制冷空调科技成果简介

1、一、电冰箱用线性压缩机1、项目概述我国是世界上最大的电冰箱使用和生产国，我国冰箱年产量高达六、七千万台，占全球三分之一以上，且在以每年1015的速度增长，目前我国电冰箱保有量已达2亿台。在我国城乡居民的家庭用电量中，40%左右为电冰箱用电，其耗电量约占我国全社会用电量的5%以上，相应于消耗了2.3个三峡工程发电。而其中压缩机占电冰箱耗电的绝大部分。目前国内外冰箱压缩机大多是采用旋转电机驱动的往复式活塞压缩机，这种传统的往复式活塞压缩机由于本身结构限制，性能系数COP进一步的提升空间已极小。因此，研究和开发新型高效压缩机，才能从根本上降低电冰箱能耗。线性压缩机作为公认的冰箱用下一代新型压缩机，冰

2、箱工况下的制冷效率比传统活塞压缩机高10%以上，可以有效地降低电冰箱的能耗，还具有结构简单、体积小、重量轻、无油或少润滑油、变容量特性优异等优点，其发展潜力巨大。但目前线性压缩机的核心技术掌握在少数几家国外公司手中，并被严密封锁,在我国此类产品尚属空白。中国科学院理化技术研究所在低温系统线性压缩机航天技术和国家863计划课题冰箱线性压缩机实验室样机基础上，目前已完成产品样机和控制系统开发工作，正在进行产业化推进工作。（1）在压缩机产品样机研制方面，已完成制冷量为220W产品样机多轮技术攻关，产品样机制冷效率比传统压缩机提高11%，制冷实验见图1；（2）在控制系统方面，已突破无位移传感器活塞行程

3、控制技术，开发出线性压缩机控制系统（图2）；（3）在产业化方面，已完成小批量生产工艺关键技术攻关；（4）已获得发明专利6项，申请发明专利5项。 图1 制冷实验 图2压缩机控制器2、技术特点传统的往复式压缩机利用旋转电动机作为驱动装置，加上一套将旋转运动转换为直线往复运动的传动机构（见图3(a)），而线性压缩机是采用直线电机驱动的压缩机（见图3(b)）。由于省去了旋转运动转换为直线运动的传动机构，因此线性压缩机具有效率高、结构紧凑、体积小的特点。由于直线电机的电磁驱动力方向始终与活塞的运动方向在同一直线上，活塞将不存在径向力或径向力非常小，极大地减少了活塞的摩擦功耗和磨损，可以延长压缩机的使用寿

4、命，易于实现无油或少油润滑。另外，线性压缩机可以灵活调整的活塞行程也给线性压缩机的变容量调节提供了更大的自由度。本项目研制出的新型线性压缩机，与目前电冰箱采用的压缩机相比，将节电1525。 (a) 传统往复式压缩机 （b）线性压缩机图3线性压缩机与传统压缩机结构对比示意图3、市场需求该项目开发的线性压缩机主要应用于各种容量的电冰箱，也可用于电冰柜、食品陈列柜、冰淇淋机、冷饮机、小型电子冷却装置、小型恒温装置等。本项目实现线性压缩机批量生产后，按平均年销售量200万台、每台压缩机售价300元、利润10%来计算，每年可实现销售额6亿元，利润6000万元；其中如考虑20为外销份额，则可实现年创汇18

5、46万美元。二、多联热管式机房空调1、机房空调节能的意义信息技术的兴起给人类的生活带来了巨大变革，数据中心的概念和建设也逐渐受到重视。在带来变革的同时，数据中心的迅速扩张也产生了日益严重的能源问题。2000-2005年，全世界数据中心能耗翻了一倍；2005-2010年，数据中心能耗增长趋势受经济危机影响有所减缓，但仍然增长了56%，2010年已占全球能耗总量的1.3%。美国数据中心能耗更是由2000年占总能耗的0.12%增长到2010年的约2%。数据中心机房的能耗主要包括IT设备、制冷空调设备、供配电系统和照明等其它设备。在数据中心机房能耗的组成中，制冷系统能耗占相当大的部分，约占数据中心总能

