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制冷设备选型及运行控制中的节能技术

发布时间：

2014-11-22 00:00

来源：

摘自中国制冷网

　　制冷技术的发展水平是衡量一个国家国民经济和人民生活水平的重要标志。近年来随着我国经济的快速发展和人均生活水平的不断提高，制冷行业获得了极其迅猛的发展，但长期以来我国经济增长仍是以资源高消耗和牺牲环境为代价的粗放型经济增长模式。统计资料表明，我国现阶段总能源利用率仅达欧美日等发达国家上世纪八十年代水平。制冷行业是国民经济中大耗能行业之一，制冷装置的能耗在我国总耗能中的比重还在逐年上升。因此，制冷装置的节能就成为了我国节能工作中的重要一环，也成为我们制冷行业内重要的研究课题之一。

　　通过研究和生产实践运用，我们认为：对制冷装置进行科学合理的设计与匹配组成，并通过对系统主要运行参数进行精心、正确合理地的操作控制，就能使制冷装置在最经济合理的工况条件下安全可靠地运行，同时达到产冷量最大，耗功最省，运行效率最高的目的。

　　下面即简略地谈几点在制冷设备的设计选型及运行控制中的节能技术方法，抛砖引玉，使广大的制冷用户，更经济、合理、安全、节能地设计和使用制冷设备。

　　一、制冷设备主要组成配件的节能选型

　　1.1 制冷压缩机的选择

　　1.1.1温度范围

　　制冷设备设计中选择压缩机，首先应考虑制冷设备对制取温度的要求，同时对用户的用冷情况也应进行深入的调查了解，选择适应温度要求的中高温压缩机或低温压缩机。在第二代活塞式制冷压缩机中，充分考虑了不同工况领域电机功率与气体流量的不同，相同排量的中高温压缩机与低温压缩机是分别采用不同电机与阀板组合优化设计制造的。低温压缩机是决不允许应用于蒸发温度大于-5℃以上的场合，以避免压缩机电机过载；反之，在低温领域若采用相同排量的高温压缩机，往往会因为电机效率下降、功率因素

　　降低、阀板余隙影响等造成制冷设备制冷量明显减少、功耗增大，也是很不经济的。

　　1.1.2制冷量

　　制冷量的大小将直接关系到工程设计的一次性投资、占地面积、能量消耗和运行经济效果。通常制冷量的大小是根据用户的热负荷而定的。生产实际中情况千差万别，通常应综合优化考虑一次性投资与运行经济效果。应当注意到，不同用户的用冷规律不同，各地的能源价格不同，以及其它一些因素，都将影响设备的一次性投资与运行经济效果所占的设计比重。因此，设计人员一定要充分调查当地的实际情况，进行系统经济性技术分析，做出全面经济合理的选择，切不可只简单地套用有关的公式数据来选择确定。设计选择上考虑不周，不仅会给制冷设备的操作维护造成困难、导致效率降低、能耗增大，而且可能造成事故产生严重损失。

　　1.1.3能量调节

　　通常压缩机总是根据系统最大制冷量需求来选定的。在生产实际中，热负荷是随着外界条件而经常变化的，这就提出了对压缩机应进行相应有效地调节，使其制冷量与外界热负荷始终保持平衡，减少系统蒸发温度与压力的波动，从而相应减少被冷却对象的温度波动。

　　对于单台压缩机，最简单的能量调节方式就是间歇运行，即当达到规定的温度时，压缩机停止运转；当温度升到规定上限时，压缩机又将重新起动运转。显然这种方法只用于小型压缩机，因为对于功率大于10kW的压缩机，压缩机电机的频繁启动会引起供电回路的电压波动，影响其它设备的正常工作，同时压缩机即使不很频繁的多次重复启动也总会对压缩机产生致命的损伤隐患。

　　对于4缸以上的多缸系列压缩机，多采用每档关闭2缸的能量调节方式，基本上可以满足实际生产中的调节要求，但从节能的角度看，这种调节方式显然是不理想的，因为卸载缸虽不产生制冷压缩工作了，但其活塞连杆仍在运动，仍存在机械运动磨耗，压缩机的耗功几乎保持不变，而非理想的随制冷量同幅降低，这就使压缩机在能量调节的部分负荷下运行并不能保持满负荷下高效的COP值，尤其在50%负荷以下运行，压缩机将更不经济节能。

　　若采用热气旁通调节方式，即随着系统热负荷下降，吸气压力降低，当其低于旁通阀设定压力差时，旁通阀打开使部分高压制冷剂气体直接旁通到吸气管路，这样既能防止吸气压力进一步降低，又能使压缩机的净制冷量下降。由于旁通能量调节中旁通的制冷剂，压缩机对其做了功而其没有产生有效冷量，何况旁通时吸气温度升高会造成压缩机排气温度过高，可能还要通过损失制冷剂对吸气管路进行喷液来消除，又进一步造成了压缩机制冷量的损失，因此，从节能角度不提倡采用这种调节方法，这是很不经济的。

　　另还有采用变频调速装置进行能量调节，从压缩机使用的三相异步电机角度能很好解决制冷量与电机功率始终高效匹配的问题，但在一定高、低转速范围，活塞式压缩机存在气阀的开启运动规律、润滑油量等问题，且变频调速装置产生的一次性投资成本的增加也不易被接受。

　　通过生产运用实践，我们逐步认识到多机并联型系统，即在同一系统中采用多台压缩机并联替代单台大功率压缩机，是实现制冷设备制冷量调节较为合理可靠的方法，能保证制冷设备在部分负荷下运行的高效率，实现节能运行，这对较大冷量的系统尤为有利。表1显示了同样系统分别采用1台压缩机与4台压缩机系统耗能的实验研究对比结果。

　　表1 单台与4台压缩机系统运行耗能的比较

　　100% 负荷75% 负荷50% 负荷25% 负荷

　　单台系统耗能100%86%77%67%

　　4台系统耗能100%75%50%25%

　　4台系统节能0%11%27%42%

　　可见，当部分负荷越小，采用压缩机的台数越多时，则运行节能效果也将越显著。同时系统中多机的逐台启动，避免了对电网过大的波动冲击，综合提高了制冷装置运行的经济性、安全性，而当多台中的某台压缩机发生故障时，还可以进行单台维修而系统仍然可以维持运行。

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