任春立 劉 赟

(1.唐山學(xué)院,河北 唐山 064200； 2.北京金茂綠建科技有限公司，北京 100012)

石墨烯材料在空調(diào)設(shè)備上應(yīng)用的可行性分析★

任春立1劉 赟2

(1.唐山學(xué)院,河北 唐山 064200； 2.北京金茂綠建科技有限公司，北京 100012)

結(jié)合空調(diào)設(shè)備室外機(jī)冬季運(yùn)行中換熱表面結(jié)霜的現(xiàn)狀，分析了導(dǎo)致空調(diào)冬季運(yùn)行效率降低的直接原因，并基于石墨烯復(fù)合材料的特征，論述了石墨烯復(fù)合材料用于空調(diào)設(shè)備換熱表面處理與提高空調(diào)設(shè)備冬季運(yùn)行效率的可行性。

石墨烯，空調(diào)設(shè)備，可行性，節(jié)能減排

0 引言

空調(diào)熱泵機(jī)組在冬季供熱時因室外蒸發(fā)器表面溫度低于0 ℃造成結(jié)霜，形成霜垢，造成機(jī)組為除霜耗費大量的電能，機(jī)組不能正常工作；中央空調(diào)系統(tǒng)夏季送風(fēng)，常因送風(fēng)溫度低于空氣露點溫度造成風(fēng)口表面結(jié)露、滴水，影響空調(diào)正常使用。

冬季空調(diào)熱泵機(jī)組在運(yùn)行時有結(jié)霜的問題，即在空調(diào)室外機(jī)蒸發(fā)器表面因空氣潮濕在處于低溫的空調(diào)室外機(jī)蒸發(fā)器表面結(jié)一層霜，隨著霜層加厚，通風(fēng)面積減少，減少了換熱面積，增大了蒸發(fā)器表面的傳熱熱阻，導(dǎo)致熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行效率降低，嚴(yán)重時機(jī)組無法運(yùn)行，所以熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行時需要定期除霜，而除霜和結(jié)霜過程可導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率降低甚至無法運(yùn)行；降低設(shè)備可靠性和增加設(shè)備運(yùn)行成本。

1 空調(diào)大溫差供冷可行性分析

中央空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)方式有小溫差送風(fēng)和大溫差送風(fēng)，小溫差送風(fēng)因其所需送風(fēng)量大，空調(diào)設(shè)備送風(fēng)耗電能多；而當(dāng)送風(fēng)溫差加大一倍，系統(tǒng)送風(fēng)量可以減少一半，系統(tǒng)的材料消耗和投資(不包括制冷系統(tǒng))約減少40%，而動力消耗則可以減少50%；送風(fēng)溫差在4 ℃～8 ℃之間每增加1 ℃，風(fēng)量可以減少10%～15%。所以在空調(diào)設(shè)計中，正確決定送風(fēng)溫差是一個相當(dāng)重要的問題。由于溫差大，輸送同樣的冷(熱)量，空調(diào)設(shè)備耗電量要比小溫差送能少得多，但大溫差送風(fēng)會因送風(fēng)溫度達(dá)到水蒸氣的露點，在空調(diào)風(fēng)口產(chǎn)生凝結(jié)水，因此，該送風(fēng)方式受到制約。

應(yīng)采取一系列措施把空調(diào)換熱器表面進(jìn)行處理，使得空調(diào)換熱器的金屬表面不結(jié)霜或少結(jié)霜，實現(xiàn)上述大溫差送風(fēng)和大溫差供應(yīng)冷凍水，延長空調(diào)室外機(jī)除霜周期，減少空調(diào)運(yùn)行中消耗的電能，實現(xiàn)節(jié)電的目的。

2 家用空調(diào)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

隨著人們生活水平的提高，家用空調(diào)迅速普及，我國空調(diào)生產(chǎn)量發(fā)展迅速。家用空調(diào)冬季供熱時為防止室外機(jī)結(jié)霜，在制熱運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，當(dāng)室外氣溫低于5 ℃時，室外熱交換器的蒸發(fā)溫度就會在0 ℃以下，這時空氣中的水分就會在室外冷凝器表面結(jié)霜，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時間的增加，結(jié)霜的厚度越來越大，這樣會導(dǎo)致熱交換器換熱能力下降，制熱效果降低，為了防止這樣的現(xiàn)象發(fā)生，就應(yīng)該及時地除去冷凝器上的霜層，目前空調(diào)除霜有兩種：一種是不停機(jī)除霜；一種是停機(jī)除霜。停機(jī)除霜是通過轉(zhuǎn)換制冷劑的流向，即將制熱運(yùn)轉(zhuǎn)改變?yōu)橹评溥\(yùn)轉(zhuǎn)，把壓機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑氣體切換流向室外機(jī)結(jié)霜的熱交換器，使霜層融化，達(dá)到除霜的目的，例如海信KFR-28GW/BP KFR-50LW/BP等空調(diào)采用停機(jī)的除霜的方式；不停機(jī)就是繼續(xù)制熱運(yùn)轉(zhuǎn)，從壓機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑氣體一部分流向室外機(jī)熱交換器，使熱交換器溫度上升，霜層融化，另一部分繼續(xù)流向內(nèi)機(jī)制熱，例如海信KFR-35GW/BP KFR-40GW/BP等空調(diào)就是采用不停機(jī)的除霜的方式。

