家用燃?xì)?a href='http://www.m.ip1314.com/html/zykt/'>空調(diào)時(shí)代
20世紀(jì)80年代后半期，家用燃?xì)饪照{(diào)進(jìn)入日本市場(chǎng)。剛經(jīng)歷過(guò)第一次石油危機(jī)的日本，進(jìn)口了大量?jī)r(jià)格低廉的天然氣和液化石油氣，按照當(dāng)時(shí)合同的規(guī)定，即使在用氣負(fù)荷低谷的夏季，日本也必須保證基本的進(jìn)口量。因此，1981年，日本政府組織了十幾家企業(yè)，合作開(kāi)發(fā)采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的家用燃?xì)饪照{(diào)。按照最初的設(shè)想，在住宅中普及燃?xì)饪照{(diào)可以利用夏季富余的燃?xì)馓娲糠蛛娏Γ揭窒募究照{(diào)大量使用形成的電力尖峰負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電力和燃?xì)獾募竟?jié)性互補(bǔ)。日本企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的家用燃?xì)饪照{(diào)采用小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)直聯(lián)開(kāi)式壓縮機(jī)，以蒸汽壓縮式循環(huán)方式運(yùn)行。本文所提及的燃?xì)饪照{(diào)為采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式循環(huán)空調(diào)機(jī)組(GHP)，又稱燃機(jī)空調(diào)。
在家用燃?xì)饪照{(diào)進(jìn)入日本市場(chǎng)前，日本矢崎公司已具有多年生產(chǎn)小型燃?xì)饪照{(diào)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，利用直燃溴化鋰-水吸收式循環(huán)原理進(jìn)行生產(chǎn)，部分型號(hào)已經(jīng)可以在住宅中使用。在歐洲和美國(guó)，適用于家用和類似場(chǎng)所的、采用直燃氨-水吸收式循環(huán)的小型燃?xì)饪照{(diào)機(jī)組也已銷售多年。
家用燃?xì)饪照{(diào)開(kāi)發(fā)之初，人們都對(duì)這種產(chǎn)品寄予厚望，但是在產(chǎn)品投放市場(chǎng)后卻暴露出一系列的問(wèn)題。家用燃?xì)饪照{(diào)是以燃?xì)庾鳛檫\(yùn)行能源的，理論上可將電動(dòng)空調(diào)必須經(jīng)歷的“燃?xì)?機(jī)械動(dòng)力-電力-電力傳輸-機(jī)械動(dòng)力”的轉(zhuǎn)換過(guò)程，簡(jiǎn)化為“燃?xì)?機(jī)械動(dòng)力”，但是小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率較低，若將相同數(shù)量的燃?xì)庥糜诖笮桶l(fā)電機(jī)組發(fā)電，再經(jīng)電網(wǎng)輸送供電動(dòng)空調(diào)運(yùn)行，燃?xì)獾睦眯矢摺?/p>
家用燃?xì)饪照{(diào)產(chǎn)生節(jié)能效益的前提是，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的余熱被有效利用。在夏季運(yùn)行時(shí)，燃?xì)饪照{(diào)不僅需要通過(guò)冷凝器排放熱量，還需要將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的余熱排放到環(huán)境中，后者的排放量大致相當(dāng)于冷凝器排放熱量的一半左右。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中排放的煙氣與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣類似，會(huì)造成一定污染;同時(shí)，由于燃?xì)饪照{(diào)須在住宅區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行，污染危害程度比汽車更為嚴(yán)重。而大型發(fā)電設(shè)施通常遠(yuǎn)離用戶，余熱排放不會(huì)直接影響用戶所在區(qū)域的熱島效應(yīng)。在獲得相同動(dòng)力的前提下，大型發(fā)電設(shè)施排放的熱量不到家用燃?xì)饪照{(diào)所配套的小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的一半。
家用燃?xì)饪照{(diào)采用的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和開(kāi)式壓縮機(jī)均為維護(hù)頻次較高的部件，一般情況下，須每3年進(jìn)行一次全面維護(hù)，并每年檢查制冷劑泄漏情況;同時(shí)，壓縮機(jī)軸封至少每3年須更換一次，且更換操作復(fù)雜。相較電動(dòng)空調(diào)10~15年免維護(hù)，家用燃?xì)饪照{(diào)的維護(hù)工作量大且復(fù)雜。
由于家用燃?xì)饪照{(diào)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且產(chǎn)量低，家用燃?xì)饪照{(diào)的制造成本明顯高于電動(dòng)空調(diào)，雖然使用燃?xì)饪梢越档瓦\(yùn)行費(fèi)用，但是，在住宅場(chǎng)所，電動(dòng)空調(diào)約有一半的運(yùn)行時(shí)間處于電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)段，以日本東京地區(qū)為例，此時(shí)段的電價(jià)僅為日間電價(jià)的1/5左右，這種情況下家用燃?xì)饪照{(diào)的經(jīng)濟(jì)性并不能得到體現(xiàn)。