6、耗的30%-45%。目前，机房空调系统多采用恒温恒湿的空调设备，通过电力驱动压缩机做功制造低温冷源，通过冷热通道送回风的方式将机房内产热排出室外，并维持室内的湿度稳定。采用这种传统的空调方式进行数据中心环境控制的能源利用率较低。因此，采用先进的节能冷却技术合理地控制和降低冷却系统的能耗，从而降低数据中心总能耗，不单单可以为企业节约运营成本，更有推进节能减排的重要意义。2、多联热管式机房空调技术的优势1）全年能耗大幅降低。一般的机房空调采用蒸气压缩制冷，即使在温度较低的季节仍开启压缩机，浪费大量电能。本系统利用热管原理，在室外温度较低时，利用室外冷源冷却，能耗仅为风机能耗；在室外温度较高时，利用

7、蒸气压缩制冷补充冷量，保证机房温度维持设定值。实验和仿真结果表明，利用这一系统，机房全年能耗与一般机房空调相比可降低30%-50%。2）可以实现蒸气压缩和热管冷却同时运行。现有的其他机房热管空调方案大都无法实现蒸气压缩和热管冷却的同时运行。这导致在过渡季节，需要在蒸气压缩和热管冷却之间频繁切换，对电磁阀的要求较高，系统长时间运行的可靠性无法保证。同时，也会导致机房内温度的大幅波动。本系统实现了两种制冷方式的同时运行，过渡季节热管冷量的不足由蒸气压缩制冷补充，在避免上述问题的同时更加充分地利用室外冷源，节能效果更加突出。3）不影响室内环境。与通风自然冷却相比，不会引入室外污染物和影响室内湿度控制

8、，机房的运行可靠性更高。4）结构方式灵活。系统可采用多联式结构，一个室外机搭配多个室内机，根据用户的需要灵活调整制冷量和布置方式，满足不同场合的需要。5）本产品通过三介质换热器将蒸气压缩制冷循环回路和重力热管回路耦合在一起，两个回路中的制冷剂只通过三介质换热器进行传热，不仅可以保证两种制冷方式可以独立或同时运行，并且可以进行柔性模式转换，减少模式转换对机房温度波动的影响。另一方面，两个独立的回路可以分别采用相同或不同的制冷剂，分别对两个回路进行优化设计，以提高整个系统的运行效率和可靠性。3、相关项目支持十二五国家科技支撑计划子课题:多联热管式系统的研发及其在大中型模块数据中心的示范与应用多联热

9、管式机房空调系统原理多联热管式空调系统现场测试三、多功能变频热泵空调热水一体机1、背景意义随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，人们对舒适健康的生活环境要求越来越高，因此家庭热湿环境控制和生活热水供应设备如空调器和热水器得到了快速普及、成为人们日常生活中的必需品，已经广泛应用于住宅建筑、商用建筑等领域，并且一直保持稳定的增长，2013年全年空调器产销量已经超过9000万台，热水器的销量也超过了3000万台。特别是热水器主要以电热水器（57.4）和燃气热水器（37.7）为主。尤其在夏季房间需要制冷、空调器将大量的热能排放到室外环境中的同时，还需要消耗电能或燃气来制取生活热水，造成了整个家庭乃至

10、全社会能源的巨大浪费。空调器与热水器能源消耗也在不断的攀升，目前已占建筑能耗的65以上，而建筑能耗也已达到全国总能耗的25%左右，并且在臭氧层破坏和全球变暖方面都有着非常的影响，因此建筑空调系统和热水系统节能是建筑节能乃至国家节能减排大业的最重要也最紧迫的环节。国家“节能减排”政策不断实施，在建筑节能领域，一方面传统低效率的单元式空调器将不断退出市场，直流变频、多联式空调网络控制、地板采暖等节能技术将不短的得到推广应用；另一方面，采用燃料燃烧直接制热的效率较低，通过燃料燃烧发电再用电来制热则效率更低，采用热泵的方式制取热水已被认为是一种效率较高的技术，热泵热水器已经得到了市场的初步认可。此外空