家用空調(diào)除了在家庭住宅上使用外，在公共建筑像辦公等場所也常常使用單體空調(diào)器。近年來隨著多聯(lián)機(jī)VRV(Variable Refrigerant Volume)空調(diào)系統(tǒng)即可變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)的問世，打破了傳統(tǒng)的中央空調(diào)設(shè)計理念，在傳統(tǒng)的房間分體空調(diào)器由一臺室外機(jī)連接一臺室內(nèi)機(jī)的一對一方式的基礎(chǔ)上，研制出了一臺室外機(jī)連接多臺室內(nèi)機(jī)的供暖制冷系統(tǒng)，使設(shè)計、安裝、運(yùn)行及維護(hù)管理更為簡單、方便、節(jié)能，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在公共建筑應(yīng)用發(fā)展也很快?？照{(diào)的快速發(fā)展，使得空調(diào)用能急劇上升及空調(diào)使用過程所涉及到的費用及環(huán)保問題日趨嚴(yán)重，因此，對于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究和解決空調(diào)運(yùn)行存在的問題已成為空調(diào)工程技術(shù)人員的重要任務(wù)。

3 石墨烯復(fù)合材料在空調(diào)設(shè)備換熱表面的應(yīng)用分析

我國目前對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究大多是集中在空調(diào)熱效率、空調(diào)絕熱損失、空調(diào)的控制方面，此方面的研究成果，對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、運(yùn)行方面的節(jié)能減排提供了技術(shù)支持。由于缺少對空調(diào)蒸發(fā)器結(jié)霜、除霜問題，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)口周圍結(jié)露問題等的研究和解決方法，使得對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排進(jìn)一步研究受到了制約。

利用新型材料對空調(diào)蒸發(fā)器、空調(diào)風(fēng)口金屬表面進(jìn)行處理防止結(jié)霜、結(jié)露的研究是建筑節(jié)能減排發(fā)展方向之一，大力開展建筑節(jié)能減排工作，是一項利國利民、前途無量的事業(yè)。因此亟需開展石墨烯材料在中央空調(diào)系統(tǒng)方面的實驗和研究，提高空調(diào)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率。

石墨烯是近年來學(xué)術(shù)界公認(rèn)的最熱門研究領(lǐng)域之一，石墨烯的研究將帶動新工藝、新方法和新技術(shù)等領(lǐng)域的全面發(fā)展，并對科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展產(chǎn)生革命性的影響，石墨烯為導(dǎo)電添加劑加到塑料基體中，利用石墨烯輕、薄、大比表面積、高導(dǎo)電性的特性制備出新型的石墨烯/塑料抗靜電復(fù)合材料，研究了導(dǎo)電填料石墨烯類型和含量、制備方法對復(fù)合材料的導(dǎo)電特性、微觀形貌和力學(xué)性能的影響。石墨烯/塑料復(fù)合材料將會提高制品的抗靜電性能，減少導(dǎo)電劑在基體中的比例，降低導(dǎo)電劑對塑料原有可塑性和機(jī)械性等的負(fù)面影響。

利用石墨烯材料的憎水性能，用石墨烯材料對風(fēng)冷模塊蒸發(fā)器表面和空調(diào)風(fēng)口金屬表面進(jìn)行處理，達(dá)到金屬表面不結(jié)露、不結(jié)霜，實現(xiàn)大溫差送風(fēng)，保證蒸發(fā)器正常工作，以實現(xiàn)節(jié)能節(jié)電，保證空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的。

4 結(jié)語

1)石墨烯與塑料合成制備的復(fù)合材料保留了塑料的憎水性能特征，使得經(jīng)處理后的空調(diào)換熱器表面不結(jié)霜、少結(jié)霜的目的得以實現(xiàn)。2)石墨烯復(fù)合材料保留了石墨烯本身的比表面積大的特點，使經(jīng)處理后的空調(diào)設(shè)備表面換熱面積增大。3)石墨烯復(fù)合材料保留了石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)大，強(qiáng)度高的特點，可以改善空調(diào)換熱器的換熱性能，提高空調(diào)換熱器的換熱效率，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

[1] 劉 靜，俞炳豐，高振生.低溫送風(fēng)系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2005(3)：89-91.

Feasibility analysis of application of graphene materials in air conditioning equipment★

Ren Chunli1Liu Yun2

(1.TangshanCollege,Tangshan064200,China; 2.BeijingJinmaoGreenBuildingScienceandTechniqueCo.,Ltd,Beijing100012,China)

This paper briefly describes the status quo of the heat transfer surface frost in outdoor air conditioner equipment running in winter. Analyzed the direct cause of decrease of air conditioner operation efficiency in winter, in this paper, by using the characteristics of graphene composite material analysis, the use of graphene composite material for the heat exchange surface of air conditioning equipment, improve the operational efficiency of air conditioning equipment in winter feasibility analysis.

graphene, air conditioning equipment, feasibility, energy conservation and emission reduction

1009-6825(2017)02-0127-02

2016-11-05

★:唐山市重點實驗室項目(項目編號：140161001)；河北省教育廳基金項目，河北省教育廳技術(shù)研究項目(項目編號：ZC2016152)

任春立(1960- )，男，副教授； 劉 赟(1982- )，男，工程師

TB657.2

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