1、空調器的研制和產品開發項 目 可 行 性 報 告高效節能型“自然能”空調器的研制和產品開發一、立項的背景和意義（一）立項背景：自空調發明以來的一個多世紀，人們一直沿襲傳統的空調方式，隨著人類工業化的不斷推進和人們生活質量的不斷提高，空調已日益普及，但也帶來了一系列問題，如：能耗過大、空調病、臭氧層破壞等。去年的sars危機更是對空調的應用提出了一個非常嚴肅的課題，即空調的使用如何與人類的健康要求相統一。在人類越來越注重可持續發展的今天，空調正面臨著一系列的挑戰，比如空調的節能、能源（資源）的綜合利用、室內空氣的品質和舒適性、綠色工質的應用和環境保護、空調的成本與性能等等。針對上述問題，世界范圍

2、內有關高效、節能、環保空調的研究正逐步興熱起來。據國家統計局統計公告，我國房間空調器年產量已達到2513萬臺，特別是在人口密集的城市，造成熱島效應加劇的諸多因素中，空調器的普及，是一個不容忽視的問題。另外，在當今國內外大中城市，空調的耗電量占到了城市用電量的3040%，進入高溫季節，空調用電量甚至占總用電量的50%，這是造成城市用電超負荷最直接的一個原因。正如某些能源專家驚嘆“空調負荷是電網里的癌癥，只有力推非電或少用電的節能空調，才能從根本上緩解使用空調造成的電力緊缺”。目前，我國電力資源非常緊缺，已有23個省市出現了“電荒”，其中浙江省電力緊缺位居全國之首。在這種嚴峻的缺電危機下，研制開發

3、出一種不使用壓縮機，不使用cfc等化學制冷劑的低能耗降溫裝置，既能滿足室內空氣品質要求，又能顯著減少空調運行的能耗，這不僅是國家各級政府的呼吁，同時也是本課題組迫切需要研究的一項內容。大氣中存在著各種自然的能量，其中“焓濕能”（psychrometric energy）就是一種普遍存在的可再生而且容易獲取的自然能量。所謂“焓濕能”，簡單的說，任何一股不飽和空氣均可將其等濕冷卻至接近露點溫度，也可將其等溫地飽和，這兩種狀態的能量差別即為“焓濕能”，本項目研制的“自然能”空調器就是充分利用這種空氣“焓濕能”的轉化來達到制冷的功效。其核心部件是熱質交換芯“濕能芯”。(其基本原理和結構詳見第三部分)（

4、二）立項意義：傳統的空氣調節，它只是在一個相對密閉空間內，對室內空氣本身能量與溫度的調節，它不提供自然的新鮮空氣。所以使用傳統空調時，室內空氣污濁、憋悶、空氣質素低劣，耗電量大，這給人們身心健康造成了不少的傷害。本項目研制的“自然能”空調系列產品，它可在極低能耗條件下，既提供100%室外新鮮空氣，又能把不飽和空氣轉化為低溫、低焓而不變濕的空氣輸入室內，這是目前國際上極力倡導的全新節能空調的新概念和新的空氣調節方式。它不追求對建筑物容積進行空氣調節，而是將調節好的氣流直接輸送到人體或設施存在的范圍，它是以滿足人體舒適度及工藝要求為基本目標，最大的特點是超級節電節能，并可大大減少能源浪費和顯著降低

5、冷熱負荷。1、本項目的社會意義：、該“自然能”空調產品以水作為工作介質，不使用氟里昂等化學物質，避免破壞自然環境，有利于保護臭氧層。、該“自然能”空調產品的能效比eer可達12w/w以上,其效率為常規空調的58倍。以300m3/h風量的“自然能”工位空調為例，其制冷量約為15001800w，其用電量僅為60w就夠了，若1個房間以20m2計算，使用常規空調，需要11.5kw的用電量，可見常規空調的用電量為“自然能”工位空調的1625倍。空調是造成夏季用電負荷緊張的主要原因，使用“自然能”空調，由于其用電負荷小，可大大緩解夏季用電緊張的局面。、該“自然能”空調采用水蒸氣間接蒸發式冷卻方式，既可以有

6、效地降溫，同時并不增加空氣濕度，保證了人體的舒適性。一般蒸氣壓縮式空調和直接蒸發式冷卻器的制冷溫度很難降到濕球溫度，而該“自然能”空調不但可以降到濕球溫度以下，而且還可以接近露點溫度，有效地節約和利用了資源。、該項目目前處于行業的熱點領域，國際上相關企業及機構均在大力進行類似的研究和產業化，為了率先進入市場并占領市場，該項目的研究就顯得尤為緊迫。2、本項目的經濟意義：、該“自然能”空調產品的造價低于常規空調，用戶初投資小，其價格只略高于電風扇。、該“自然能”空調極大的減少了消費者用于空調的支出，其使用費用遠遠低于常規空調。以全國每年3千萬臺空調的產量計（按平均每臺電功率1kw計），如有10%的

