，从而缓解能源短缺及环境污染问题的措施势必得到空调制冷领域的提倡和应用。
关键字：空调制冷冰蓄冷辐射吊顶氨冷媒热劲济学节能环保
中图分类号：TB651文献标识码： A 文章编号：
0 前言
国内的空调制冷系统应用非常广泛，涉及的领域也非常广，大到尖端、国防、化工生产、畜牧水产渔业、肉类食品加工、果蔬培养，小到菜篮子及千家万户日常生活，几乎无所不及。
空调通风方面，传统的空调设备和系统存在着两个主要问题：一是空调系统是耗能多，而且是用电负荷高峰时的主要用电设备，由此带来的能源环境问题不利于社会的可持续发展；二是长期生活和工作在空调环境中的人，由于新鲜空气少，室内空气品质较差，对身体健康产生不良影响，此外还有吹风感等舒适性问题。因此象冰蓄冷空调，辐射供冷、供热吊顶系统这样全新意义上的节能环保、健康舒适的空调设备和系统成为整个行业发展的趋势，追求的目标。
制冷低温方面，市场容量会逐渐扩大，低温生产车间、冷冻厂、冷库的建设也会随之加快。然而制冷低温系统大多采用含氯含溴的合成制冷剂（如氟利昂等）作为冷媒，而这类制冷剂对大气臭氧层等自然环境产生严重破坏，在替代冷媒仍属未定的局面和环保抗争日益严重的前提下，采用破坏臭氧层潜能值ODP和温室效应潜能值WGP均为0的氨冷媒将是一个趋势。
1 空调制冷系统新设备、新技术
随着整个空调制冷行业在节能环保和健康舒适等方面的不断深入改进和研究，空调制冷系统方面的新设备、新技术不断涌现。笔者将从空调制冷机组、末端装置、冷媒方面简要介绍冰蓄冷空调系统、辐射供冷供热吊顶系统合氨冷媒系统。
1.1 冰蓄冷空调系统
我国的电力工业发展很快，年发电装机容量已达到世界第2位， 2.5亿千瓦。但是，尽管如此，我国的电力供应仍日益紧缺，尤其是高峰不足与低谷过剩的矛盾日益突出。若采用需求侧调控的方法，如空调的冰蓄冷等可以将用电时间移至非高峰期，起到“移峰填谷”的作用。与使用常规空调相比，冰蓄冷空调有25%左右的移峰能力，理论上可转移11%的高峰负荷到低谷，从而达到节能又环保的目的。
1.1.1 冰蓄冷空调系统装置
笔者介绍最新文献报道的一种冰蓄冷空調系统，该系统由冰蓄冷主机、水力控制模块、蓄冰槽三大部件组成。
冰蓄冷空调系统主机形式多样，包括风冷蓄冷产品和水冷蓄冷产品，压缩机可采用涡旋、螺杆和活塞式。在缺水或日夜温差大的地区可使用风冷主机，其它地区可选用水冷主机。水冷产品中螺杆机效率较高，可优先选用。对于风冷、热回收、水源热泵型等压缩比大的应用场合，活塞机、涡旋机的效率也不错、且价格实惠，可考虑使用。对于具有多台压缩机的主机，由于其部分负荷性能好、备机功能强，同等条件下应优先考虑。
带有蓄能量测量装置和严密隔热防潮措施的模块式蓄冰槽，安装极其方便，只需将蓄冰槽体就位和接管即可，不需任何槽体内部安装工作。另外串联系统中冷水机下游布置方式可以降低成本，改善蓄能槽放热特性。
水力控制模块包括乙二醇载冷剂泵、冷却水泵、空调水泵、乙二醇板式换热器、闭式膨胀水箱、过滤器、电动调节阀门、蓄冷系统的电力控制柜，以及排气、泄水口。水力控制模块已经各种运行模式的水力平衡设计和校核，换热器和水泵的工作性能匹配优化。
该系统还能与热回收、水源热泵结合，以进一步提高使用效能和产品的可靠性。另外避免了大量复杂机房设计和现场装配工作，质量可靠、运行性能佳。
1.1.2 冰蓄冷空调系统的运行控制特点
冰蓄冷空调运行模式多样，除主机外还要控制蓄冰槽的工作，以及主机和蓄冰槽出力分配和优化运行。因此，新型的冰蓄冷空调运行控制系统应包括：①简单、直接、精确的蓄冰量测量装置，以保证室内空调参数的稳定。②根据外界气候条件变化或空调水温变化的情况自动判断和预测最佳工作模式和最佳空调水工作温度，如冰蓄冷系统的主机优先和融冰优先策略。自适应控制逻辑将根据外部需求和蓄冰槽的蓄冰情况，最大限度地发挥融冰优先的控制优势。③实现与空气端DDC（直接数字控制）装置的信息传递。
