节能型空调器研发项目可行性报告
时间：2021-02-08 08:04:10 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
一、立项的背景和意义
（一）立项背景：
自空调发明以来的一个多世纪，人们一直沿袭传统的空调方式，随着人类工业化的不断推进和人们生活质量的不断提高，空调已日益普及，但也带来了一系列问题，如：能耗过大、空调病、臭氧层破坏等。去年的SARS危机更是对空调的应用提出了一个非常严肃的课题，即空调的使用如何与人类的健康要求相统一。在人类越来越注重可持续发展的今天，空调正面临着一系列的挑战，比如空调的节能、能源（资源）的综合利用、室内空气的品质和舒适性、绿色工质的应用和环境保护、空调的成本与性能等等。针对上述问题，世界范围内有关高效、节能、环保空调的研究正逐步兴热起来。
据国家统计局统计公告，我国房间空调器年产量已达到2513万台，特别是在人口密集的城市，造成热岛效应加剧的诸多因素中，空调器的普及，是一个不容忽视的问题。另外，在当今国内外大中城市，空调的耗电量占到了城市用电量的30～40%，进入高温季节，空调用电量甚至占总用电量的50%，这是造成城市用电超负荷最直接的一个原因。正如某些能源专家惊叹“空调负荷是电网里的癌症，只有力推非电或少用电的节能空调，才能从根本上缓解使用空调造成的电力紧缺”。目前，我国电力资源非常紧缺，已有23个省市出现了“电荒”，其中浙江省电力紧缺位居全国之首。在这种严峻的缺电危机下，研制开发出一种不使用压缩机，不使用CFC等化学制冷剂的低能耗降温装置，既能满足室内空气品质要求，又能显著减少空调运行的能耗，这不仅是国家各级政府的呼吁，同时也是本课题组迫切需要研究的一项内容。
大气中存在着各种自然的能量，其中“焓湿能”（Psychrometric Energy）就是一种普遍存在的可再生而且容易获取的自然能量。所谓“焓湿能”，简单的说，任何一股不饱和空气均可将其等湿冷却至接近露点温度，也可将其等温地饱和，这两种状态的能量差别即为“焓湿能”，本项目研制的“自然能”空调器就是充分利用这种空气“焓湿能”的转化来达到制冷的功效。其核心部件是热质交换芯—“湿能芯”。(其基本原理和结构详见第三部分)
（二）立项意义：
传统的空气调节，它只是在一个相对密闭空间内，对室内空气本身能量与温度的调节，它不提供自然的新鲜空气。所以使用传统空调时，室内空气污浊、憋闷、空气质素低劣，耗电量大，这给人们身心健康造成了不少的伤害。本项目研制的“自然能”空调系列产品，它可在极低能耗条件下，既提供100%室外新鲜空气，又能把不饱和空气转化为低温、低焓而不变湿的空气输入室内，这是目前国际上极力倡导的全新节能空调的新概念和新的空气调节方式。它不追求对建筑物容积进行空气调节，而是将调节好的气流直接输送到人体或设施存在的范围，它是以满足人体舒适度及工艺要求为基本目标，最大的特点是超级节电节能，并可大大减少能源浪费和显著降低冷热负荷。
1、本项目的社会意义：
①、该“自然能”空调产品以水作为工作介质，不使用氟里昂等化学物质，避免破坏自然环境，有利于保护臭氧层。
②、该“自然能”空调产品的能效比EER可达12w/w以上,其效率为常规空调的5～8倍。以300m3/h风量的“自然能”工位空调为例，其制冷量约为1500～1800W，其用电量仅为60W就够了，若1个房间以20m2计算，使用常规空调，需要1～1.5kw的用电量，可见常规空调的用电量为“自然能”工位空调的16～25倍。空调是造成夏季用电负荷紧张的主要原因，使用“自然能”空调，由于其用电负荷小，可大大缓解夏季用电紧张的局面。