目前，商用燃?xì)饪照{(diào)仍然活躍在日本市場(chǎng)，但是銷量也在不斷下滑，自2000年起，商用燃?xì)饪照{(diào)在日本的銷售量平均每年約降低4%。2008年，商用燃?xì)饪照{(diào)在日本的銷售量為2.3212萬(wàn)臺(tái)。與家用燃?xì)饪照{(diào)相比，商用燃?xì)饪照{(diào)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，在一些全年熱負(fù)荷需求較大的場(chǎng)所(如醫(yī)院、旅館等)，由于余熱得到較充分利用而具有一定優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，商用燃?xì)饪照{(diào)的運(yùn)行時(shí)段覆蓋白天電網(wǎng)尖峰負(fù)荷時(shí)段，削減電網(wǎng)負(fù)荷效果明顯。此外，較大的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率較高，約比家用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)高1倍，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好。盡管商用燃?xì)饪照{(diào)市場(chǎng)仍在繼續(xù)縮小，但是在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，這種產(chǎn)品仍有生存空間。
中國(guó)燃?xì)饪照{(diào)泡沫
2003年，中國(guó)開(kāi)始建設(shè)“西氣東輸”工程，曾有一段時(shí)間，中國(guó)空調(diào)制造行業(yè)形成了巨大的“燃?xì)饪照{(diào)泡沫”，有人甚至樂(lè)觀地預(yù)測(cè)，到2030年燃?xì)饪照{(diào)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模可以與電動(dòng)空調(diào)平分秋色。事實(shí)上，即使在產(chǎn)銷量最大的日本市場(chǎng)，家用燃?xì)饪照{(diào)的市場(chǎng)占有率最高僅為0.2%左右。值得一提的是，當(dāng)時(shí)中國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)幾乎言必及燃?xì)饪照{(diào)，似乎燃?xì)饪照{(diào)已經(jīng)成為中國(guó)空調(diào)制造行業(yè)技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張的新領(lǐng)域，卻幾乎無(wú)人提及當(dāng)時(shí)日本燃?xì)饪照{(diào)市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)明顯收縮。
2003~2005年，中國(guó)形成了約2萬(wàn)臺(tái)商用燃?xì)饪照{(diào)的生產(chǎn)能力，但家用燃?xì)饪照{(diào)的產(chǎn)業(yè)化并未開(kāi)始，雖然一些企業(yè)積極開(kāi)發(fā)以住宅和類似場(chǎng)所為對(duì)象的直燃溴化鋰-水吸收式循環(huán)和直燃氨-水吸收式循環(huán)的小型燃?xì)饪照{(diào)機(jī)組，但是均未形成產(chǎn)業(yè)化能力。溴化鋰-水吸收式循環(huán)必須在真空條件下進(jìn)行，小容量系統(tǒng)長(zhǎng)期維持較高真空度的困難較大，家用產(chǎn)品的維護(hù)問(wèn)題比較突出;同時(shí)，制冷性能系數(shù)偏低、體積大、造價(jià)高等問(wèn)題都影響了這種產(chǎn)品在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化。氨-水吸收式循環(huán)是在正常壓力條件下進(jìn)行的，而且氨為天然物質(zhì)，不存在溫室效應(yīng)和臭氧層損耗等環(huán)境問(wèn)題，但是氨制冷劑的安全性分類為B2，即有毒且可燃，由于受相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制約，氨-水吸收式循環(huán)機(jī)組不能在民用場(chǎng)所安裝使用，包括家用和類似用途場(chǎng)所，目前這類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)只能作為技術(shù)跟蹤和儲(chǔ)備;同時(shí)，制冷性能系數(shù)偏低等問(wèn)題也是制約該類產(chǎn)品發(fā)展的主要原因。
在中國(guó)，燃?xì)饪照{(diào)的使用還受到資源問(wèn)題的制約。從中國(guó)全國(guó)范圍看，目前燃?xì)夤?yīng)量不足能源供應(yīng)總量的3%。除了個(gè)別以石油為主要能源的國(guó)家，世界各國(guó)燃?xì)獾哪茉垂?yīng)比重平均為20%左右。雖然近年來(lái)中國(guó)燃?xì)夤?yīng)量保持著兩位數(shù)的增長(zhǎng)速度，但是仍存在約20%的供需缺口。2004年，一些地區(qū)發(fā)布了鼓勵(lì)使用燃?xì)饪照{(diào)的政策，但實(shí)施僅一年就不得不進(jìn)行調(diào)整，直接原因之一就是燃?xì)夤?yīng)量難以適應(yīng)燃?xì)饪照{(diào)的需求。在燃?xì)赓Y源相對(duì)富裕的地區(qū)，燃?xì)赓|(zhì)量又成為制約燃?xì)饪照{(diào)應(yīng)用的突出問(wèn)題，低質(zhì)量的燃?xì)獠粌H可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定、效率降低等問(wèn)題，而且可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性造成嚴(yán)重影響。
家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置
與家用燃?xì)饪照{(diào)退出市場(chǎng)形成對(duì)照的是，日本家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置的市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大。2008年，日本采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的銷售量約為5萬(wàn)臺(tái)，并保持著約20%的年平均增長(zhǎng)率，2009年，采用燃料電池的家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的銷售量預(yù)計(jì)約為4000臺(tái)。
