作者：中国制冷空调工业协会
出版社：机械工业出版社
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中国战略性新兴产业研究与发展·制冷空调试读：
前言
作为影响20世纪人类生活与社会发展的十项最伟大发明之一的制冷空调技术，已发展成为现代工业中的一个重要分支。有了制冷空调技术，人们不仅可以在地球上最冷和最热的地方生活，通过人工环境的构建还实现了一系列在过去无法实现的技术创新和创造，从某种意义上说，制冷空调技术对现代人类社会的文明进步产生了巨大的推动作用。
中国的制冷空调工业是一个年总产值达6 000亿元的庞大产业，是我国装备制造业的有生力量和国民经济的重要组成部分。制冷空调设备除了应用在人们熟知的医、食、住、行等生活各个方面，还广泛应用在航空航天、生物医药、军事科技、化工、材料、核应用等高科技领域，为科学探索、生命保障和国防事业提供了全面的支撑和保障。
制冷空调设备是社会生活中量大面广的应用产品，同时也是国家经济生活中的能源消耗大户。根据相关机构的测算，各类在用的制冷空调设备每年所消耗的电量约占我国年发电总量的20%以上；在夏季电力负荷高峰时期，一些大型城市中空调用电负荷可达到整个城市电力负荷的50%甚至更高，可以说，制冷空调行业在我国的节能减排事业中肩负着不可推卸的责任和义务。
众所周知，制冷空调系统大量使用的HCFCs和HFCs制冷剂，排放进入大气层后会破坏臭氧层或引发温室效应。目前全球同行正在积极开展对具有大气臭氧层破坏作用的各种氟化物制冷剂的淘汰活动，鉴于氟化物制冷剂中有很多还属于高GWP的温室气体，其淘汰和转换活动将为全球的温室气体减排带来巨大的协同效益，同时也对减轻当下我国严重的雾霾问题具有实际作用和价值。中国是目前全球最大的HCFCs和HFCs制冷剂的生产国和消费国，生产量和消费量均占全球的一半以上。可以说，中国的消耗臭氧层物质（ODS）淘汰工作对《蒙特利尔议定书》履约目标的达成和全球的环境保护工作具有重要的价值和意义。我们相信，作为一个与节能减排事业密切相关的战略性新兴产业，制冷空调行业一定能为国家总体的节能减排和环境保护目标的实现做出更多的贡献。
回顾过去，中国制冷空调行业从20世纪50年代的简单修造仿制开始起步，在计划经济时代整个产业发展水平相对较低，产品类别偏向单一的冷冻冷藏领域。是改革开放和市场经济建设给中国制冷空调行业带来了巨大的发展机遇和动力，在改革开放后的三十多年的时间里，中国已快速成长为全球最大的制冷空调设备生产国和消费国，在某些产品领域产品品质和技术水平开始走在了世界同行的前列，目前几乎所有类别的制冷空调设备在中国都有生产和供应，行业整体制造水平已向国际先进水平看齐。本土企业通过与国际知名企业面对面的激烈竞争不断发展壮大，企业的自主核心竞争力日趋增强。并造就出一批具有国际水准的知名中国本土品牌。21世纪以来，中国生产的各类制冷空调产品开始稳步走向发达国家市场，以优质的技术和产品服务于国际市场和用户，在全球同行间逐步树立起了“中国制造”的良好正面形象。今天，借着国家推进“一带一路”建设、“中国制造2025”强国战略的东风，制冷空调行业正沿着“创新+创造”的道路不断迈进，实现中国制冷空调行业的“强国梦”指日可待。
为了更好地回顾我国制冷空调产业取得的成果，了解国内外行业的发展动向，分析产业未来的发展目标和方向，推进全行业由中国制造向中国创造转变，也为国家战略性新兴产业发展规划的顺利实施提供系统支撑，为政府、行业管理机构统筹布局战略性新兴产业提供建议，中国制冷空调工业协会组织编写了本书。
本书由樊高定担任主编，负责本书的总体策划与组织工作；张朝晖、安青松担任副主编，负责筹划章节目录、确定编写分工并完成最后的统稿工作；张朝晖、安青松、李先庭、李红旗、田长青、石文星、史琳、马国远、申江、刘晓红参加了本书不同章节的撰写。其中第1章由李先庭编写；第2～4章的综合现状部分由张朝晖、安青松撰写，家用制冷（冰箱、饮水机）与空调部分由田长青、李红旗撰写，商用空调部分由石文星撰写，冷链装备部分由申江撰写，工业制冷部分由马国远撰写，特种装备部分由田长青、马国远、申江撰写；第5章和附录由史琳、安青松、李先庭、李红旗、申江、张朝晖、刘晓红撰写。本书在编写出版过程中得到了行业众多知名企业和相关机构的大力支持，珠海格力电器股份有限公司、烟台顿汉布什工业有限公司、开利公司、特灵公司、浙江盾安人工环境股份有限公司、丹佛斯公司、浙江三花智能控制股份有限公司、大连冷冻设备制造厂有限责任公司、上海汉钟精机股份有限公司、产业在线（北京智信道咨询有限公司）等相关单位对本书的编写工作给予了大力支持，并提供了大量的原始资料，在此一并向他们表示衷心的感谢。
