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1、我国家电节能发展趋势与技术进展 张立志 ( 华南理工大学教育部传热与节能重点实验室,广州5 1 “ 0 6 4 0 ) 瘸要家电正以每年增长1 5 的速度进入百姓家庭。家电的急剧增长带来对电力、能源和环境的空前压 力。家电节能是走出这个困境的必由之路。介绍我国家电在节能方面的研究趋势,及常用家电的节能技术, 重点介绍新开发的二种新技术:无水加湿技术和基于膜的全热由收换气机。 关键词家电节能技术 P R O G R E S S O NE N E R F YS A V I N G ST E C H ,N O L 0 目: YO FE L E C T R I C A P P L I A N C E
2、Sf NC H I N - A Z h a n gL i z h i ( K e yL a b o r a t o r yo f H e a tT r a n s f e ra n dE n e r g yC o n s e r v a t i o n ,S o u t hC h i n aU n i v e r s i t yo f T e c l m o l o g y ,G u a n g z h o u2 0 0 0 3 0 ) A b s t r a c tH o u s e h o l de l e c t r i ca p p l i a n c e sa r ei n c r
3、e a s i n ga tar a t eo fy e a r l y15 ,w h i c hr e s u l t si ng r e a tp r e s s u r e s o nu t i l i t y ,e n e r g ys o u r c e s ,a n de n v i r o n m e n t E n e r g ys a v i n g sa r et h eo n l yr o u t et os o l v et h i sp r o b l e m T h ep a p e r r e v i e w st h ec u r r e n ts t a t
4、u so fe n e r g ys a v i n g st e c h n o l o g i e si nC h i n a E s p e c i a l l y ,t w on e wt e c h n o l o g i e si n a i r c o n d i t i o n i n gi n d u s t r ya l ei n t r o d u c e d :n o n - w a t e ra i rh u m i d i f i c a t i o na n dm e m b r a n eb a s e dt o t a lh e a tr e c o v e
5、r y K e yw o r d s E l e c t r i cA p p l i a n c e sE n e r g ys a v i n gT e c h n o l o g yP r o g r e s s 0 前言 我国目前电视机的社会保有量达3 5 亿台,冰 箱达1 3 亿台,洗衣机1 。7 亿台,空调器l 亿台。 这些电器多数是2 0 世纪8 0 年代中后期进入家庭 的,按照l O1 5 年的使用寿命,从2 0 0 3 年起, 我国每年将至少有5 0 0 万台电视机,4 0 0 万台冰箱, 5 0 0 万台洗衣机,4 0 0 万台空调器进入更新期,另 有6 0 0 万台其它小