從熱力學(xué)角度分析，家用燃?xì)饪照{(diào)是一種能源梯級(jí)利用方式，在燃?xì)膺M(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，先獲得品位較高的機(jī)械能，余下的品位較低的能量以熱能方式加以利用，將不同的能源轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行合理組合。
與燃?xì)庵苯尤紵@得熱量用于采暖和供應(yīng)生活熱水的方式相比，家用燃?xì)饪照{(diào)用于采暖和供應(yīng)生活熱水，至少可以節(jié)省30%的燃?xì)狻Ｏ嗤響?yīng)用于家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，在日本演變?yōu)閮煞N產(chǎn)品——EcoWill(生態(tài)愿景)和EneFarm(能量田園)。
EcoWill是日本以燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的商品名，是目前世界上銷售量最大的家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置。日本政府在1996年組織多家企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)EcoWill，并于2002年底投放市場(chǎng)。其中，較有代表性的是本田公司2003年推出的MCHP1.0，截至2008年該產(chǎn)品的累積銷售量已經(jīng)突破8萬(wàn)臺(tái)，約占日本EcoWill市場(chǎng)份額的50%。該產(chǎn)品采用燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，同時(shí)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱提供熱水，額定發(fā)電功率為1kW，供熱量為2.8kW，燃?xì)饫眯始s為85%。此外，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)已開(kāi)發(fā)出配備斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置，主要面向寒冷地區(qū)，額定發(fā)電功率為841W，發(fā)電效率為30%，同時(shí)由于余熱回收過(guò)程較為簡(jiǎn)便，熱效率高達(dá)96%，不僅優(yōu)于同類斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，也優(yōu)于功率相同的內(nèi)燃機(jī)，并可適用多種燃料，將于2010年開(kāi)始銷售。
EneFarm是采用燃料電池的家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的商品名，該產(chǎn)品2002年由日本政府組織學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)和燃?xì)夤?yīng)商進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)，并于2009年開(kāi)始銷售。EneFarm多以天然氣或液化石油氣等燃?xì)鉃槿剂希瑐€(gè)別型號(hào)也可以煤油為燃料。1臺(tái)額定發(fā)電功率1kW的EneFarm，大致可滿足普通日本家庭60%的電力需求和80%的熱水需求。由于燃料電池將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要內(nèi)燃機(jī)或外燃機(jī)等裝置所必須經(jīng)過(guò)的“化學(xué)能-熱能-機(jī)械能-電能”的多次轉(zhuǎn)換，理論上的能源利用效率較高。
目前，投放市場(chǎng)的產(chǎn)品基本為質(zhì)子交換膜型(PEMFC)，松下公司銷售PEMFC產(chǎn)品的發(fā)電效率約為39%，比內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)高30%以上。而將于下一階段投放市場(chǎng)的固體氧化物型(SOFC)產(chǎn)品的發(fā)電效率更高，測(cè)試樣機(jī)的發(fā)電效率已超過(guò)44%。日本礙子公司已成功研制出以氫為燃料且發(fā)電效率達(dá)63%的SOFC產(chǎn)品。澳大利亞CFCL公司宣布，該公司生產(chǎn)的SOFC產(chǎn)品的發(fā)電效率可達(dá)60%。日本企業(yè)原計(jì)劃將在2012年前后批量生產(chǎn)SOFC產(chǎn)品，但是2009年上半年，大阪燃?xì)狻⒕┐伞⒇S田汽車、愛(ài)信精機(jī)4家公司，達(dá)成加快開(kāi)發(fā)SOFC產(chǎn)品協(xié)議，計(jì)劃于2010年上半年完成SOFC產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，使該產(chǎn)品提前兩年進(jìn)入市場(chǎng)。