本书编写力求内容丰富、资料翔实、指导性和参考性强，但由于本书为首次编撰，编者水平有限，又涉及内容广泛、工作量大，不足之处在所难免，恳请业内专家、同行、企业及读者予以批评指正。2017年10月编写说明《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定了我国未来经济社会发展的战略重点和方向是战略性新兴产业，并且根据我国国情和科技、产业基础，又制定出现阶段重点发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车七大新兴产业。可见，未来几年七大战略性新兴产业将是国家重点支持、大力推广的产业。
为了使大家全面理解、准确把握、深刻领会国家这一战略决定的精神实质，了解其发展内涵，推动产业结构升级和经济发展方式转变，增强国际竞争优势，抢占新一轮经济和科技制高点，机械工业出版社在国家出版基金的支持下，组织各领域权威专家编写了一套《中国战略性新兴产业研究与发展》（以下简称《研究与发展》）图书。《研究与发展》以国家相关发展政策和规划为基础，借鉴国外相关产业发展的成功经验，对产业发展思路、发展目标、发展战略、发展重点、投资方向、政策建议等方面进行了全面、系统的研究；对前瞻性、基础性和目前产业上有瓶颈限制的问题提出了有针对性的对策。《研究与发展》采用分期分批的出版方式陆续出版发行，第一期12个分册图书已于2013年年底完成出版，包括：太阳能、风能、生物质能、智能电网、新能源汽车、轨道交通、工程机械、水电设备、农业机械、数控机床、轴承和齿轮。本次出版第二期13个分册图书，包括：功能材料、物流仓储装备、紧固件、模具、内燃机、塑料机械、塑木复合材料、物联网、制冷空调、智能制造装备、非常规油气、中压开关和数据中心。今后根据国家产业政策要求及各行业的发展情况还将陆续推出其他分册。
为了出版好《研究与发展》，机械工业出版社成立了《中国战略性新兴产业研究与发展》编委会，全国人大常委会原副委员长路甬祥担任编委会主任。路甬祥副委员长对该套图书的编写高度重视，亲自参加编委研讨会，多次提出重要指导意见。他从图书的定位、内容选材、作者队伍建设和运作流程等方面都给予了全面和具体的指导，并提出了“六个特点”和“四性”的具体要求。对每个分册的内容重点提出了具体的建议要求。
机械工业出版社还建立了完善的项目管理、编写组织、出版规范和网络支撑四个方面的工作体系来保证图书质量。各组编单位投入了大量的精力组织行业权威专家规划内容结构、研讨内容特色；参与图书编写的主创人员也不计报酬，自觉自愿地把自己的聪明才智和研究成果奉献给社会，奉献给国家。他们都担负着繁重的科研、教学、行业管理或生产任务，为了使此书能够早日与大家见面，他们不辞辛苦、加班加点。因为他们都有一个共同心愿——帮助企业快速成长，使中国由大变强。
在此，衷心地感谢为此项工作付出大量心血的组编单位、各位专家、各位撰稿人、编辑出版及工作人员！
尽管我们做了大量工作，付出了巨大努力，但仍难免有疏漏或错误之处，敬请读者批评指正！《中国战略性新兴产业研究与发展》编辑部2018年1月第1章制冷空调行业在国民经济中的作用和地位
制冷空调技术自问世以来，便在各项生产、生活中发挥着越来越重要的作用。在我国，特别是改革开放以来，我国经济迅猛发展，连续多年保持较高的发展速度，目前已成为世界第二大经济体。其中，制冷空调行业在我国国民经济中占有重要地位，制冷空调技术被广泛应用于关乎国计民生的各个领域。从航天、生物医药等高技术产业的高端领域到衣食住行等百姓生活，都能够找到制冷空调技术的用武之地。进入21世纪以来，节能环保已成为国家可持续发展战略的重要途径，制冷空调行业的发展与创新对于我国节能环保事业也发挥着越来越显著的作用。
本章将围绕前面提到的“高端应用”“人民生活”和“节能环保”，分别从这三个方面阐述制冷空调行业在我国国民经济中的重要地位。1.1 高端应用
高端应用包括航空航天、生物医药、核技术等高技术领域。这类高技术领域的发展水平，直接反映了一个国家的综合国力水平，是国家政治经济地位、社会生活、甚至是国家安全的重要保障。自新中国成立以来，我国在各项高技术领域取得了举世瞩目的成就，制冷空调技术在上述高端应用中发挥着重要作用。1.1.1 航空航天