1.2 辐射吊顶板
二十世纪八十年代中后期，多种水源辐射空调系统形式在欧洲出现。辐射吊顶是这类系统中的代表，一般来说，水流经特殊制成的吊顶板内的通道，并与吊顶板换热，吊顶板表面再通过对流和辐射的作用与室内换热，通过控制吊顶板表面温度而达到控制室内热环境的目的。我国广大地区四季分明，随着经济发展，既要求空调又要求供热的建筑越来越多，辐射吊顶可以实现制热和空调末端统一的形式，从而节省资源，避免重复投资。
1.2.1 辐射吊顶板末端装置
笔者介绍由文献3提出的一种带有通风末端的模块式辐射供冷、供热吊顶板。它将通风末端和辐射吊顶集成，将供冷、供热和通风三者的末端装置全部统一。具体而言，就是以硬聚氯乙烯PVC为原材料制造标准的吊顶板模块，其上设有相对独立的水通道和风通道。在吊顶板中部设有独立的空腔，水得以在其中流动并换热，从而达到向室内供冷、供热的目的（夏季通水温度约为17℃，冬季约为35℃）；而在吊顶板的四周区域另设有空腔，使得空气得以流动，而吊顶板向室内一侧表面开有孔洞，实现向室内的送风。
这一辐射吊顶板通过配套的专用空气处理与换热机组，与建筑中空调系统相连，作为空调系统的末端装置，实现控制调节室内热环境、湿环境和空气品质的目的。
1.2.2循环辐射吊顶系统形式
文献3提出的内循环辐射吊顶供冷、供热系统形式，是指采用间连的方式，通过一板式换热器将水系统分为一次水侧—即外循环水系统，和二次水侧—即内循环水系统。
采用这一间接连接的内循环辐射吊顶系统形式，大大降低了对辐射吊顶板制造材料的要求，使得价廉物美的PVC板材得以使用（成本约为国外产品的十分之一），大幅度提高了辐射吊顶供冷、供热系统的竞争性，同时，系统的调节特性也大大增强。
1.3 氨冷媒制冷系统
全球环保意识不断提升，对大气臭氧层破坏严重的，现在仍大量是用的含氯含溴的合成制冷剂（如氟利昂等）势必被停用，氨冷媒作为现阶段较为环保的替代冷媒具有较高的实用价值，需求也越来越高，氨虽然具有危险性，但在良好的管理下，使用水或不冻液的间接冷却氨冷媒，使氨冷媒充填量减至最低，加上有足够必要的防灾措施，氨冷媒从成本和效率来衡量，显然占有极大的优势。因此总体来说氨冷媒是利远大于弊的。
1.3.1 氨水吸收式系统及氨吸附式热能制冷系统
氨与水具有冷媒与吸收剂的功能，这种组合称为氨水吸收式系统。氨水吸收式系统包括发生器、吸收器、凝结器、蒸发器与溶液热交换器等组件，另外再加上除水器及分析器等两个额外组件。氨水吸收式系统可以达到0 ℃ 以下的蒸发温度，具有大气压力以上(正压)的压力操作的优点，较之Br/水系统具有系统简单，操作方便，更广泛的工程实际应用。
在固态吸附式冷冻系统方面，目前在实验室中已可利用高效率的复合氯化钙吸附剂来吸附氨冷媒，该系统被称为氨吸附式热能制冷系统。系统无压缩机、没有动件，维修需求低于传统的氨压缩制冷及氨水吸收制冷系统。系统以余热为能源，举凡温度大于110 ℃之蒸汽、废汽、余热、引擎废气、高温废水、煤火均可以做为氨脱附的热源，达到能源回收再利用的目的。
1.3.2 氨冷媒系统的特点
①性能效率COP高。②主机装置可于户外，不需要机房。③采用板式热交换器的直膨式系统，可使冷媒充填量减至最低。④使用与氨相溶的PAG冷冻油PN 46于蒸发器中可节省40%的面积。另外，氨有两大致命缺点：毒性和燃烧性。因此氨冷媒喜用的设备和机房中多处必须设置氨浓度侦测器、氨清洗消除器和排风设备，可達到报警并适当的排风以降低浓度。
2 合理选择空调制冷方式
