1.3 节能环保

我国工业总产值已经跃居世界前列，由于制冷空调行业在各类产业中均具有较大的贡献，因而，制冷空调系统与设备的能耗也相应地占有较大的比重。当前，“节能环保”已成为国家可持续发展战略的重要途径，制冷空调技术在节能减排方面既面临着挑战，同时也具有较大的潜力，制冷空调行业的创新与发展也对我国节能环保事业发挥着巨大的作用。

1.3.1 工业领域

制冷空调技术在我国早期主要应用于纺织工业，为维持棉线生产中的温湿度要求，采用制冷空调技术营造恒温恒湿的生产环境。随着时代的发展，各生产行业的工艺生产环境的要求提高，很多生产环境要求较高的洁净度，如手表齿轮等精密部件生产、电子元器件生产、高级别动物房等，此类工艺生产流程过程中需要制冷空调系统大量处理新风，导致空调系统冷热抵消严重且风机输配能耗大。随着产业转型和对工艺生产环境质量要求的不断提高，工业生产的能源浪费现象日益突出，大力开展工业生产环境的节能减排工作至关重要，特别是同时处理温湿度与洁净度的场合在使用过程中要优化流程，降低能耗并进一步减少污染物的排放。

1.3.2 建筑领域

建筑业在国民经济各行业中所占比重仅次于工业和农业，是国民经济的重要物质生产部门，制冷空调已渗入建筑领域的方方面面。家庭、办公室的房间空调器等局部空调设备，大型建筑、公共场所使用的集中空调系统，以及特殊文物保藏建筑的空气调节装置，都离不开制冷空调；体育、游乐场所采用的制冷技术除提供空气调节外，还用于建造人工冰场等工艺过程；在建筑工程领域，无论在大型混凝土浇筑过程中还是在混凝土搅拌过程中，都需要制冷设备提供足够冷量稀释凝固过程中所释放出来的巨大热量，以确保固化反应的顺利进行。制冷空调技术在建筑领域内的应用主要还在于营造舒适的室内环境。近年来，我国每年新增建筑总量约20亿m2，建筑能源消耗占到社会能源消耗总量的20%左右，建筑节能已成为全社会重点节能领域。而制冷空调技术在建筑领域应用普遍，据2011年数据统计，我国城镇住宅能耗（不含北方采暖）为1.53亿t标准煤，占建筑总能耗的22.3%，其中制冷空调系统能耗占比18.7%；公共建筑（学校、商店、酒店、医院等建筑）能耗为1.71亿t标准煤，占建筑总能耗的24.8%。公共建筑空调系统能耗构成较为复杂，仅以北京市办公建筑能耗调查数据为例，制冷空调系统能耗约占17.7%～37.5%。在不影响室内环境营造质量的前提下，降低建筑中制冷空调系统的能耗迫在眉睫。

1.3.3 交通领域

随着我国经济的持续高速增长，交通运输行业得以快速发展，其能源消耗量也有显著增加。“十一五”期间，交通行业能耗增速为7.2%，大于能源消费总量6.61%的增速。2010年，我国交通行业能耗占社会总能耗的8.02%。随着我国经济的高速发展及人民生活水平的提高，人们对交通工具环境的要求也在不断提高，相应地，各个主要交通工具及其配套设施的制冷空调系统面临全新的挑战。汽车工业已发展成为我国的支柱产业之一，我国正由汽车大国向汽车强国迈进，汽车空调的发展不可或缺。汽车空调运行时，压缩机耗功约占发动机输出功率的5%～20%，且随车速增加而增加。在节能减排备受关注的今天，寻找新途径降低汽车空调能耗，对汽车工业的持续发展及节能减排意义重大。我国的空调列车正在向着高速化和舒适化方向发展，近十几年取得了巨大的进步。2014年7月1日，全国铁路运行图迎来2007年以来的最大调整，其中动车组列车占旅客列车总数的一半以上。预计到2020年，我国铁路运营里程达12万km，其中时速200km/h及以上的高速客运专线1.8万km以上。高铁列车车厢比表面积远大于一般建筑物，且车厢与外界传热量大；车窗占列车外表面积的比例较大，辐射引起的空调负荷较大，故列车空调系统能耗较大，占总能耗的70%。随着城镇化的加速发展，城市地下空间的开发利用成为必然，其中地铁交通设施的发展占有很大的比例，且发展迅速。截至2014年8月，我国内地共有23个城市已通车运营，总里程达2539km，几乎达到美国地铁里程总和的两倍。预期到2020年，将有40个城市建设地铁，总规划里程达7000km。伴随如此大规模的地铁系统而来的是为保障地铁环境的制冷空调系统的能耗显著增加，在地铁能耗的构成中，通风空调系统的能耗所占比例为31%，如何降低地铁的制冷空调能耗已成为需要解决的重要问题。此外，随着交通服务质量的提升，越来越多的高品质、多功能火车候车厅、机场航站楼等高大建筑服务于人们的日常生活，此类建筑为空间大、高度高、规模宏大、系统繁多、功能复杂、设施完善、技术先进的重要交通建筑类型。该类建筑需要全天运行，由于客流量大，导致持续运行制冷空调系统的能耗巨大，已成为耗能的重要环节。