世界航空航天事业的发展始于20世纪，是全球科学技术飞跃进步、社会生产突飞猛进的结果。中国航天事业起步于20世纪50年代，改革开放以来，我国的综合国力不断增强，国际地位显著提升，我国的航空航天事业也随之取得了显著的发展。在航空航天领域中，大量关键技术领域需要制冷空调技术的支持。典型技术领域包括：（1）飞行器推进剂 在第二次世界大战中，V-2火箭使用酒精和液氧（正常沸点是-182.9℃）作为推进剂；后来火箭常用的推进剂为四氧化二氮—偏二甲肼，但是偏二甲肼有腐蚀性、毒性较大，也会严重污染环境，在灌注操作中非常危险；最为先进的火箭推进剂为液氢液氧，液氢液氧反应时只会产生水，无毒，对环境基本没有污染，应用于运载火箭上也可以显著提高火箭运送有效载荷的能力。将液氢液氧加注到火箭中时需对系统进行预冷，以防止火箭燃料设备在遇到低温液体时产生超出允许的冷缩应力而遭到破坏，也防止由于液氢液氧加注时遇到温度较高设备而大量沸腾汽化，从而形成超压和振动。液氢除用于火箭推进剂外，也可作为超高音速飞机的推进剂。液氢的高比热容还可以用来冷却因为极高速度飞行而产生摩擦热的机身表面，起到保护的作用。上述低温工质都需从包含这些工质的混合物中进行分离、纯化，常用手段为在温度较低情况下进行精馏，此过程需用到制冷技术（广义的概念，包括低温技术）。（2）红外探测器冷却 遥感卫星常用于地球资源普查、环境监测、海洋资源调查、气象分析、天文观测等工作，这些卫星上通常装有空间红外光学遥感器。为减少仪器本体热噪声，屏蔽和排除视场外的热干扰，提高探测精度和灵敏度，使遥感器获得稳定、可靠的探测性能，就需为红外探测器和其他光电器件提供可靠冷源，降低红外遥感器的温度。可以使用的制冷方法主要包括：辐射制冷技术、斯特林制冷机、脉管制冷机和利用杜瓦贮存低温工质来实现制冷。其中，辐射制冷技术是空间应用最早、较为成熟的空间制冷技术，它利用高效辐射板将来自红外遥感器的热量以辐射换热的形式辐射到太空中（3～4K）。这种技术在工作期间没有运动部件，具有无振动、无噪声干扰、工作寿命长、可靠性高、极少消耗航天器能源等优点。上述制冷技术不仅可用在空间遥感技术上，在军事夜视装置红外探测器、红外成像制导导弹、低温固体物理、低温电子、超导技术、通信技术、低温医学、卫星气象观察、低温生物等也广泛应用。（3）低温风洞 随着航空运输业的发展，先进飞行器在设计时要求有接近真实飞行情况的雷诺数下的气动数据作为支撑，现在一般是用风洞模拟得到相关数据。但是，如果风洞试验模拟的雷诺数不够大，试飞之后才发现设计与真实飞行存在差异，就可能会使制造出来的飞机无法正常飞行，从而导致飞行器设计方案更改、延误研制周期，造成经济损失甚至危及飞行人员安全。一般的风洞无法满足上述要求，所以，在高雷诺数风洞中进行飞行雷诺数试验，是实现飞行器气动力精细设计和飞行性能准确预测的前提和保证。低温风洞是最为有效的手段之一，通过降低吹过风洞的气流温度，使其密度增大，黏性系数降低，试验雷诺数得到提高，趋近真实飞行的情况。而且，低温风洞可以在试验过程中实现气流速度、总温和总压的独立调节，它具有常规风洞无法比拟的优点。现在世界上大部分运转的低温风洞都是采用液氮气化吸热的方法来降低和保持试验气体的温度。（4）其他 在航空航天中，需要在地面上营造高真空的环境以模拟太空的空间条件，而这就需要用液氮和液氦冷却的低温泵产生。此外，液氧在航天器中除了作为助燃剂之外，也会被用于飞行器密闭空间的生命保障系统。1.1.2 生物医药
生物医药行业被认为是全球21世纪的重要新兴技术领域之一。在全球范围内，大量金融资本开始向生物医药领域转移。2014年，全球药企研发支出前25位企业累计投入1 004.41亿美元用于研发；全球生物医药领域风险投资、上市融资、并购重组总额达2 248亿美元，创历史新高；医疗健康行业成为全球风险投资最活跃的领域，年交易数量居各行业之首，交易金额排名第二。在我国，生物制剂行业是我国医药工业快速发展的生力军，“十一五”期间的复合年增长率为33.61%，进入“十二五”，2011年及2012年分别增长32.38%和19.70%。2013年达2 465亿元，同比增长29.38%。而我国的医药行业（包括化学原料药、化学药品制剂、生物制剂、医疗器械、卫生材料、中成药、中药饮片七大类）的工业总产值在“十一五”期间复合增长率也达到23.31%，进入“十二五”，仍然保持快速增长势头，在2011年及2012年分别增长了26.50%和20.10%。2013年达22 297亿元，同比增长18.79%。
医药产业关系全民健康，市场需求巨大，2016年2月14日召开的国务院常务会议部署推动医药产业创新升级，明确发展的方向。在“十三五”期间，我国的生物医药行业将会有更大的发展。医药行业与制冷空调技术有着密切的联系，其中主要有：（1）血液的保存 血液的冷冻保存研究开始于20世纪40年代，并于50年代用于临床。当前在临床上应用的冷冻红细胞制备方法基本上有两种，慢速和快速冷冻法。慢速冷冻法只需使用-65℃以下机械冰箱即可；快速冷冻法需要先将甘油化的红细胞置于液氮中（-196℃）迅速冷冻，再将冷冻后的红细胞放在液氮蒸气中（-156℃）贮存。冷冻技术也用于生殖细胞、某些动物的胚胎、骨髓等某些组织和器官的保存。（2）低温技术用于医疗 利用低温对新陈代谢的延缓作用，可减轻代谢毒副产物对人体器官和大脑的伤害，为临床手术争取准备时间；也可以利用低温对人体细胞和组织的破坏作用，进行病变组织的临床治疗，例如一些囊肿或皮肤病。这种技术是用液氮产生深度低温，作用于局部组织，可以使病变组织周围的血管冻结达到止血的作用；也可以破坏神经末梢感受器，因而，有麻醉止痛的作用。这种技术具有简便、安全、迅速、有效、痛苦轻和并发症少等优点。
