石墨烯材料在空调设备上应用的可行性分析★

任春立 刘 赟

(1.唐山学院,河北 唐山 064200； 2.北京金茂绿建科技有限公司，北京 100012)

石墨烯材料在空调设备上应用的可行性分析★

任春立1刘 赟2

(1.唐山学院,河北 唐山 064200； 2.北京金茂绿建科技有限公司，北京 100012)

结合空调设备室外机冬季运行中换热表面结霜的现状，分析了导致空调冬季运行效率降低的直接原因，并基于石墨烯复合材料的特征，论述了石墨烯复合材料用于空调设备换热表面处理与提高空调设备冬季运行效率的可行性。

石墨烯，空调设备，可行性，节能减排

0 引言

空调热泵机组在冬季供热时因室外蒸发器表面温度低于0 ℃造成结霜，形成霜垢，造成机组为除霜耗费大量的电能，机组不能正常工作；中央空调系统夏季送风，常因送风温度低于空气露点温度造成风口表面结露、滴水，影响空调正常使用。

冬季空调热泵机组在运行时有结霜的问题，即在空调室外机蒸发器表面因空气潮湿在处于低温的空调室外机蒸发器表面结一层霜，随着霜层加厚，通风面积减少，减少了换热面积，增大了蒸发器表面的传热热阻，导致热泵机组冬季运行效率降低，严重时机组无法运行，所以热泵机组冬季运行时需要定期除霜，而除霜和结霜过程可导致机组运行效率降低甚至无法运行；降低设备可靠性和增加设备运行成本。

1 空调大温差供冷可行性分析

中央空调系统送风方式有小温差送风和大温差送风，小温差送风因其所需送风量大，空调设备送风耗电能多；而当送风温差加大一倍，系统送风量可以减少一半，系统的材料消耗和投资(不包括制冷系统)约减少40%，而动力消耗则可以减少50%；送风温差在4 ℃～8 ℃之间每增加1 ℃，风量可以减少10%～15%。所以在空调设计中，正确决定送风温差是一个相当重要的问题。由于温差大，输送同样的冷(热)量，空调设备耗电量要比小温差送能少得多，但大温差送风会因送风温度达到水蒸气的露点，在空调风口产生凝结水，因此，该送风方式受到制约。

应采取一系列措施把空调换热器表面进行处理，使得空调换热器的金属表面不结霜或少结霜，实现上述大温差送风和大温差供应冷冻水，延长空调室外机除霜周期，减少空调运行中消耗的电能，实现节电的目的。

2 家用空调技术经济分析

随着人们生活水平的提高，家用空调迅速普及，我国空调生产量发展迅速。家用空调冬季供热时为防止室外机结霜，在制热运转状态下，当室外气温低于5 ℃时，室外热交换器的蒸发温度就会在0 ℃以下，这时空气中的水分就会在室外冷凝器表面结霜，随着运转时间的增加，结霜的厚度越来越大，这样会导致热交换器换热能力下降，制热效果降低，为了防止这样的现象发生，就应该及时地除去冷凝器上的霜层，目前空调除霜有两种：一种是不停机除霜；一种是停机除霜。停机除霜是通过转换制冷剂的流向，即将制热运转改变为制冷运转，把压机出来的高温高压的制冷剂气体切换流向室外机结霜的热交换器，使霜层融化，达到除霜的目的，例如海信KFR-28GW/BP KFR-50LW/BP等空调采用停机的除霜的方式；不停机就是继续制热运转，从压机出来的高温高压的制冷剂气体一部分流向室外机热交换器，使热交换器温度上升，霜层融化，另一部分继续流向内机制热，例如海信KFR-35GW/BP KFR-40GW/BP等空调就是采用不停机的除霜的方式。

家用空调除了在家庭住宅上使用外，在公共建筑像办公等场所也常常使用单体空调器。近年来随着多联机VRV(Variable Refrigerant Volume)空调系统即可变制冷剂流量空调系统的问世，打破了传统的中央空调设计理念，在传统的房间分体空调器由一台室外机连接一台室内机的一对一方式的基础上，研制出了一台室外机连接多台室内机的供暖制冷系统，使设计、安装、运行及维护管理更为简单、方便、节能，多联机系统在公共建筑应用发展也很快。空调的快速发展，使得空调用能急剧上升及空调使用过程所涉及到的费用及环保问题日趋严重，因此，对于空调系统的节能研究和解决空调运行存在的问题已成为空调工程技术人员的重要任务。

3 石墨烯复合材料在空调设备换热表面的应用分析

我国目前对中央空调系统的节能研究大多是集中在空调热效率、空调绝热损失、空调的控制方面，此方面的研究成果，对空调系统的设计、运行方面的节能减排提供了技术支持。由于缺少对空调蒸发器结霜、除霜问题，空调系统风口周围结露问题等的研究和解决方法，使得对空调系统的节能减排进一步研究受到了制约。

利用新型材料对空调蒸发器、空调风口金属表面进行处理防止结霜、结露的研究是建筑节能减排发展方向之一，大力开展建筑节能减排工作，是一项利国利民、前途无量的事业。因此亟需开展石墨烯材料在中央空调系统方面的实验和研究，提高空调系统能量转换效率。

石墨烯是近年来学术界公认的最热门研究领域之一，石墨烯的研究将带动新工艺、新方法和新技术等领域的全面发展，并对科学技术和社会发展产生革命性的影响，石墨烯为导电添加剂加到塑料基体中，利用石墨烯轻、薄、大比表面积、高导电性的特性制备出新型的石墨烯/塑料抗静电复合材料，研究了导电填料石墨烯类型和含量、制备方法对复合材料的导电特性、微观形貌和力学性能的影响。石墨烯/塑料复合材料将会提高制品的抗静电性能，减少导电剂在基体中的比例，降低导电剂对塑料原有可塑性和机械性等的负面影响。

利用石墨烯材料的憎水性能，用石墨烯材料对风冷模块蒸发器表面和空调风口金属表面进行处理，达到金属表面不结露、不结霜，实现大温差送风，保证蒸发器正常工作，以实现节能节电，保证空调系统正常运行的目的。

4 结语

1)石墨烯与塑料合成制备的复合材料保留了塑料的憎水性能特征，使得经处理后的空调换热器表面不结霜、少结霜的目的得以实现。2)石墨烯复合材料保留了石墨烯本身的比表面积大的特点，使经处理后的空调设备表面换热面积增大。3)石墨烯复合材料保留了石墨烯的导热系数大，强度高的特点，可以改善空调换热器的换热性能，提高空调换热器的换热效率，以实现节能减排的目的。

[1] 刘 静，俞炳丰，高振生.低温送风系统的研究进展[J].建筑科学与工程学报，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

★:唐山市重点实验室项目(项目编号：140161001)；河北省教育厅基金项目，河北省教育厅技术研究项目(项目编号：ZC2016152)

任春立(1960- )，男，副教授； 刘 赟(1982- )，男，工程师

TB657.2

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