11、调和热水设备的单独使用还无法避免能量的巨大浪费和设备的重复投资。太阳能作为清洁可再生能源虽然不能连续供能、但是分布广泛，并且有很大一部分储存在大气及土壤、地表水和地下水中（后三者统称浅层地能），通过热泵技术高效利用上述清洁可再生能源已经被认为是效率最高、成本最低的方式。因此以空气能热泵及浅层地能热泵技术开发多功能变频热泵空调热水一体机是实现建筑节能最有前景的方式之一。2、工作原理与关键技术多功能变频热泵空调热水一体机，通过复杂管网制冷系统理论进行优化设计热泵循环，创造性的以单一串联回路和模式控制策略相结合实现了制冷、制热、制热水、制冷与热水、制热与热水等运行模式，全热回收以高效制热/制冷/制热

12、水，采用直流变频压缩机和电子膨胀阀实现高效柔性控制提高运行效率、做到按需供能。空气源多功能变频热泵空调热水一体机原理图3、产品特点多能源：空气能、浅层地能及太阳能等清洁可再生能源分布广泛、储能量大，通过热泵利用上述能源可实现高效的制冷、制热和制取热水。多模式：通过优化热泵循环，创造性的以单一串联回路和模式控制策略相结合，实现制冷、制热、制热水、制冷与热水、制热与热水等五种运行模式，回收利用建筑内部热量，满足全年高效用能的需求。高效变容量控制：集成高效直流变频压缩机和电子膨胀阀等柔性控制，提高系统在部分负荷下的运行效率，实现运行过程节能。智能化中央控制：PLC可编程中央主控，各个末端采用人性化的

13、智能控制，大频液晶中文显示，末端控制器和中央主控器实现远程通讯，智能按需分配控制。4、与传统产品相比的优势：多功能变频热泵空调热水一体机和氟多联式家用中央空调相比：（1）安装工作量小：安装容易，且安装后改造容易，不影响系统正常运行。（2）使用运行可靠：水多联系统单个末端有故障不影响整个系统的运行。（3）工作性能稳定：可根据管路的长短选择合适的水泵或在运行中进行水泵转速调节，保证整个系统的效率。多功能变频热泵空调热水一体机与燃气、电热水器相比：（1）省钱：从室外环境空气中提取热量，节省供暖和制取生活热水的运行费用；夏季制冷时可免费制取生活热水。（2）安全：无燃烧，生活热水与电不接触，更安全。产品

14、样机四、LED灯具先进散热技术研究与产业化1、项目背景LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等优点，作为一种理想的照明器件已得到越来越广泛的应用。但是随着LED灯具功率增加，LED产生的废热无法有效散出，导致发光效率严重下降和寿命骤减，例如接面温度从50变成两倍的100，使用寿命就从20,000 小时缩短到1/4的5,000小时。所以很好解决LED灯具散热问题将极大促进LED路灯的发展。目前LED灯具的研究主要集中在如何提高LED的流明数上，而对LED灯具的散热关注较少，目前一般市场上所见LED路灯，散热方式主要是自然对流散热和常规热管散热，

15、存在散热能力不足、体积庞大笨重、成本高等问题，急需散热效果好、体积重量小、性能稳定、成本低的新型散热技术和装置。2、技术特点和技术指标在前期微通道沸腾换热的军用技术研究基础上，提出异形微热管散热技术并开发出LED灯具散热用异形微热管（见图1）。工质在热管内部的异形微通道中经历吸热沸腾、两相流动、冷凝、液体回流等热工过程，微尺度效应和毛细作用共同作用，具有散热能力强、散热件体积重量小、易与LED灯结合等技术优势。从LED路灯本身结构、安装位置、使用时间、影响因素等方面出发，分析热传导、辐射及空气侧流动和换热特性，提出一种兼顾自然对流和强制流动的优化空气流道，优化灯具内气流组织，并研制出优化肋片，