6、电器进入家庭。老龄化的家用电 器也同时是能耗较大的产品。 我国目前各种家用电器耗电量如图1 所示,空 调器用电量排在各种家电之首,每年耗电5 0 0 7 0 0 亿度,第二位是热水器,每年5 0 0 亿度,电冰箱为 4 0 0 亿度,其次是电视机和洗衣机,每年合计3 0 0 亿度,其它小家电每年2 0 0 亿度。各种家电能耗占 基金项目:国家与广东省自然科学基金项目( 5 0 3 0 6 0 0 5 0 5 0 0 6 5 5 7 ) 作者简介:张立志( 1 9 7 0 一) 。男,教授 家电总能耗百分比如图l 所示。 图1 我国家电耗能分布状况 数据显示,未来几年中国家用电器每年新增电 量将
7、达到2 0 0 0 万千瓦,占全国每年新增发电容量 的一半以上。,在各种电器中,空调已经成为电力紧 张的主要原因之一。据有关部门统计,每年北京最 热的几天,空调用电量已经占北京市用电量的4 0 。深圳、广州更是达到5 0 的水平,平均来说, 空调能耗已经占我国总用电的2 0 。 1 常用家电节能技术发展 1 1 彩电 彩电的节能之重是待机能耗的降低。根据2 0 0 1 年的市场调查,我国每户居民彩电每天正常工作时 间为5 1 3 小时,平均待机时间为2 小时,平均关 机时间为1 6 8 7 小时。被调查家庭彩电平均待机能 耗是8 1 瓦,平均正常工作能耗是7 9 5 瓦,平均 关机能耗是0 瓦
8、。中国家庭的彩电平均能耗是每户 每天0 4 2 4 度,平均每年耗电1 5 4 8 7 度。如果将 中国彩电的待机能耗从目前的8 1 瓦降到节能之星 要求的3 瓦以内,每台电视机需要增加元器件费用 7 8 元人民币,最终可能会使消费者多支出购买成 本1 0 元每台。预计到2 0 1 1 年,节能将达2 7 4 8 亿度,减少C 0 2 排放0 9 3 M t 。 考虑到未来1 0 年数字电视和高清晰电视将逐 渐进入中国的消费市场,按照目前的技术能力,这 类产品的待机能耗很难达到3 瓦以内,而美国节能 之星的待机能耗标准将降到1 瓦以下,按此标准, 需增加成本2 0 元,因此彩电行业的节能在技术
9、进 步方面的任务相当艰巨。 1 2 洗衣机 节水、节电并重是洗衣机未来的发展之路。近 年来,人们的环保意识逐渐增强,各国都对洗衣机 行业制定了相应的能耗、水耗标准。欧盟对市场上 出售的所有洗衣机都贴上一个环保标签,对洗衣机 的能耗、脱水效果、洗涤效果按A 、B 、C 、D 、E 、F 、 G 分级,其前提条件是洗净度达到1 0 。欧盟于1 9 9 9 年1 2 月1 7 日又通过了一个环保标准2 0 0 5 4 5 E C , 规定耗水量小于1 2 L k g 。目前洗衣机采用的节能节 水新技术包括采用变频电机、新型水流循环布置、 模糊智能控制等。 1 3 热水器 电热水器已经成为继空调之后的
10、耗能大户。在 有些城市,电热水器的耗电量占家庭耗电量的 2 0 4 0 ,每年消耗电力达4 0 0 6 0 0 亿度之多,并且 以每年3 0 9 3 8 2 的速度增长。电热水器的节能要 从加热和保温二方面着眼。目前电加热技术已经非 常成熟,热效率可达9 8 ,所以主要应做好储水箱 的绝热保温,避免散热损失。一台拥有良好保温层 的电热水器,年节能可达4 0 0 6 0 0 k w h 。有些电价开 展分时计价的地区,可以使用错峰加热的方式。 除此之外,在制热循环方式上,应尽量采用一 些新技术,如太阳能热水器、热泵热水器、燃气热 水器。 太阳能热水器。太阳能是取之不尽,用之不竭 的清洁能源。将太
11、阳能用于热水制取已经实现商品 化。据估计,每平方米太阳能热水器,每年可节约 标准煤2 0 0 k g 。太阳能热水器也需要配电加热器, 阴雨天使用,用电概率1 5 左右。 燃气热水器。目前我国有燃气热水器生产厂家 3 0 0 余家,年产量2 0 0 0 万台以上,社会拥有量3 0 0 0 万台,约占热水器份额的6 7 4 。目前我国热水器 的普及率只有6 0 左右,未来5 年市场需求量将达 4 6 6 0 万台。随着西气东输、城市煤炭改用燃气的要 求得到实行,燃气热水器将得到大发展。燃气热水 器要节能,必须从提高燃烧效率、高效强化传热与 充分利用排气余热等措施着手。 热泵热水器。热泵热水器利用