磁共振成像技术（MRI）是目前少有的对人体基本没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法，已经被许多医院所采用。其中，超导磁共振成像技术具有场强高、功耗小（磁体基本无功耗）、磁场均匀稳定和系统信噪比高等优点，近年来发展迅速。而这种设备正是通过向浸在低温液态工质（比如液氦）中的合金通电流产生机器运转所需要的磁场。（3）洁净空调技术 在药品生产车间和医院手术室，都需要制冷空调系统为其提供稳定、洁净的空气热湿环境，以满足对生产和手术过程中避免污染药剂和病菌感染的发生。
洁净厂房是空气中悬浮粒子受控的生产空间。它的设计、建造和使用应尽量减少室内诱入、产生带菌粒子。室内其他有关参数，如温度、相对湿度、压力等也按要求进行控制。洁净厂房设计的重要性在于生产有特殊要求（无菌环境、温度、湿度、压力有特殊要求的环境等）的产品时，如果生产环境不能满足洁净厂房的设计要求，所生产出来的产品将无法满足产品的质量要求。
医院手术室对空气洁净度的要求非常高，即使是一般的医院手术室净化工程也需要使用粗效过滤器和亚高效过滤器；而一些特殊的情况，如隔离室、特定的测试和护理区域则需要使用高效过滤器。高洁净等级的手术室可显著降低医院内的感染率，尤其是手术和烧伤的感染率，为手术的成功提供了重要保障。1.1.3 军事科技（1）坦克、装甲车内空调 坦克、装甲车辆是现代地面战争的主要作战装备。但是，坦克、装甲车辆的乘员舱空间狭小，由于野外气候条件和行驶条件十分恶劣，舱内温度可达到45～50℃，严重影响乘员的工作能力。在坦克、装甲车辆内部仅采用通风（包括强制通风），难以实现舒适的温度保障，制冷空调对于营造该类密闭空间的温度必不可少。目前研制的装甲车辆空调装置有汽化物循环制冷空调、涡轮式空气制冷空调、变容式空气制冷空调、发动机余热式空调制冷装置等。（2）导弹 导弹在现代化军事战争中发挥着重要作用，是夺取制空权的主要武器。红外导引系统是红外型导弹的重要组成部分，对导弹起着关键性作用。它通过敏感目标的红外辐射能量来探测、跟踪目标。红外探测器为红外导引系统的关键部分，为了提高探测器的探测能力与工作波长，工作在中红外和远红外的探测器均需制冷，使其在特定的低温条件下工作。例如，对于响应波段为1～3μm、3～5μm 和8～14μm的PbS、InSb和HgCaTe等弹载红外探测器都必须冷却到150～77 K 温区才能降低内部噪声、增大探测度和增大接收波长上限，从而提高导弹的作战性能。已经应用在导弹上的小型低温制冷机主要是J-T节流制冷机和斯特林制冷机。J-T节流制冷机利用高压气体的节流降温效应，来实现对被冷却单元的制冷。为了解决节流制冷机需要配置高压气源或高压压缩机且工作时间短的技术难题，人们已将斯特林制冷机应用到导弹上。（3）热成像技术 红外夜视仪可以使士兵在黑暗环境中发现潜在的“敌人”，并精确瞄准，大大提高了单兵的作战能力，目前红外夜视仪已经成为各国军队普遍采用的装备。红外成像技术不仅用于单兵作战装备上，在一些大型的探测器上也有应用。热成像技术可以分为制冷型和非制冷型，其中制冷型需要将探测器冷却到100K左右，能提供更清晰的图像，比非制冷型更加灵敏、测温精度更高，重复性也好。热成像技术所用的制冷技术包括杜瓦储存液态工质直接冷却、节流制冷、斯特林制冷机、脉管制冷机等。（4）潜艇中制冷技术 在潜艇中，空调制冷技术不仅可以给工作人员营造舒适的舱室环境，提高艇员的战斗力，减少或杜绝重大故障的发生，也能够用来保证现代武器装备对工作环境温度的要求，从而保证和提高武器装备的战斗力。空调装置在潜艇水下航行时用电约占全艇用电的37%，直接影响到了潜艇水下续航力。有学者开发出了常规潜艇用的蓄冷式空调技术，其原理是潜艇在水上（或通气管）充电航行时，利用柴油发电机组剩余功率启动蓄冷式空调进行蓄冷；潜艇在水下航行时，用所蓄得的冷量进行制冷。这种技术可显著减少空调耗电，将这部分电量用于航行可以增大潜艇水下续航力。而且，蓄冷式空调的应用可以减少因空调压缩机运行而产生的振动与噪声，因此可提高潜艇的隐蔽性，增强常规潜艇的战术性能。1.1.4 化工、材料