1.3.4 通信领域

随着我国城镇化和信息化的发展，尤其是近几年“云计算、大数据”的兴起，以通信、商务、娱乐、金融等为代表的互联网信息化建设蓬勃发展。据统计，截至2015年底，我国互联网和手机用户数量分别达到9.05亿户和13.06亿户。通信基站和数据机房作为信息化发展的基础设施，新建和扩容的速度也水涨船高。到2014年底，我国三大通信运营商的基站数量达380万个，大小规模的数据中心达53万个，并且呈现快速增长的势头。移动基站和数据机房内部服务器设备发热密度大（单位面积发热量500～1000W/m2），而且全年不间断运行，需要制冷系统全年工作以保障设备安全可靠运行，这就使得此类空间中的制冷能耗巨大。移动基站和数据机房的能耗分布如图1-5所示，可以看出，制冷空调系统能耗所占比例非常大。2014年，我国各类数据机房共耗电800亿kW·h，约占社会总耗电量的1.5%，如果任由其发展，数据中心将形成一个巨大的能源黑洞。因此，从制冷空调系统出发，切实地提高供冷效率、降低制冷能耗对于通信行业的可持续发展尤为重要。

图1-5 移动基站和数据机房的能耗分布

a）移动基站 b）数据机房

1.3.5 制冷剂导致臭氧层破坏和温室效应

制冷剂在制冷循环中起着至关重要的作用，制冷剂不断循环并通过自身的状态变化实现制冷，是制冷系统中的血液。从20世纪50年代开始，CFCs或HCFCs（氯氟烃或氢氯氟烃）类制冷剂成为制冷剂的主力军，这也是我们经常提及的氟利昂，但卤代烃中的氯原子会破坏臭氧层，按照《蒙特利尔议定书》的规定，全卤代烃制冷剂（CFCs）由于对臭氧层有剧烈的破坏作用已经被淘汰。随着国际社会对降低温室气体排放的呼声的日渐高涨，2007年19届《蒙特利尔议定书》缔约大会做出了加速HCFCs淘汰的决定（淘汰时间见表1-1）。在哥本哈根等地举行的世界气候大会，还在进一步推动制冷剂的更新换代。

表1-1 HCFCs淘汰时间表

虽然《蒙特利尔议定书》的签订与实施，对臭氧层的恢复起到了积极的作用，但是，人们日益关注的另一环境问题——全球变暖却依旧十分严重。大部分制冷剂不仅可通过自身逸散造成温室气的直接影响，还会因使用其的装置消耗能量（发电和燃烧）而引起CO2的排放量增多而间接影响温室，造成温室效应。

在淘汰HCFCs制冷剂的同时，国际社会开始关注HFCs这类高全球变暖潜值的温室气体。2006年5月17日，欧盟议会正式通过了淘汰含氟气体法规（F-gas regulation），对现有R134a制冷剂的使用提出了新的规定。2010年4月，加拿大、墨西哥和美国向臭氧秘书处提交了新的提案，呼吁解决全球各地HFCs快速增长的问题。提案提出了从2014年起发达国家减少HFCs使用的方法，以后将隔年逐步增加减排目标。这已经引起政府有关部门和行业的高度重视，也使得制冷性能优良的传统制冷剂R11、R12、R502、R22等被淘汰，用新的无环境危害制冷剂取代这些传统的制冷剂是制冷界将始终面临的长期任务。

综上所述，制冷空调技术在我国国计民生的各个领域中发挥着重要作用。目前，我国已发展成为全球第二大制冷空调设备的消费市场和第一大生产国，制冷空调行业已成为我国装备工业的有生力量和国民经济中的重要组成部分。据中国制冷空调工业协会统计，我国制冷空调行业2013年累计实现工业总产值超过5600亿元。结合国家统计局公布的数据，我国制冷空调行业总产值约占当年全国工业总产值的2.3%，约占当年国内生产总值的1%。近几年来，随着我国经济进入新常态模式，我国制冷空调行业产值总体呈平稳走势，然而，制冷空调行业的能耗占比却不容小视。根据本文前述的数据统计估算，制冷空调系统（含采暖、通风和生活热水，因热泵制热的应用越来越多，而热泵与制冷在原理上是完全一样的）在建筑能耗中所占比例超过50%，在交通领域超过30%，在工业领域也接近20%。由此可见，我国制冷空调行业虽然所占国内生产总值的比例不大，但能源消耗巨大，约占国民经济总能耗的1/4，因而是关系到国家战略的重要产业。随着我国节能环保事业的持续、深入推进，空调制冷行业将面临技术和产品的升级和更新换代，因此，在新形势下，我国空调制冷行业也必将发挥越来越重要的作用，也必将迎来更广阔的应用前景和发展空间。