12、热泵的原理来加 热热水,可以大大提高能源利用效率。利用热泵热 水器,在压缩机上消耗l 度电,热泵可以从环境空 气中吸收相当于2 5 度电的热量,从而得到相当于 3 5 度电的热量来加热热水。本技术的难点是由于 制冷系统的工况与传统制冷相比发生很大变化,所 以对制冷剂、蒸发器、冷凝器的设计需要重新考虑, 这些特殊设计往往造成成本过高。 1 4 灯具 灯具是一种必需的家用电器,灯具的作用一方 面是出于照明的需要,另一方面是处于装饰的需 要。荧光灯比白炽灯省电,是由于荧光灯发出的是 冷光,不需要象白炽灯那样,将很多电能转化成热 能白白消耗掉。荧光灯的发光效率相当于白炽灯的 4 倍。为了进一步提高灯具
13、的发光效率,人们从二 个方面进行了努力。 首先是对荧光物质的改进,以2 0 世纪荷兰菲 利普公司为代表的第三代节能灯为代表。这种新型 的节能灯,以稀土化合物氧化铕、氧化钇等配置荧 光粉,喷涂在灯管壁上,通电后受激辐射,发出近 似自然光的白光,发光效率高达8 5 流瓦以上,比 普通荧光灯发光效率提高了4 0 。 对电子镇流器的改进也利于提高灯的节能效 果。一种新的电子镇流器,用电子元件组成高频振 荡线路,把5 0 赫兹的交流电转换成3 5 万赫兹的 高压电,实现变频变压,可以使荧光粉发光效率提 高2 0 。采用这二项技术,可以使电子节能灯的能 源利用效率大为提高。如一只1 1 瓦三基色电子节 能
14、灯的耗电量,只有同样亮度的6 0 瓦白炽灯耗电 量的1 7 ,是同样亮度的1 5 瓦普通荧光灯耗电量 的6 5 。所以应该大力推广电子节能灯。 1 5 小家电 小家电市场进入快速增长期,2 0 1 0 年估计市场 规模将达到3 5 0 0 亿元。2 0 0 4 年大家电企业纷纷进 入小家电领域。厨卫家电正快速进入家庭。小家电 与大家电相比,寿命周期短,厨卫家电的寿命一般 不超过5 6 年,所以技术上更新换代更频繁。 小家电存在的普遍问题是点多面广、能源效率 低下。在这个领域,应该采取技术革新,实行节能 产品认证,提高能源利用率。小家电由于种类繁多, 难以统一概况它的节能技术。一些小家电也采用了
15、 一些新技术,达到了节能目的。如燃气灶具采用预 混合、湍流燃烧新技术,可节能1 0 以上。抽油烟 机经过C F D 优化设计,可以合理组织风幕,降低风 扇功率,节电2 0 以上。咖啡壶加厚保温材料,降 低了散热损失。 1 6电冰箱 电冰箱是重要的耗能家电,如果每台冰箱每天 节电0 1 k W h ,则全国每年节电量多达1 0 亿元。目 前电冰箱采取的节能措施有: ( 1 ) 采用高效压缩机。压缩机是冰箱的心脏, 其品质和质量对冰箱耗能起决定性作用。现在一般 压缩机的C O P 是1 1 左右,而美国美利冷压缩机公 司生产的R H 系列R 1 4 3 a 旋转式压缩机其C O P 可高 达1 6
16、 。旋转式压缩机具有容积效率高、运转平稳、 噪音小等优势,其效率比活塞式压缩机高1 0 左 右。 ( 2 ) 确定最佳制冷剂充注量。充注量过多或 过少对冰箱性能都不利。利用计算机仿真技术,可 以确定最佳充注量,优化设计。 ( 3 ) 增加蒸发器、冷凝器换热面积,采用高 效强化传热管,采用大内径换热管。,这些措施利于 降低制冷剂流动阻力,降低冷凝温度,增加蒸发温 度,提高系统C O P 。 ( 4 ) 增加保温层厚度,采用整体发泡技术, 降低散热损失。采用真空绝热板发泡技术,其绝热 性能比普通硬质聚氨酯发泡层的绝热性能提高一 倍,不使用氟利昂,保护环境。 ( 5 ) 采用压缩机变频技术,根据冰箱负荷的 变化调整压缩机转速,使压缩机提供的冷量始终与 热负荷处于最佳匹配状态。据日本统计,使用变频 器,冰箱可节能3 l ,多出的投资一年内可从电费 中回收。 ( 6 ) 控制系统优化。由于冰箱启动阶段功率 大,耗能多,所以压缩机的频繁启停对能耗不利。