化工行业中的很多工艺过程用到制冷技术。一些特殊化工原料需要在恒温环境下储存；针对不同的工艺过程，需要进行不同程度的冷却，如许多在化工反应釜中发生的化学反应产生高温热量，为保证产品质量需要让反应釜在一定的温度下正常工作，这就需要制冷装置通过冷源将冷媒液化，在反应釜的夹层里面流动时汽化，进行快速有效散热从而带走热量；再如，生产染料工艺中需要制冰机制冰来吸收颜料缩合反应所释放出来的热量，并且制出的冰也在需求温度为-5～0℃的工业生产领域里应用最为广泛；另外，一些化工行业的产品成品也要在恒温条件下储存，如天然气的液化、脱水、贮藏和运输也需要制冷设备提供足够的冷量。总之，制冷在化学反应要求和散热两方面，解决了化工行业生产等过程中必需的冷源。具体的供冷和换热方式多种多样，有间接式、直接式、风冷式和水冷式，换热装置和换热方式都有不同。
部分新型制冷技术也在化工行业有着广泛的应用前景。如半导体制冷（热电制冷）技术可应用于润滑油在线倾点分析仪、带有半导体制冷除水机构的尾气排放测试分析仪、半导体制冷氢气干燥设备、半导体制冷CO超临界干燥装置等。由于其具有噪声小、质量尺寸小的2特点，在化工蒸发、精馏、吸收过程中的应用前景较好。由于高效率的半导体制冷片价格昂贵，会在一定程度上限制它在化工上的大规模应用，但是，随着科学技术的发展，半导体优质材料的研制成功，半导体制冷效率将不断提高，价格也不断下降，半导体制冷技术在化工上的应用将会对化工产生深远的意义。此外，高温热泵技术也可应用于石油化工精馏过程的节能中。精馏过程能耗占整个石油化工装置总能耗的60%左右，降低石油化工装置能耗的关键是要做好精馏过程的节能。对于精馏塔，如果能把塔顶气相的热量用于加热塔底物料，就能节省外供热和外供冷所需能量，而利用高温热泵技术回收的潜热用于过程本身，又省去了塔顶冷凝器、冷却水和塔釜加热蒸汽，可使精馏的能耗明显降低，恰当地解决这一问题。
制冷技术在材料领域也有广泛应用，如钢生产过程中，利用制冷技术对钢进行低温（-90～-70℃）处理，可以改变其金相组织，将奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度；钢铁工业中，高炉鼓风需用制冷方法先将其除湿，然后再送入高炉，以降低铁水的焦化比，保证铁水质量；在材料回收过程中，利用材料在低温状态下的冷脆性能，可以对物料进行粉碎回收。目前，低温粉碎技术是回收含钢废旧轮胎中橡胶的最有效方法。一些工艺材料生产流程中，制冷所营造的低温环境是生产过程中不可或缺的环节，如刻蚀工艺设备中，由于不同刻蚀方法要求反应腔内的温度不同，需要冷却系统输出温度范围为-20～80℃、精度优于±0.5℃的循环冷却介质；硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺时，反应腔内温度达到30～1 000℃，冷却系统的主要目的是带走内部大量热量，制冷功率达到100kW，甚至更高。高新技术领域的材料制备，也与制冷密不可分，如航天器在工作中，朝向太阳的表面温度可高达200℃，而背向太阳面的表面温度最低可达到-200℃左右，使航天器中的一些结构件内部具有较大的温度梯度。特别是当航天器工作姿态变化时，可能会加大结构件内部的温度梯度，进而严重影响材料和结构的尺寸稳定性。因此，通过对材料和结构的温度控制，降低其内部的温度梯度，是确保材料和结构尺寸稳定性的有效途径。可以说，制冷技术渗透到了材料领域的方方面面。1.1.5 核应用
核电是利用核燃料的核裂变反应所释放的核能来发电。核电是高效能源，消耗资源少，相对于火电站利用化石燃料燃烧释放化学能来发电，核能要比化学能大得多，所以，核电站所消耗的核燃料比同样功率的火电厂所消耗的化石燃料少得多。从我国当前核电形势来看，2020年的投运核电装机容量目标从4 000万kW增至5 800万kW，在建机组装机从1 800万kW增至3 000万kW以上。原定的4 000万kW的投运机组装机容量则提前5年调整为“十二五”核电发展规划中投运机组容量目标，在建机组容量，目标定为2 000万kW，为我国能源结构调整和能源安全提供重要支撑。
大型空调冷水机组是核电站重要的辅机设备之一，主要用于核电站内控制房的空调系统、动力房的通风系统和电缆散热的通风系统。在设计和配置冷水机组时，必须考虑核电站冷水机组的特殊要求，即除了对机组中各主要设备提出安全、质保和地震等级要求外，还必须考虑对周围环境的要求、安装和维护条件、控制和保护装置以及对冷水机组主要技术特性的要求。1.2 人民生活