16、开发的LED路灯装置具有高散热性能、重量体积小、成本低等优点（见图2）。图1 异形微热管 图2 LED灯具及其散热装置主要技术指标如下：（1）散热温差25（现有热管散热技术温差需要30以上）；（2）产品体积为现有产品的70%；（3）产品重量降低为现有产品平均重量的75%；（4）散热装置成本控制在现有产品的75%。3、项目产业化进展该项目已在厦门市企业合作，开展LED路灯散热装置的产业化生产和检测工艺，已完成散热肋片生产、异形微热管材加工、异型微热管生产、散热设备性能检测等产业化工作。五、食品冷链技术1、项目背景前我国易腐食品的产量和消费量都非常巨大。据农业部统计，2012年我国肉类总产量达到8

17、221万吨，水果、蔬菜、水产品等的总产量则分别达到2.4亿吨、7.02亿吨和5906万吨。这些易腐食品的品质在生产、加工、运输、储存、销售等环节不易保证，我国每年因为冷链物流缺失所造成的从“田间到餐桌”的损失高达1000亿元，其中有1200万吨水果和1.3亿吨蔬菜被浪费。由于冷链物流技术、设备和操作水平等落后造成的肉类、水果、蔬菜、水产品的流通腐损率分别为12%、20%、30%、15%。在此背景下社会对食品的冷冻冷藏、保鲜运输等技术的需求日益增多。冷链物流技术体系是一个完整的体系链条，是以保持低温环境为核心要求的体系，从生产、加工、贮存、运输到销售环环相扣，缺一不可。我国的冷链物流技术体系还尚

18、未建成，冷链中各环节的技术发展及应用和国外相比还存在较大差距。例如，我国的果蔬生产基地大多采用冷库对果蔬进行直接预冷，而成本相同、效率可提升2-6倍的压差预冷库并未得到广泛的应用，而且对果蔬预冷设备和配套设施的研究才刚刚起步。在预冷技术应用方面，日本90%以上的蔬菜都要经过预冷，而我国只有不到10%。近年来，我国冷链物流作为调整和振兴物流行业规划的一部分，其技术发展受到业内的高度重视。2010年，国家发改委发布的农产品冷链物流发展规划中明确指出要初步建立冷链物流技术体系，制订推广冷链物流规范和标准，加快冷链物流基础设施建设。之后国家又相继发布了9个与冷链物流相关的规划和文件。不仅如此，各地方政

19、府也纷纷出台了各自的冷链物流发展政策，加大了资金投入，目的是推动冷链物流技术体系的建立。综上所述，我国冷链物流的快速发展急需大力研究冷链物流中关键技术，开发相关冷链装备并实现产业化。2、已有技术介绍研究团队在周远院士的领导下，开展了一系列食品冷链新技术和新产品的开发研究工作。理化所目前已完成或正在承担的项目有：中国科学院院士咨询项目“我国冷链物流的技术现状和发展对策研究”、国家863 计划项目“电冰箱用线性压缩机研究与开发”、北京市科技计划课题“冷库氨泄漏监测预警应急处置系统研制及示范”、院地合作项目“果蔬深冷速冻装备研制”、“水产品深冷速冻研制”、“氨制冷系统蒸发排管换热系数研究”、等项目的

20、研究。“深冷混合工质节流制冷技术及其应用”项目获得2006年度国家技术发明二等奖，混合工质制冷超低温冷冻储存箱获得2007年中国国际工业博览会银奖。主要已有技术和产品有：（1）果蔬产地预冷装置主要包括压差通风预冷装置、真空预冷装置、流态冰预冷装置、深冷速冻装置。压差通风预冷是利用一定的装置在产品包装两侧形成压力差，增强冷空气流动，与产品充分接触换热，快速除去产地热。设备组成主要有：制冷系统、加湿系统、静压箱、差压风机、加热系统、包装箱和其它密封材料。差压预冷原理图1-围护结构 2-风机 3-蒸发器 4-隔风板 5-货架 6-冷藏门真空预冷装置的原理是将果蔬放在真空处理室内，用真空泵抽真空，制造一个低压环境，使得果蔬内水分蒸发，从而使果蔬得以冷却。在20