③、该“自然能”空调采用水蒸气间接蒸发式冷却方式，既可以有效地降温，同时并不增加空气湿度，保证了人体的舒适性。一般蒸气压缩式空调和直接蒸发式冷却器的制冷温度很难降到湿球温度，而该“自然能”空调不但可以降到湿球温度以下，而且还可以接近露点温度，有效地节约和利用了资源。
④、该项目目前处于行业的热点领域，国际上相关企业及机构均在大力进行类似的研究和产业化，为了率先进入市场并占领市场，该项目的研究就显得尤为紧迫。
2、本项目的经济意义：
①、该“自然能”空调产品的造价低于常规空调，用户初投资小，其价格只略高于电风扇。
②、该“自然能”空调极大的减少了消费者用于空调的支出，其使用费用远远低于常规空调。以全国每年3千万台空调的产量计（按平均每台电功率1kw计），如有10%的空调即3百万台改用“自然能”空调，按使用时间一年为1000小时计，将节约用电约28亿度，节省价值约15亿元。
③、该“自然能”空调按年产300万台计，平均价格按每台600元考虑，年产量将达18亿元，按利税30%考虑，利税额将达5亿元。
二、项目主要研究开发（产品开发）内容、技术关键、创新方式
（一）主要研究开发内容：
1、“焓湿能”理论研究和空调热湿负荷计算。对焓湿能的机理进行全面地探索，分析焓湿能转化规律；
根据不同的气候条件、不同的室内环境要求，编制通用的计算软件对焓湿能及热湿负荷进行系统的模拟和计算，为空调的整体设计提供数值依据。
2、间接蒸发式热质交换的实验研究。针对热质交换的不同气流组织方式，如逆流、交叉流、混合流等，对实验台架进行设计和改装；
测量流动过程的温度场、速度场，计算不同流动方式的热质交换量、焓湿能及其效率，探寻最有效的气流组织方式。
3、“湿能芯”的设计和性能研究。根据上述的数值模拟及实验结果，对湿能芯的结构进行设计；
通过湿能芯的流场、温度场、制冷量、焓湿能、耗水量等的数值模拟和实验研究，分析不同的进口参数、不同的气流组织方式、不同结构和材料、不同的排风/送风配比对湿能芯效率、送风品质的影响，从而优化湿能芯的设计、提高湿能芯的综合性能。
4、“自然能”空调装置的设计与试制。根据室内环境要求用自行开发的软件包计算热湿负荷和冷量，设计送风和回风组织方式，确定装置中电机、风叶、湿能芯与进出风量、制冷量的匹配关系，合理选择湿能芯容量、风机容量和补水量，最后根据设计图纸，制造样机。
5、“自然能”空调装置的性能测试和产品开发。利用空调焓差试验装置，对样机进行综合性能测试，测试标准和测试方法，参照家用空调的标准和方法。测试后与蒸气压缩式空调、直接蒸发式冷却器（空调扇）的各项性能指标进行比较，并加以改进，最终开发出高效节能型“自然能”空调的系列产品。
（二）技术关键：
本项目的技术关键就是湿能芯技术，湿能芯可以说是“自然能”空调的心脏，它的效率高低决定了整个空调的能效比EER。湿能芯的气流组织方式、结构的设计、材料的选择、寿命的长短、吸湿性和防腐性等等都是该技术的难点，也是本项目需要重点解决的关键问题。
（三）创新主要方式：
1、本项目目前在国内尚属开创性研究，有望获得创新性科研成果。
2、该空调充分利用自然能量，以水为工质，空气做媒介，不使用压缩机和氟里昂制冷剂，也不使用化学溶液，是绿色环保型空调产品。
3、100%室外新鲜空气输入使室内保持正压，可忽略室内潜热负荷的影响，并可忽略从门窗缝隙漏入的热量，从而节约冷量。