随着我国经济的发展，人民生活水平得到显著提高，生活质量大幅改善，在这其中，制冷空调技术已经渗透到了百姓生活“衣、食、住、行”的各个方面，发挥着重要作用：在住宅中提供舒适、便利生活条件的空调、冰箱等家用电器；外出购物、娱乐以及乘坐汽车、高铁、飞机等交通工具时，由空调系统提供的舒适环境；进行冰雪运动时由制冰、造雪设备提供的冰雪条件；生鲜食品在储藏和运输中的冷冻、冷藏设备；以及在纺织、制造等工业产品的生产过程中的各项由空调制冷系统提供的生产保障手段等。1.2.1 家庭（1）空调 我国地域辽阔，气候多样，受室外气温的影响，室内的热环境往往难以满足人体热舒适要求。房间空调器通过制冷循环对室内空气进行冷热处理，能够有效改善室内热环境条件。自1963年在上海研发出我国第一台窗式空调器至今，我国房间空调器已有五十多年的发展历史。随着经济生活水平的提高以及室内热舒适理念的普及，我国居民对空调器的需求日益增长，空调器现已成为我国普通家庭的必需品之一，单个住户拥有多台空调器或者采用小型中央空调的情况较为普遍。另一方面，制冷空调技术的发展也极大地促进了家用空调产业的发展和应用的推广，为改善我国不同地区的居住室内热环境提供有效的保证。相关统计数据显示，2013年我国房间空调器年产量超过1.3亿台（如图1-1所示）；2012年我国城镇和农村居民家庭平均每百户空调器拥有量分别为126台和25台，相比于2000年分别增长了3.1倍和18.2倍（如图1-2所示）。图1-1 我国房间空调器年产量及额定能效发展图1-2 我国城镇、农村居民家庭平均每百户空调器拥有量
近年来，随着我国住房逐渐向大居室发展，家用小型中央空调的推广速度很快，其主要形式为多联机。2008—2009年，我国家用小型中央空调的普及率达到了5%～8%，在一些沿海及发达城市普及率达到10%左右。有关部门数据表明：北京、上海、广州、深圳的别墅中央空调占家庭使用空调的比率分别为46.3%、45.1%、42.5%和48.8%。从区域上来看，我国家用中央空调市场主要集中在华东、华北、华南，重点集中在大城市。随着多联机技术的发展、设计和安装规范的逐步健全，多联机在家庭中的应用将会得到更大范围的推广。（2）冰箱 冰箱通过制冷循环控制箱体内环境保持在低温状态下，为家庭生活提供肉、蛋、蔬菜、水果等食物冷藏和冷冻的贮存条件，可以有效防止食物变质，为居住者提供生活便利、减少浪费和保证健康。我国冰箱行业开始于20世纪50年代，在80年代得到普及。受我国城市化发展的推动，生活节奏加快，一方面，速冻食品的需求量在快速增长；另一方面，人们为减少出行采购的成本逐渐习惯一次性购买大量的食品储藏在家中，这些都有力地推动了家用冰箱产业规模的扩大。根据国家统计局统计，2012年我国城镇和农村居民家庭平均每百户冰箱拥有量已分别达到98台和67台（如图1-3所示），2013年我国冰箱市场达到8 796万台。
冰箱在国内市场现已进入成熟期，未来我国的冰箱产业将大力发展变频自动控制技术、高效压缩机和换热器、环保型制冷剂、多门多温多功能方向等，满足家庭生活对于食品制冷的需求的同时，也减少能源消耗及对环境的不利影响。图1-3 我国城镇、农村居民家庭平均每百户冰箱拥有量1.2.2 商业
随着我国城市规模的迅速发展，越来越多的城市出现了大型商业建筑，也为空调制冷系统带来了较大的需求。（1）商场舒适性空调 随着我国人民生活水平的不断提高，购买力增强，商业建筑建设规模越来越大，并且向多元化方向发展，如百货商场、超级市场、商城、购物中心、地下商业街等，新建的大中型商业建筑纷纷安装了空调系统，以提高商场的档次，吸引更多的顾客。
商业建筑的空调方式大致分为集中方式和局部方式。集中方式目前在大型商业建筑中应用较广泛，为集中式空调系统提供冷源的多为大型冷水制冷机组；局部方式在小型商业建筑和改造建筑中使用最广，主要采用自带压缩制冷冷源的分体空调和柜式空调机。（2）冷冻、冷藏保鲜 目前市场上的保鲜冷柜可以分为风冷敞开式保鲜冷柜和直冷玻璃门式保鲜冷柜，其作用是通过降低温度，让保鲜冷柜内部的细菌减慢活动速度，起到延长食品保质期作用的。目前市场上出现最多的是熟食保鲜冷柜、鲜肉保鲜冷柜、酸奶保鲜冷柜以及净菜保鲜冷柜。
冷库主要作用是对食品、乳制品、肉类、水产、禽类、果蔬、冷饮、花卉、绿植、茶叶和药品等的恒温贮藏。冷库实际上是一种低温联合起来的冷气设备，冷库（冷藏库）也属于制冷设备的一种。与冰箱相比较，其制冷面积要大很多。一般冷库多由制冷机制冷，利用汽化温度很低的液体（氨或氟利昂）作为冷却剂，使其在低压和机械控制的条件下蒸发，吸收贮藏库内的热量，从而达到冷却降温的目的。1.2.3 体育、娱乐（1）体育场馆中的通风空调 随着体育事业的蓬勃发展，我国体育场馆建设进入了一个飞速发展的时期。体育场馆的高速建设，为我国建筑行业，特别是空调行业提出了更高的要求。一座现代化的体育馆，不但要建筑形状美观大方，各种体育设施齐备完善，而且还要营造良好的室内人工环境。