如果未来电力廉价到一定程度,压缩机制冷的空调会不会被低成本和超长寿命的半导体制冷替代?
哪怕未来电力倒贴钱,压缩机空调也不可能被半导体取代,电力越廉价,压缩机制冷统治地位就越无法被撼动。
从热力学,材料学,以及从售后运维这三个维度来讲:
第一性原理:卡诺定律
我们要明确一个问题,压缩机制冷和半导体制冷都是热泵,他们都是要把室内热量搬运到室外,但是评委是谁?是制热性能系数{专业术语是COP}。
- 压缩机的理论极限【逆卡诺循环】:COP=T-冷/(T-热-T-冷)。假设在夏天,室内需要降温到T冷=26∘C=299K,室外是T热=35∘C=308K。这里的温差是9K,热力学第二定律给出的理论极限:COP=299÷9=33.2,这是所有制冷设备,技术,材料,控制策略都突破不了的物理上限。
2.半导体理论极限【ZT值】:半导体制冷依赖帕尔贴效应,它最大的COP受限于热电材料ZT值,哪怕在实验室试验最乐观的状况,他的COP也永远达不到逆卡诺循环标准,可能会出现一个不可逆热力学的次级极限。
那么核心矛盾出现了:未来电费到极其廉价的地步,那就说明能源不再是主要矛盾,那么作为用户和厂商肯定会转移到初装成本摊销和空间利用率,压缩机的COP是半导体的3-5倍【现实空调COP是3-5而半导体制冷的COP是0.6-1.5】哪怕电费为零,半导体和压缩机和同样的房间制冷,半导体所消耗的能量是压缩机的3-5倍,那么换角度来解释是不是他的配电,线路和电容是不是要承担巨大成本,但这个成本会因为电力廉价而降低吗?显然不会!!
我给你细算一下这个账:
- 你要用半导体制冷,首先你的为3-5倍的功率去电力局申请扩容吧,要缴扩容费,这笔钱和电费没有关系,这和容量有关系,关于容量我们按照压缩机COP=4.0算,那就是:输入点功率=制冷量➗️COP=5➗️4.0=1.2KW,那么半导体的容量COP=1.0,取一个中间值,那就是是:输入点功率=制冷量➗️COP=5➗️1.0=5KW,这是一户不需要增容,那么一栋楼呢。一栋楼我给你算20户,那就是100KW,这还是保守的说。
- 材料成本费,你要3-5倍的功率,你得需要3-5倍的铜缆电源线,更大的断路器,变压器,谐波器,铜价和硅钢不会因为电费廉价降低成本。
3.隐形损耗,半导体制冷需要更大的电流去运行,肯定会产生更大的热量,那么大的热量和制冷量对冲,那么这个房间还有制冷效果吗?显然是没有。
所以电费廉价就意味着半导体制冷的劣势越明显,能源成本可以很低,但是设备成本占比很高,压缩机1.25KW可以干的活,半导体制冷要使用15KW去做,功率越大,你的设备成本越高,这么细算下来,压缩机制冷的地位反而更加难以撼动,这只是经济账,最难的还是物理定律。
售后运维:
压缩机制冷,他会随着年限慢慢降低,保养得当可以使用10以上,也许会出现衰减,但是我们可以随时更换压缩机,但是半导体但凡模块坏掉,那只能更换新的,这样一算更加不合适。