影响制冷方案的因素很多，每种方案都各有其优缺点，从热力学角度来讲，所追求的是系统用能的合理性（能级利用系数）及完善性（火用效率），而从经济学的角度则要求系统以最小的投资获取最大的利润。目前对这种系统的评价尚无从热力学和经济学角度给以综合考虑的准确的标准，而空调系统的热经济性将成为对制冷方式进行选择的一项重要指标。文献1提出的基于火用方程和经济学的火用单价法，以及文献4介绍的热经济系数法都是目前热经济学中常用的重要方法。
当系统采用高品位能源（如电能）为用户提供低品位能量（如压缩式制冷）时，其热效率和火用效率常常高于采用低品位能源（如废热）为用户提供低品位能量（如氨吸收式制冷）的系统，而热经济学则能从能级匹配的角度区分方案之间的优劣性，以体现采用低品位能源为用户提供低品位能量系统的优越性，从而促进余热利用，节能节火用。
经热经济学分析，在众多制冷方案中，热电冷三联供的总能系统方式是最能实现能级的合理匹能，提高其系统的能级利用系数。同时也使低品质的余热得到了充分利用，提高了其系统的热效率及火用效率。这种联合运行方式充分发挥了压缩式和吸收式制冷机的各自优势，并且排出了对外界的依赖，能确保总能系统的稳定可靠运行。
但作为一个具体的工程项目，空调制冷方式的选择还涉及到其它许多问题（如基建条件和负荷变化特点等），所以应针对具体情况做具体分析。
3 结语
3.1 采用空调制冷领域中不断研发的新设备、新技术，以降低空调制冷系统的能耗，减少空调制冷系统对自然环境的破坏，提高空调系统的健康舒适性和制冷系统的安全可靠性。
3.2 采用将热力学和经济学综合考虑的热经济学分析方法，合理选择和优化空调制冷的能量转换系统，以促进能源的能级匹配和充分利用，缓解空调制冷系统带来的一系列能源环境问题。
参考文献
[ 1 ]. 傅秦生. 能量系统的热力学分析方法[M]. 西安交通大学出版社
[ 2 ]. 杨东华. 火用分析与能级分析[M]. 科学出版社
[ 3 ]. 魏庆芃 王威 江亿. 辐射吊顶——空调系统新世纪的选择[J].
[ 4 ]. 张立志 王玲. 热经济系数对制冷方式选择的影响[J].
关键字：空调制冷冰蓄冷辐射吊顶氨冷媒热劲济学节能环保
中图分类号：TB651文献标识码： A 文章编号：
0 前言
国内的空调制冷系统应用非常广泛，涉及的领域也非常广，大到尖端、国防、化工生产、畜牧水产渔业、肉类食品加工、果蔬培养，小到菜篮子及千家万户日常生活，几乎无所不及。
空调通风方面，传统的空调设备和系统存在着两个主要问题：一是空调系统是耗能多，而且是用电负荷高峰时的主要用电设备，由此带来的能源环境问题不利于社会的可持续发展；二是长期生活和工作在空调环境中的人，由于新鲜空气少，室内空气品质较差，对身体健康产生不良影响，此外还有吹风感等舒适性问题。因此象冰蓄冷空调，辐射供冷、供热吊顶系统这样全新意义上的节能环保、健康舒适的空调设备和系统成为整个行业发展的趋势，追求的目标。
制冷低温方面，市场容量会逐渐扩大，低温生产车间、冷冻厂、冷库的建设也会随之加快。然而制冷低温系统大多采用含氯含溴的合成制冷剂（如氟利昂等）作为冷媒，而这类制冷剂对大气臭氧层等自然环境产生严重破坏，在替代冷媒仍属未定的局面和环保抗争日益严重的前提下，采用破坏臭氧层潜能值ODP和温室效应潜能值WGP均为0的氨冷媒将是一个趋势。
1 空调制冷系统新设备、新技术
随着整个空调制冷行业在节能环保和健康舒适等方面的不断深入改进和研究，空调制冷系统方面的新设备、新技术不断涌现。笔者将从空调制冷机组、末端装置、冷媒方面简要介绍冰蓄冷空调系统、辐射供冷供热吊顶系统合氨冷媒系统。
1.1 冰蓄冷空调系统
我国的电力工业发展很快，年发电装机容量已达到世界第2位， 2.5亿千瓦。但是，尽管如此，我国的电力供应仍日益紧缺，尤其是高峰不足与低谷过剩的矛盾日益突出。若采用需求侧调控的方法，如空调的冰蓄冷等可以将用电时间移至非高峰期，起到“移峰填谷”的作用。与使用常规空调相比，冰蓄冷空调有25%左右的移峰能力，理论上可转移11%的高峰负荷到低谷，从而达到节能又环保的目的。