通过保证比赛项目所要求的温度、湿度、风速，为运动员创造佳绩提供条件。同时要为观众提供一个舒适卫生的观赏环境。这就要求对观众席提供适合的空气参数（包括温度、湿度、风速、新风量、洁净和噪声标准等）。这些参数均需要通过空调制冷系统加以实现，而体育场馆空调系统的合理设置，不仅决定了观众区和比赛区的热湿条件能否满足要求，而且直接关系到体育建筑的使用能耗，因而对于体育场馆的功能至关重要。（2）滑冰场中的制冷空调 非天然的室内滑冰场的场地冰面通常需要由制冷系统完成。此外，滑冰场内的空调设备除了要满足常规的舒适性冷热需求外，还要保证滑冰场上部结构不结露。而天棚的表面是最容易结露的，来自于冰面的冷辐射导致其温度降低，如果低于空气的露点温度就会产生结露，不但腐蚀表面材料，严重时还会形成水滴掉落到冰面上，影响冰面的质量。因此，空调设备应严格控制滑冰场内的湿度，即降低空气露点温度，使其低于天棚表面温度。近年来，在我国的北京、天津、成都、深圳、长沙和大连等城市，坐落于购物中心的室内固定真冰滑冰场的数量每年都在增加。这种娱乐性滑冰场如同电影院一样逐渐成为高品质购物中心的标准配置，舒适而充满生气的室内滑冰场成为吸引购物者的核心之一。考虑到冰面易受损伤，娱乐性滑冰场的冰层厚度大于专业的运动滑冰场，一般为40cm。冰温也是根据冰上运动的类型而定，娱乐性滑冰场要求为-3～-2℃，比其他类型的冰温略高。可以看出，不同类型和使用功能的滑冰场，其制冷及空调系统的设置具有一定的差别。（3）滑雪场与人工造雪 滑雪逐渐成了人们喜闻乐见的娱乐活动，但天然滑雪场数量有限，无法满足滑雪需求，因此，现有滑雪场普遍使用人工造雪技术，使滑雪场不再受到时间和空间的限制。人工造雪是利用雪花降落的原理将水和空气混合在适宜的条件下制造出雪花用于各种未能下雪又需要雪的地方。人们通过造雪机来实现人工造雪，现有人工造雪技术基本有两种原理：第一种是采用传统的高压水与空气混合造雪；另一种则是利用制冰装置生产出片冰，然后以片冰为原料造雪。以冰片为原料造雪的工作流程是，先通过制冰装置将水制成片冰，再通过碎冰装置把已经造好的片冰粉碎成粉末，最后，通过把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。现在造雪机已经得到很广泛的应用，大多数滑雪场已经采用了此项技术。1.2.4 交通
随着我国经济的高速发展及人民生活节奏的加快、生活水平的提高，人们对交通工具内环境的要求也在不断提高，相应地，各种主要交通工具及其配套设施应用制冷空调系统越来越普遍，与此同时，交通领域中的制冷空调系统也面临着全新的挑战。（1）汽车 随着国民经济的持续发展和人们对生活质量要求的日益提高，汽车工业已发展成为我国的支柱产业之一。汽车产量和销量逐年快速增加，截至2013年，汽车产销量双双超过2 100万辆，再次刷新全球纪录，连续五年蝉联全球第一。2004—2013年我国汽车销量如图1-4所示。专家预测，未来十年就是中国由汽车大国迈向汽车强国的十年，而作为提高乘客舒适性最为重要的措施，汽车空调的发展正是其中不可或缺的组成部分。图1-4 2004—2013年我国汽车销量
我国汽车空调产业起步较晚，20世纪80年代中后期才引进了第一条生产线，90年代后逐步形成规模，到目前为止，我国已基本形成了门类齐全，且大、中、小配套的汽车空调生产体系，不仅能完全满足我国汽车工业生产发展的需要，而且还有部分企业已具备了进入国际市场的能力。然而，尽管我国汽车空调市场潜力巨大，汽车空调产业发展速度很快，但是也面临严峻的挑战。在成本方面，全球原料价格上涨给行业带来巨大的成本压力；在产品方面，货车及一些专用车的空调生产较少，还不能满足市场需求；在技术方面，低碳、节能、环保的发展大趋势也给行业提出了新的挑战。目前我国车用空调系统生产基本上仍是处于引进技术与开发、研究并举的阶段。据专家估计，我国汽车空调产业与国外同行业相比，落后15年左右，我国汽车空调系统自主研究开发还需要更加努力。（2）高铁 20世纪60年代以来，高速铁路在世界发达国家崛起，铁路发展进入了一个崭新阶段。我国的空调列车也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。1994年12月，广州至深圳开通了速度为160km/h的广深铁路，是全国首条准高速铁路，标志着我国铁路高速化的起点。2007年4月18日，铁道部实施全国铁路第六次大面积提速，同时大量开行时速200km/h及以上的“和谐号”动车组列车，我国铁路由此全面跨入高速时代。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。2010年12月3日，“和谐号”高速列车在京沪高速铁路先导段运行试验中，最高时速达486.1 km/h，创世界运营铁路试验最高时速纪录。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。