4、高效节能，超级节电，季节性能效比EER值可达12以上，实现最大的制冷量，最低的运行费用。
5、制冷送气温度可低于进气湿球温度，接近了露点温度。可把低温、低焓而不加湿的舒适空气送入室内，彻底改变室内空气品质。
6、可与常规空调配合使用，在早晚期间及过渡季节可充分利用自然风冷却室内。
7、体积小、重量轻、通风量稳定、低风速、低噪音、低耗水量、使用寿命长、结构简单、易安装、易维修。
三、项目预期目标（主要技术经济指标、应用或产业化前景）
（一）预期的主要技术指标：
预期的主要技术指标如下：
制冷量：400～8000 W
新风量（可与回风配比）：40～100%
送风量：150～6000 m3/h
送风温度：15～22 oc
能效比EER：>12 W/W
（二）预期的主要经济指标：
该产品结构简单，装配部件少，易装易拆易维修。若达到与常规空调同等制冷量，本产品的销售价仅为常规空调的50%，而销售利润率仍可控制在40%左右。
若以全国每年3千万台空调的产量计（按平均每台电功率1kw计），如有10%的空调即3百万台改用“自然能”空调，按使用时间一年为1000小时计，将节约用电约28亿度，价值约15亿元人民币。平均价格按每台600元考虑，年产值将达18亿，按利税30%考虑，利税额约为5.4亿元。
（三）“自然能”空调的应用：
1、若湿能芯仅与风机配置为单机产品，如“自然能”工位空调器，主要适用于家庭、厨房、办公室、医院病房、娱乐场所、工业厂房等场所。
2、若湿能芯与空气净化除湿装置、电压缩机、水源热泵机组等设备配套则为复合型产品，主要应用于大型建筑物、办公楼、宾馆、医院、别墅等场所。还可应用于化工、发电、能源、环保等诸多领域。
（四）产业化前景：
据英国BSRIA全球市场新闻调查，中国现已是空调生产超级大国。2003年全球空调总产量5000万套，中国空调产量就达2600万套，预计2005年中国房间小型空调器产值将上涨至73亿美元，居世界第一。近几年中国颁布新的建筑设计标准，要求房间新风量30m3/h/人，再加上大型空调机组价格昂贵，促使小型、低廉、节电的空调器呈快速增长，年增长率25%左右，显示着广阔的市场空间。
1、超级节电是市场最大卖点。
该产品用电部件主要来自风机，湿能芯制冷不需要用电。房间内使用本产品，耗电量30～90W，制冷量400～2000W，能效比EER均在12W/W以上，产品送风口室内外温差能连续保持在8～11℃。另外，该产品可实现交直流电两用，配用直流电机，能效比可达40W/W以上，配蓄电池，在停电时能连续使用6～10小时。
2、适用面广，专业个性化强。
该产品既不同于常规空调，又有别于市场上供应的空调扇。它制冷不加湿又可输入100%新鲜空气，而空调扇以冰块降温，给室内加湿，人体舒适性差。“自然能”空调，以其独特的性能和应用范畴，可以满足各类消费者的需求。
例如：厨房工位空调器，由于厨房面积小，装空调不合算，在烧饭炒菜时厨房内最闷热。工位式“自然能”空调，它体积小，有任意安放的灵活性，既可提供较大风量又能制冷，完全可解决厨房内闷热的弊病。同时还可减少油烟对人体的污染。
“自然能”空调的风量和制冷量，以人为本，按需所取，也可因场所而异量体选型。风量有150m3/h至6000m3/h以上的产品，制冷量有400W至几千瓦以上的产品，一个人能享用，厂房内数十人也可享用。惧怕骤冷骤热、怕感冒的老年人、小孩、体弱多病者可用，办公室、酒吧、餐饮店等娱乐场所也可以用。像欧洲一些国家，他们需要节能环保型空调，安装时不要破坏建筑物，工位式“自然能”空调正是符合这样需求的最好产品。
