爱华网一、目前国内救生舱、避难硐室的制冷方式总体概述
目前，国内从事救生舱、避难硐室业务的公司众多，市场竞争激烈，但就其技术而言，基本都是由救生舱的实现技术演变而来的，主要原因是避难硐室处于井下，体积比较大，比较难于做实验，也就是说，硐室实现技术首先应用于救生舱的设计中，通过实验验证后，再应用于避难硐室中。
1、避难硐室实现的技术路线
目前国内救生舱和避难硐室的具体技术路线基本可以分为以下四种：有源避难硐室、二氧化碳制冷方式的无源避难硐室、压缩空气作动力的无源避难硐室、采用相变制冷方式的避难硐室。
三种技术的工作原理如下：
2、 有源救生舱（避难硐室）
所谓的有源和无源的区别主要在于舱内空气净化系统是采用有源风机还是无源风机（气动风机）。两种技术路线各有利弊，从实际的使用效果来看，有源风机一般来说是40-65W左右，通风量可达400m³/小时，而无源气动风机的通风量一般达到200m³/小时。这样净化器和药剂的使用效果会有不同。但是有源舱要配备后备电池（现在要求是磷酸铁锂电池），目前磷酸铁锂电池系统的标准正在公示，国内还没有大容量的磷酸铁锂电池系统取得安标证，造成实际使用中的困难。
3、 二氧化碳制冷方式的无源救生舱（避难硐室）
这种方式就是采用液态二氧化碳汽化过程中吸热来实现舱内降温，同时用汽化的二氧化碳来驱动气动风机，实现舱内的空气净化（汽化的二氧化碳需要排除到舱外或硐室外面）。由于需要的二氧化碳气瓶数量众多，比如：辽宁卓异12人舱需要配备64个60升二氧化碳气瓶。而且在救生舱和硐室中要有独立的室来存放，并对其内部的CO2浓度进行检测，而且生产工艺复杂，安装要求高，使用中容易出现问题。
这种技术最大优点是门槛低，容易实现产业化，自从上世纪70年代国外的避难硐室开始使用的，因为本身存在安全问题，80年代后国际上逐步淘汰了液态二氧化碳制冷。我国是2009年从国外引进液态二氧化碳制冷技术，然后进行了改进和消化吸收。但存在很多弊端，比如：国内灌装的液态二氧化碳纯度不够，里面有水分，这样容易造成排空口堵塞，造成整个系统无法工作。有的厂家宣传说内部添加了航空制冷剂，提高了二氧化碳的临界温度，但卖到用户处三年后，需要强检时如何灌装，即使你们可以提供这种制冷剂，灌装厂家敢给你添加后灌装吗？这些都是它的致命缺陷。目前已经有许多专家和用户抵触这种方式。
4、 压缩空气作动力的无源救生舱（避难硐室）
这种无源舱（避难硐室）是结合了以上两种技术的情况下产生的，2000年后，美国德国的厂家才在救生舱和避难硐室中投入应用。即用压缩空气作为驱动气动风机的动力，实现舱内的空气净化，驱动完风机的压缩空气直接排到舱内或硐室内部，即可以实现舱内的供氧和净化舱内的空气环境。利用蓄冰制冷技术实现舱内的降温和除湿。这种技术的关键是气动马达的选择，要考虑它的耗气量和配备叶片后的通风量。
从这种技术的原理来看，它的所有东西都是安全可靠的，压缩空气需要的也不多，比如我公司16人舱配备30个45升/20MPa气瓶就够了，完全可以放置到过渡舱内，舱体结构简单，总长度也小（但比有源舱还是要长）。这种技术路线是符合救生舱和避难硐室发展方向的。目前我们正把这种技术应用到硐室的建设中去，成本较之有源硐室会略有下降。
5、 采用相变制冷(也称化学制冷)技术的避难硐室
相变储能材料是近些年开发的一种新材料，是利用某些物质在特定温度下，通过相变化学反应来吸收或释放能量。在硐室的应用中，就是利用它的特定的相变温度（比如28℃）的材料，做成一定形状的降温设备（比如100厚的薄板等），放置到硐室的墙面或其他地方，这种方式对于一些低温矿井（比如正常温度低于22℃）确实有一定的好处，平常状态下不需外部能量来保证他的状态，对于一些温度稍高的矿井，就需要外部的一些制冷方式（比如水冷）来保证相变材料维持在相变温度以下。但到目前，这种材料存在几个大的缺陷：