1.1.1 冰蓄冷空调系统装置
笔者介绍最新文献报道的一种冰蓄冷空調系统，该系统由冰蓄冷主机、水力控制模块、蓄冰槽三大部件组成。
冰蓄冷空调系统主机形式多样，包括风冷蓄冷产品和水冷蓄冷产品，压缩机可采用涡旋、螺杆和活塞式。在缺水或日夜温差大的地区可使用风冷主机，其它地区可选用水冷主机。水冷产品中螺杆机效率较高，可优先选用。对于风冷、热回收、水源热泵型等压缩比大的应用场合，活塞机、涡旋机的效率也不错、且价格实惠，可考虑使用。对于具有多台压缩机的主机，由于其部分负荷性能好、备机功能强，同等条件下应优先考虑。
带有蓄能量测量装置和严密隔热防潮措施的模块式蓄冰槽，安装极其方便，只需将蓄冰槽体就位和接管即可，不需任何槽体内部安装工作。另外串联系统中冷水机下游布置方式可以降低成本，改善蓄能槽放热特性。
水力控制模块包括乙二醇载冷剂泵、冷却水泵、空调水泵、乙二醇板式换热器、闭式膨胀水箱、过滤器、电动调节阀门、蓄冷系统的电力控制柜，以及排气、泄水口。水力控制模块已经各种运行模式的水力平衡设计和校核，换热器和水泵的工作性能匹配优化。
该系统还能与热回收、水源热泵结合，以进一步提高使用效能和产品的可靠性。另外避免了大量复杂机房设计和现场装配工作，质量可靠、运行性能佳。
1.1.2 冰蓄冷空调系统的运行控制特点
冰蓄冷空调运行模式多样，除主机外还要控制蓄冰槽的工作，以及主机和蓄冰槽出力分配和优化运行。因此，新型的冰蓄冷空调运行控制系统应包括：①简单、直接、精确的蓄冰量测量装置，以保证室内空调参数的稳定。②根据外界气候条件变化或空调水温变化的情况自动判断和预测最佳工作模式和最佳空调水工作温度，如冰蓄冷系统的主机优先和融冰优先策略。自适应控制逻辑将根据外部需求和蓄冰槽的蓄冰情况，最大限度地发挥融冰优先的控制优势。③实现与空气端DDC（直接数字控制）装置的信息传递。
1.2 辐射吊顶板
二十世纪八十年代中后期，多种水源辐射空调系统形式在欧洲出现。辐射吊顶是这类系统中的代表，一般来说，水流经特殊制成的吊顶板内的通道，并与吊顶板换热，吊顶板表面再通过对流和辐射的作用与室内换热，通过控制吊顶板表面温度而达到控制室内热环境的目的。我国广大地区四季分明，随着经济发展，既要求空调又要求供热的建筑越来越多，辐射吊顶可以实现制热和空调末端统一的形式，从而节省资源，避免重复投资。
1.2.1 辐射吊顶板末端装置
笔者介绍由文献3提出的一种带有通风末端的模块式辐射供冷、供热吊顶板。它将通风末端和辐射吊顶集成，将供冷、供热和通风三者的末端装置全部统一。具体而言，就是以硬聚氯乙烯PVC为原材料制造标准的吊顶板模块，其上设有相对独立的水通道和风通道。在吊顶板中部设有独立的空腔，水得以在其中流动并换热，从而达到向室内供冷、供热的目的（夏季通水温度约为17℃，冬季约为35℃）；而在吊顶板的四周区域另设有空腔，使得空气得以流动，而吊顶板向室内一侧表面开有孔洞，实现向室内的送风。
这一辐射吊顶板通过配套的专用空气处理与换热机组，与建筑中空调系统相连，作为空调系统的末端装置，实现控制调节室内热环境、湿环境和空气品质的目的。
1.2.2循环辐射吊顶系统形式
文献3提出的内循环辐射吊顶供冷、供热系统形式，是指采用间连的方式，通过一板式换热器将水系统分为一次水侧—即外循环水系统，和二次水侧—即内循环水系统。
采用这一间接连接的内循环辐射吊顶系统形式，大大降低了对辐射吊顶板制造材料的要求，使得价廉物美的PVC板材得以使用（成本约为国外产品的十分之一），大幅度提高了辐射吊顶供冷、供热系统的竞争性，同时，系统的调节特性也大大增强。
1.3 氨冷媒制冷系统