7、空調即3百萬臺改用“自然能”空調，按使用時間一年為1000小時計，將節約用電約28億度，節省價值約15億元。、該“自然能”空調按年產300萬臺計，平均價格按每臺600元考慮，年產量將達18億元，按利稅30%考慮，利稅額將達5億元。二、項目主要研究開發（產品開發）內容、技術關鍵、創新方式（一）主要研究開發內容：1、“焓濕能”理論研究和空調熱濕負荷計算。對焓濕能的機理進行全面地探索，分析焓濕能轉化規律；根據不同的氣候條件、不同的室內環境要求，編制通用的計算軟件對焓濕能及熱濕負荷進行系統的模擬和計算，為空調的整體設計提供數值依據。2、間接蒸發式熱質交換的實驗研究。針對熱質交換的不同氣流組織方式，如逆

8、流、交叉流、混合流等，對實驗臺架進行設計和改裝；測量流動過程的溫度場、速度場，計算不同流動方式的熱質交換量、焓濕能及其效率，探尋最有效的氣流組織方式。3、“濕能芯”的設計和性能研究。根據上述的數值模擬及實驗結果，對濕能芯的結構進行設計；通過濕能芯的流場、溫度場、制冷量、焓濕能、耗水量等的數值模擬和實驗研究，分析不同的進口參數、不同的氣流組織方式、不同結構和材料、不同的排風/送風配比對濕能芯效率、送風品質的影響，從而優化濕能芯的設計、提高濕能芯的綜合性能。4、“自然能”空調裝置的設計與試制。根據室內環境要求用自行開發的軟件包計算熱濕負荷和冷量，設計送風和回風組織方式，確定裝置中電機、風葉、濕能芯

9、與進出風量、制冷量的匹配關系，合理選擇濕能芯容量、風機容量和補水量，最后根據設計圖紙，制造樣機。5、“自然能”空調裝置的性能測試和產品開發。利用空調焓差試驗裝置，對樣機進行綜合性能測試，測試標準和測試方法，參照家用空調的標準和方法。測試后與蒸氣壓縮式空調、直接蒸發式冷卻器（空調扇）的各項性能指標進行比較，并加以改進，最終開發出高效節能型“自然能”空調的系列產品。（二）技術關鍵：本項目的技術關鍵就是濕能芯技術，濕能芯可以說是“自然能”空調的心臟，它的效率高低決定了整個空調的能效比eer。濕能芯的氣流組織方式、結構的設計、材料的選擇、壽命的長短、吸濕性和防腐性等等都是該技術的難點，也是本項目需要重

10、點解決的關鍵問題。（三）創新主要方式：1、本項目目前在國內尚屬開創性研究，有望獲得創新性科研成果。2、該空調充分利用自然能量，以水為工質，空氣做媒介，不使用壓縮機和氟里昂制冷劑，也不使用化學溶液，是綠色環保型空調產品。3、100%室外新鮮空氣輸入使室內保持正壓，可忽略室內潛熱負荷的影響，并可忽略從門窗縫隙漏入的熱量，從而節約冷量。4、高效節能，超級節電，季節性能效比eer值可達12以上，實現最大的制冷量，最低的運行費用。5、制冷送氣溫度可低于進氣濕球溫度，接近了露點溫度。可把低溫、低焓而不加濕的舒適空氣送入室內，徹底改變室內空氣品質。6、可與常規空調配合使用，在早晚期間及過渡季節可充分利用自然

11、風冷卻室內。7、體積小、重量輕、通風量穩定、低風速、低噪音、低耗水量、使用壽命長、結構簡單、易安裝、易維修。三、項目預期目標（主要技術經濟指標、應用或產業化前景）（一）預期的主要技術指標：預期的主要技術指標如下：制冷量：4008000 w新風量（可與回風配比）：40100%送風量：1506000 m3/h送風溫度：1522 oc能效比eer：12 w/w（二）預期的主要經濟指標：該產品結構簡單，裝配部件少，易裝易拆易維修。若達到與常規空調同等制冷量，本產品的銷售價僅為常規空調的50%，而銷售利潤率仍可控制在40%左右。若以全國每年3千萬臺空調的產量計（按平均每臺電功率1kw計），如有10%的空

12、調即3百萬臺改用“自然能”空調，按使用時間一年為1000小時計，將節約用電約28億度，價值約15億元人民幣。平均價格按每臺600元考慮，年產值將達18億，按利稅30%考慮，利稅額約為5.4億元。（三）“自然能”空調的應用：1、若濕能芯僅與風機配置為單機產品，如“自然能”工位空調器，主要適用于家庭、廚房、辦公室、醫院病房、娛樂場所、工業廠房等場所。2、若濕能芯與空氣凈化除濕裝置、電壓縮機、水源熱泵機組等設備配套則為復合型產品，主要應用于大型建筑物、辦公樓、賓館、醫院、別墅等場所。還可應用于化工、發電、能源、環保等諸多領域。（四）產業化前景：據英國bsria全球市場新聞調查，中國現已是空調生產超級