家用燃?xì)饪照{(diào)定位制冷、制熱、供熱水三大功能，而家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置的定位為發(fā)電、制冷、制熱、供熱水四大功能，其中制冷功能利用電動(dòng)空調(diào)實(shí)現(xiàn)。在采用家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置的住宅中，電動(dòng)空調(diào)既可利用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置生產(chǎn)的電力運(yùn)行，也可利用電網(wǎng)供電運(yùn)行。家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置所配套的空調(diào)機(jī)組僅需為普通的電動(dòng)空調(diào)，相對(duì)于家用燃?xì)饪照{(diào)，電動(dòng)空調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，且10~15年內(nèi)免維護(hù)。另外，用于家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用密閉式結(jié)構(gòu)，在壽命周期內(nèi)無(wú)需維護(hù)。EneFarm的使用壽命超過(guò)4萬(wàn)小時(shí)，可以正常使用10年。家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置與電動(dòng)空調(diào)的組合，不僅實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初開(kāi)發(fā)家用燃?xì)饪照{(diào)的設(shè)想，還進(jìn)一步擴(kuò)展了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，增強(qiáng)了產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。
商用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置也正在部分取代商用燃?xì)饪照{(diào)。
對(duì)于商業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，購(gòu)置商用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置和電動(dòng)空調(diào)的費(fèi)用之和，通常不會(huì)高于購(gòu)買(mǎi)商用燃?xì)饪照{(diào)的費(fèi)用，用戶還因此擁有了一套備用發(fā)電設(shè)備。盡管市場(chǎng)上已經(jīng)有直燃式制冷、制熱、供熱水三用的吸收式機(jī)組，但是，從熱力學(xué)和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性角度看，難以與商用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置配套電動(dòng)空調(diào)和余熱驅(qū)動(dòng)型吸收式制冷機(jī)組構(gòu)成的系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)。
家用空調(diào)混合供電
采用燃?xì)夂碗娏旌向?qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)，雖然不能完全避免燃燒產(chǎn)物就地排放產(chǎn)生的問(wèn)題，但是，由于電力和燃?xì)飧饔袃?yōu)缺點(diǎn)，尤其是在一些夏季高溫天氣持續(xù)時(shí)間較短的地區(qū)，允許一定量的煙氣和余熱就地排放，可以取得顯著的削減電力負(fù)荷尖峰的效果。
據(jù)介紹，日本住宅用于夏季空調(diào)制冷消耗的能量?jī)H為冬季采暖消耗能量的1/10~1/5，中國(guó)除華南外的廣大地區(qū)的情況與之類似。據(jù)報(bào)道，中國(guó)某企業(yè)正在開(kāi)發(fā)一種稱為混合動(dòng)力的燃?xì)鉄岜醚b置，既可利用燃?xì)鈩?dòng)力驅(qū)動(dòng)，也可利用電網(wǎng)供電運(yùn)行。
采用家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置與公共電網(wǎng)混合供電的方式，除了出于能源利用效率的考慮，還有一個(gè)重要原因是，能夠使相關(guān)能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷趨于平緩。無(wú)論是供氣網(wǎng)還是供電網(wǎng)，都是按照最大負(fù)荷進(jìn)行建造的，而在最大負(fù)荷條件下運(yùn)行的時(shí)數(shù)通常只占總運(yùn)行時(shí)數(shù)的較小比例，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的峰谷差越大，最大負(fù)荷條件下運(yùn)行的時(shí)間就越短，因此利用縮小峰谷差來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是較為常見(jiàn)的措施。降低負(fù)荷峰值，可以減小網(wǎng)絡(luò)的容量，從而降低造價(jià);提高負(fù)荷谷值，可以使得閑置的供應(yīng)能力得到利用，從而降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。在實(shí)行電價(jià)分時(shí)計(jì)費(fèi)的地區(qū)，空調(diào)制冷采用電力驅(qū)動(dòng)有一個(gè)好處，住宅中的空調(diào)機(jī)組有一半時(shí)間是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段運(yùn)行的，在此時(shí)段用戶可以利用比日間電價(jià)低很多的電力資源。近年來(lái)，住宅空調(diào)系統(tǒng)普遍采用了溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)技術(shù)，這類系統(tǒng)利用吸濕性材料以吸收或吸附方式對(duì)空氣進(jìn)行除濕，空調(diào)制冷機(jī)僅承擔(dān)顯熱負(fù)荷，可以提高制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，從而使空調(diào)系統(tǒng)的電力消耗減少30%左右，吸濕性材料則利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行再生，較好地解決了夏季運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用問(wèn)題。這類利用低溫?zé)嵩丛偕鼭癫牧系目諝獬凉駲C(jī)組，有時(shí)也被稱為開(kāi)式循環(huán)燃?xì)饪照{(diào)。
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