制冷空调系统作为高铁客车的重要辅助设备之一，其性能好坏将直接关系到客车内部的空气质量、环境舒适度及旅客的身心健康。随着我国高速铁路的快速发展和人民生活水平的提高，人们对高速列车的舒适性要求越来越高。高速列车的车厢具有良好的密封性，车厢内的气流组织和热舒适性直接关系到乘客的乘坐感受，而车厢内环境受到送风量、载客量、人体散热散湿量、外界环境温度以及太阳辐射等因素的影响。针对高速列车复杂的运行环境，对当前列车空调通风系统无疑提出了更高的要求。另一方面，由于高铁列车速度明显高于传统列车，气流经过列车表面的流速增大，使整个客车的车内外空气动力性能发生了很大的改变，对空气调节系统产生了一系列的影响，故高铁的制冷空调系统也将与传统铁路有所不同。因此，高速列车制冷空调技术的发展对我国高铁的发展至关重要。（3）飞机 1903年，莱特兄弟设计制造了人类文明史上第一架小型民用飞机。随着科技进步，飞行速度越来越快，高度越来越高，高空缺氧与低压、低温等问题自然而然地显现出来。现在民航飞机飞行高度一般在9 000～11 000m，位于对流层顶部和平流层底部，此区间空气密度小，气温低，氧气不足，气温低至恒温的-56℃，气压也仅仅为20kPa，根本无法满足人类生存需要。为保障机组人员和旅客的安全与舒适，飞机空调系统尤为重要。飞机空调系统的功用主要有：①产生压力，提供适宜的温度，提供氧气，保证机组成员和乘客的正常工作条件和生活条件；②对电子设备冷却；③控制货仓温度压力。
飞机上使用的制冷系统有空气循环和蒸气压缩循环两种基本类型：空气循环制冷系统是以空气为制冷工质，以逆布雷顿循环为基础的；蒸气压缩循环制冷系统是以在常温下能发生相变的液态制冷剂为工质，是建立在卡诺循环的基础上的。目前，飞机空调系统通常采用空气循环制冷系统，其充分利用飞机上的现有条件，引用来自飞机发动机的部分增压空气作为制冷工质，将飞机迎面的冲压空气作为压缩空气的冷却介质，被冷却的增压空气经过透平涡轮，膨胀降温后送到飞机环境空调控制系统中。空气循环制冷系统经过60多年的发展，已从简单循环发展到多种升压制冷循环，循环效率逐步提高，使飞机空调系统运行更加稳定可靠。（4）航站楼/火车站 随着人类社会的进步和建筑科学技术的发展，越来越多的高大空间建筑服务于人们的日常生活中。其中，机场航站楼和火车站就属于典型的高大空间建筑。航站楼是民用机场建筑群中的标志性建筑物，代表着所在城市的形象，是地区的空中门户，具有特殊的地位。近年来，民航作为交通基础行业在我国发展迅速，至2020年，预计全行业运输量年均增长12.2%，全国人均乘机次数达到0.5次，通用航空业务实现年均增长19%。航空需求的高速增长使各地的地方政府大力发展机场建设，如今，省会城市扩建航站楼面积均22在50万m以上，其他干线机场扩建及新建的面积也超过50万m。由于机场航站楼聚集大量旅客，进行各种活动，运行各种设备，使其成为机场能耗的主要场所。
众所周知，我国火车站人员流动性非常强，尤其是在春运期间更是人满为患，候车厅人口密度大，室内空气品质以及热舒适性无法保障，甚至为疾病的传播埋下了隐患。从目前我国的交通发展来看，火车依然是人们长途外出的首选交通工具，因此，火车站候车厅空调系统的发展至关重要。3
机场航站楼和火车站一般具有空间体积大（体积＞10 000m）、层高较高（层高＞5m）、围护结构传热量大，人员、灯光密集的特点。建筑特点决定了机场航站楼和火车站的空调系统具有空调负荷大、热舒适环境难以保障等诸多特性。因此，在机场航站楼和火车站中的空调系统起着至关重要的作用，尤其是在提倡节能减排的今天。1.2.5 会展、博览
中国是世界文明古国之一，有着悠久的历史和大量的珍贵文物。为了更好地保存文物，开发、利用其中蕴藏的信息资源，必须保护好以物质形态形式存在的各种文化遗存，使其能长久地为人类文明发展服务。文物保护包含控制文物保存环境、人为制止文物损害和人为修复损害文物三层含义，其中首要的就是控制环境，使由于环境因素作用使文物材料老化变质的速度降低。防止或减缓各种有害因素的损害，研究并创造各类文物保存的最佳条件，通过对环境的监测与控制，延长文物寿命，是文物保护的先决条件和必由之路。按照文物控制环境的范围，主要有博物馆和文物陈列柜。
截至2014年年底，全国博物馆总数达到了4 510家，比2013年度增加了345家，继续保持高速增长态势。在博物馆的环境中，温度和
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