13、大國。2003年全球空調總產量5000萬套，中國空調產量就達2600萬套，預計2005年中國房間小型空調器產值將上漲至73億美元，居世界第一。近幾年中國頒布新的建筑設計標準，要求房間新風量30m3/h/人，再加上大型空調機組價格昂貴，促使小型、低廉、節電的空調器呈快速增長，年增長率25%左右，顯示著廣闊的市場空間。1、超級節電是市場最大賣點。該產品用電部件主要來自風機，濕能芯制冷不需要用電。房間內使用本產品，耗電量3090w，制冷量4002000w，能效比eer均在12w/w以上，產品送風口室內外溫差能連續保持在811。另外，該產品可實現交直流電兩用，配用直流電機，能效比可達40w/w以上，配

14、蓄電池，在停電時能連續使用610小時。2、適用面廣，專業個性化強。該產品既不同于常規空調，又有別于市場上供應的空調扇。它制冷不加濕又可輸入100%新鮮空氣，而空調扇以冰塊降溫，給室內加濕，人體舒適性差。“自然能”空調，以其獨特的性能和應用范疇，可以滿足各類消費者的需求。例如：廚房工位空調器，由于廚房面積小，裝空調不合算，在燒飯炒菜時廚房內最悶熱。工位式“自然能”空調，它體積小，有任意安放的靈活性，既可提供較大風量又能制冷，完全可解決廚房內悶熱的弊病。同時還可減少油煙對人體的污染。“自然能”空調的風量和制冷量，以人為本，按需所取，也可因場所而異量體選型。風量有150m3/h至6000m3/h以上

15、的產品，制冷量有400w至幾千瓦以上的產品，一個人能享用，廠房內數十人也可享用。懼怕驟冷驟熱、怕感冒的老年人、小孩、體弱多病者可用，辦公室、酒吧、餐飲店等娛樂場所也可以用。像歐洲一些國家，他們需要節能環保型空調，安裝時不要破壞建筑物，工位式“自然能”空調正是符合這樣需求的最好產品。3、制造成本小，銷售價空間彈性大。現國內空調行業，生產廠家多，產品單一化，價格競爭十分激烈。為此，能拿出科技含量高、制造成本小、價格有競爭力的新產品，這是空調生產廠家都在努力尋找的市場目標。本項目的產品除風機、濕能芯外，輔助配件少，生產工藝及結構簡單，易裝易拆易維修，為此，它生產成本低、銷售價空間彈性大。綜上所述，“

16、自然能”空調只要有主導企業和生產規模以及強勢的營銷力度，它一定會發展成為一個行業。同時，這為競爭于現行市場的空調扇、蒸發式冷風機、機械通風機以及仿真炭火取暖空調扇，均開創了一條新通道，并打開了一片更加節電實用的空調新市場。.四、項目實施方案本項目的研究關鍵是兩部分，一是核心部件濕能芯的研究和設計，二是“自然能”空調的系統設計。1、核心部件“濕能芯”的研究和設計：通過實驗和數值分析，確定濕能芯內最有效的氣流組織方式；在結構上，濕能芯內相互疊加的熱質交換薄片由吸濕性較好的纖維材料構成，每張薄片上均勻粘貼eva隔板作為導流通道，每張薄片的一面涂上防濕涂層以構造相互隔離的干通道和濕通道。自冷區域和它冷

17、區域的大小由室內環境的需求決定。2、“自然能”空調的系統設計：采用數位模擬方法，確定產品中電機、風葉、濕能芯與進出風量、制冷量的匹配關系；“自然能”空調單機產品用電部件主要來自風機，因此如何選擇風機以提高風機工作效率、增加送風量、降低噪音顯得尤為重要，有關風機風葉的制作工藝等技術問題目前正與寧波一家電機公司協商共同研制解決；為提高產品在市場競爭中的亮點，產品需要增添更多附加服務功能，例如利用電子半導技術，讓空調產品會發聲，會定時，會散發滅蚊劑、清香劑、空氣凈化劑，使產品成為別具一格的人性化空調；為進一步節電，該產品將實現交直流電兩用，有關直流電機研發配置等工作，本項目將委托合作的企業承擔。五、

18、計劃進度安排2004.092004.12 調研、查閱文獻、收集資料、籌集資金、可行性論證。2005.012005.03 焓濕能理論研究與分析、修正方案、購買必需的儀器設備、完成實驗臺架改裝。2005.042005.08 編制大型通用軟件，對焓濕能、空調熱濕負荷進行模擬和計算，并用實驗進行驗證。2005.092005.12 濕能芯熱質交換器的設計及其性能測試。2006.012006.03 “自然能”空調總體方案設計及空調器樣機制造。2006.042006.07 “自然能”空調器樣機性能測試及其改進，編制產品說明書及標準，制定產業化計劃。2006.082006.09 結題報告、論文總結、申報專利、召開鑒定會并驗收。六、經費預算總經費（萬元）申 請 資 助自 籌45.0額 度2005年2006年15.030.020.010.0預算支出科目金 額（萬元