1）储存状态不稳定，长期存放（几个月以上）相变材料会出现分层、结块等现象，完全失去相变的作用，在今年6月份国家安标中心组织的矿用可移动式救生舱专题讨论会上，杨大明主任明确指出了相变材料的这一缺陷，并明确说，煤矿紧急避险系统的建设要采用稳定可靠并且技术成熟的降温方式，矿用救生舱中决不允许使用相变方式制冷。
2）释冷速度不可控，在避险系统中，蓄冷量是一个指标，释冷量也是一个重要的指标，紧急避险系统是一个特殊的装置，使用时间是96小时，你如果存储的冷量再多，但释放的速度过慢，不能够抵消内部人员产生的热量，也是不能够控制内部的温度。
3）配置量大，现场安装复杂。在这里，我以黄明太阳能（上海）有限公司所提供的相变材料的数据为例，简单计算一下一个100人硐室所需的相变材料和所需安装面积：
相变材料数据：潜热360KJ/L，密度1480kg/m³,临界温度28℃，尺寸1140*220*50，外部镀锌板或不锈钢包装，重量17.7公斤。
100人硐室，每人散热功率以117w计算（同救生舱计算法），96小时，冗余1.2，那么产生的总热量为：
（117×100×96×1.2×3600）=4.85×106KJ
所需相变材料：（4.85×106KJ）÷360KJ/L=13500L
所需材料个数：13500L÷（1140×220×50）=1100块
安装面积约为：270㎡
100人硐室中，一般生存室长度25米左右，两侧直立墙壁面积一般高度1.5米（再往上一般是拱形顶，不好安装），安装面积：75平方米，剩余的材料需要安装在其它地方，比如座椅中间，甚至要占用大量的活动空间。如果需要水冷保证其日常环境温度低于25摄氏度，那么工程更加复杂。
四种技术路线的比较
四种技术都可以完成救生舱的技术要求，但又很大的区别，其优缺点如下表所示，通过比较非常清楚的看到采用压缩空气做动力的技术方案实际是结合了前面两种方案的优点，在未来的市场竞争中占有非常大的技术优势。
技术路线 | 有源模式 （电池蓄冰制冷） | 无源模式 （CO2制冷） | 无源模式 （蓄冰制冷、压缩空气） | 无源模式 （相变制冷、压缩空气） |
安标证书 | 大容量电池都没有安标认证，验收会有问题 | 配备所有设备均有煤安认证或特殊设备生产证书 | 配备所有设备均有煤安认证或特殊设备生产证书 | 配备所有设备均有煤安认证或特殊设备生产证书  |
适用环境 | 任何井下环境 | 30.5℃为CO2临界温度，当环境温度超过25℃时，汽化严重，制冷效果下降，瓶内压力增加，存放风险加大。造成使用环境受限 | 任何井下环境 | 适用于硐室正常温度低于22-24℃的煤矿中，高于这个温度，需增加辅助降温设备，保证相变材料低于临界温度（一般是27-28℃） |
安全性 | 比较安全，但磷酸铁锂电池组仍有一定的危险性 | 对安装管路要求非常高，一旦泄漏，后果严重。而且使用过程中经常出现汽化口堵塞现象。待用、使用过程中安全系数低。 | 非常安全 | 需选择稳定性搞得相变材料，一般相变材料稳定性很差，几个月后结层，结块，失去作用，甚至析出有毒气体。 |
日常维护 | 简单，电池自带有管理系统，实现自动充放电。 | 复杂，要定期检漏，CO2钢瓶每三年强制检测一次，重新充装并装配。 | 比较简单，空气钢瓶每三年强制检测一次 | 相对简单，但要确定相变材料是否失效有一定难度。 |
使用过程中的电源消耗 | 需要配接电源，完成电池充电和蓄冰箱的制冷，正常情况下耗电 | 没有外接电源，正常不耗电。可以做到无源的空气循环和制冷系统。 | 需要配接电源，以完成蓄冰箱的制冷，正常情况下耗电。 | 环境温度高于24℃的矿井，正常情况下耗电。 |
采购安装成本 | 较高 | 最高 | 较高 | 较高 |