3、制造成本小，销售价空间弹性大。
现国内空调行业，生产厂家多，产品单一化，价格竞争十分激烈。为此，能拿出科技含量高、制造成本小、价格有竞争力的新产品，这是空调生产厂家都在努力寻找的市场目标。本项目的产品除风机、湿能芯外，辅助配件少，生产工艺及结构简单，易装易拆易维修，为此，它生产成本低、销售价空间弹性大。
综上所述，“自然能”空调只要有主导企业和生产规模以及强势的营销力度，它一定会发展成为一个行业。同时，这为竞争于现行市场的空调扇、蒸发式冷风机、机械通风机以及仿真炭火取暖空调扇，均开创了一条新通道，并打开了一片更加节电实用的空调新市场。
四、项目实施方案
本项目的研究关键是两部分，一是核心部件湿能芯的研究和设计，二是“自然能”空调的系统设计。
1、核心部件“湿能芯”的研究和设计：通过实验和数值分析，确定湿能芯内最有效的气流组织方式；
在结构上，湿能芯内相互叠加的热质交换薄片由吸湿性较好的纤维材料构成，每张薄片上均匀粘贴EVA隔板作为导流通道，每张薄片的一面涂上防湿涂层以构造相互隔离的干通道和湿通道。自冷区域和它冷区域的大小由室内环境的需求决定。
2、“自然能”空调的系统设计：采用数位模拟方法，确定产品中电机、风叶、湿能芯与进出风量、制冷量的匹配关系；
“自然能”空调单机产品用电部件主要来自风机，因此如何选择风机以提高风机工作效率、增加送风量、降低噪音显得尤为重要，有关风机风叶的制作工艺等技术问题目前正与宁波一家电机公司协商共同研制解决；
为提高产品在市场竞争中的亮点，产品需要增添更多附加服务功能，例如利用电子半导技术，让空调产品会发声，会定时，会散发灭蚊剂、清香剂、空气净化剂，使产品成为别具一格的人性化空调；
为进一步节电，该产品将实现交直流电两用，有关直流电机研发配置等工作，本项目将委托合作的企业承担。
五、计划进度安排
2004.09～2004.12 调研、查阅文献、收集资料、筹集资金、可行性论证。
2005.01～2005.03 焓湿能理论研究与分析、修正方案、购买必需的仪器设备、完成实验台架改装。
2005.04～2005.08 编制大型通用软件，对焓湿能、空调热湿负荷进行模拟和计算，并用实验进行验证。
2005.09～2005.12 湿能芯热质交换器的设计及其性能测试。
2006.01～2006.03 “自然能”空调总体方案设计及空调器样机制造。
2006.04～2006.07 “自然能”空调器样机性能测试及其改进，编制产品说明书及标准，制定产业化计划。
2006.08～2006.09 结题报告、论文总结、申报专利、召开鉴定会并验收。
六、经费预算
总经费
（万元） 申 请 资 助 自 筹
额 度 2005年 2006年
30.0 20.0 10.0
预算支出科目 金 额
（万元） 计 算 根 据 及 理 由
设备费 19.0 风机、控制元件：3.0 焓差试验装置：4.5
温湿度巡检仪：2.0 实验台架改装：1.5
空调样机：8.0
能源材料费 8.5 湿能芯材料、专用塑膜、abs板、风扇、滤芯等
试验外协费 4.5 湿能芯外协加工、试验、制作费
资料印刷费 2.5 资料费：1.5；
论文版面费、印刷费：1.0
会议及调研费 4.0 2.0万元/年
租赁费 /
鉴定验收费 2.0 包括专利申请等
人员经费 3.0 按<10%计入
管理费 1.5 按<5%提取
其它费用 /
（本部分内容请根据资助金额8000元预算安排）
上述项目报告属我校老师所写，科技厅已立项，仅供参考，
请勿照搬照抄！！！学生项目的篇幅可以适当缩减。