全球环保意识不断提升，对大气臭氧层破坏严重的，现在仍大量是用的含氯含溴的合成制冷剂（如氟利昂等）势必被停用，氨冷媒作为现阶段较为环保的替代冷媒具有较高的实用价值，需求也越来越高，氨虽然具有危险性，但在良好的管理下，使用水或不冻液的间接冷却氨冷媒，使氨冷媒充填量减至最低，加上有足够必要的防灾措施，氨冷媒从成本和效率来衡量，显然占有极大的优势。因此总体来说氨冷媒是利远大于弊的。
1.3.1 氨水吸收式系统及氨吸附式热能制冷系统
氨与水具有冷媒与吸收剂的功能，这种组合称为氨水吸收式系统。氨水吸收式系统包括发生器、吸收器、凝结器、蒸发器与溶液热交换器等组件，另外再加上除水器及分析器等两个额外组件。氨水吸收式系统可以达到0 ℃ 以下的蒸发温度，具有大气压力以上(正压)的压力操作的优点，较之Br/水系统具有系统简单，操作方便，更广泛的工程实际应用。
在固态吸附式冷冻系统方面，目前在实验室中已可利用高效率的复合氯化钙吸附剂来吸附氨冷媒，该系统被称为氨吸附式热能制冷系统。系统无压缩机、没有动件，维修需求低于传统的氨压缩制冷及氨水吸收制冷系统。系统以余热为能源，举凡温度大于110 ℃之蒸汽、废汽、余热、引擎废气、高温废水、煤火均可以做为氨脱附的热源，达到能源回收再利用的目的。
1.3.2 氨冷媒系统的特点
①性能效率COP高。②主机装置可于户外，不需要机房。③采用板式热交换器的直膨式系统，可使冷媒充填量减至最低。④使用与氨相溶的PAG冷冻油PN 46于蒸发器中可节省40%的面积。另外，氨有两大致命缺点：毒性和燃烧性。因此氨冷媒喜用的设备和机房中多处必须设置氨浓度侦测器、氨清洗消除器和排风设备，可達到报警并适当的排风以降低浓度。
2 合理选择空调制冷方式
影响制冷方案的因素很多，每种方案都各有其优缺点，从热力学角度来讲，所追求的是系统用能的合理性（能级利用系数）及完善性（火用效率），而从经济学的角度则要求系统以最小的投资获取最大的利润。目前对这种系统的评价尚无从热力学和经济学角度给以综合考虑的准确的标准，而空调系统的热经济性将成为对制冷方式进行选择的一项重要指标。文献1提出的基于火用方程和经济学的火用单价法，以及文献4介绍的热经济系数法都是目前热经济学中常用的重要方法。
当系统采用高品位能源（如电能）为用户提供低品位能量（如压缩式制冷）时，其热效率和火用效率常常高于采用低品位能源（如废热）为用户提供低品位能量（如氨吸收式制冷）的系统，而热经济学则能从能级匹配的角度区分方案之间的优劣性，以体现采用低品位能源为用户提供低品位能量系统的优越性，从而促进余热利用，节能节火用。
经热经济学分析，在众多制冷方案中，热电冷三联供的总能系统方式是最能实现能级的合理匹能，提高其系统的能级利用系数。同时也使低品质的余热得到了充分利用，提高了其系统的热效率及火用效率。这种联合运行方式充分发挥了压缩式和吸收式制冷机的各自优势，并且排出了对外界的依赖，能确保总能系统的稳定可靠运行。
但作为一个具体的工程项目，空调制冷方式的选择还涉及到其它许多问题（如基建条件和负荷变化特点等），所以应针对具体情况做具体分析。
3 结语
3.1 采用空调制冷领域中不断研发的新设备、新技术，以降低空调制冷系统的能耗，减少空调制冷系统对自然环境的破坏，提高空调系统的健康舒适性和制冷系统的安全可靠性。
3.2 采用将热力学和经济学综合考虑的热经济学分析方法，合理选择和优化空调制冷的能量转换系统，以促进能源的能级匹配和充分利用，缓解空调制冷系统带来的一系列能源环境问题。
参考文献
[ 1 ]. 傅秦生. 能量系统的热力学分析方法[M]. 西安交通大学出版社
[ 2 ]. 杨东华. 火用分析与能级分析[M]. 科学出版社
[ 3 ]. 魏庆芃 王威 江亿. 辐射吊顶——空调系统新世纪的选择[J].
[ 4 ]. 张立志 王玲. 热经济系数对制冷方式选择的影响[J].