制冷技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個國家國民經(jīng)濟和人民生活水平的重要標(biāo)志。近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人均生活水平的不斷提高，制冷行業(yè)獲得了極其迅猛的發(fā)展，但長期以來我國經(jīng)濟增長仍是以資源高消耗和犧牲環(huán)境為代價的粗放型經(jīng)濟增長模式。統(tǒng)計資料表明，我國現(xiàn)階段總能源利用率僅達(dá)歐美日等發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)八十年代水平。制冷行業(yè)是國民經(jīng)濟中大耗能行業(yè)之一，制冷設(shè)備的能耗在我國總耗能中的比重還在逐年上升。因此，制冷設(shè)備的節(jié)能就成為了我
國節(jié)能工作中的重要一環(huán)，也成為我們制冷行業(yè)內(nèi)重要的研究課題之一。
通過研究和生產(chǎn)實踐運用，我們認(rèn)為：對工業(yè)冷水機進行科學(xué)合理的設(shè)計與匹配組成，并通過對系統(tǒng)主要運行參數(shù)進行精心、正確合理地的操作控制，就能使其在最經(jīng)濟合理的工況條件下安全可靠地運行，同時達(dá)到產(chǎn)冷量最大，耗功最省，運行效率最高的目的。
1.工業(yè)冷水機主要組成配件的節(jié)能選型
1.1制冷壓縮機的選擇
1.1.1溫度范圍
工業(yè)冷水機設(shè)計中選擇壓縮機，首先應(yīng)考慮制冷設(shè)備對制取溫度的要求，同時對用戶的用冷情況也應(yīng)進行深入的調(diào)查了解，選擇適應(yīng)溫度要求的中高溫壓縮機或低溫壓縮機。在活塞式制冷壓縮機中，充分考慮了不同工況領(lǐng)域電機功率與氣體流量的不同，相同排量的中高溫壓縮機與低溫壓縮機是分別采用不同電機與閥板組合優(yōu)化設(shè)計制造的。低溫壓縮機是決不允許應(yīng)用于蒸發(fā)溫度大于-5℃以上的場合，以避免壓縮機電機過載；反之，在低溫領(lǐng)域若采用相同排量的高溫壓縮機，往往會因為電機效率下降、功率因素
降低、閥板余隙影響等造成制冷設(shè)備制冷量明顯減少、功耗增大，也是很不經(jīng)濟的。
1.1.2制冷量
制冷量的大小將直接關(guān)系到設(shè)備設(shè)計的一次性投資、占地面積、能量消耗和運行經(jīng)濟效果。通常制冷量的大小是根據(jù)用戶的熱負(fù)荷而定的。生產(chǎn)實際中情況千差萬別，通常應(yīng)綜合優(yōu)化考慮一次性投資與運行經(jīng)濟效果。應(yīng)當(dāng)注意到，不同用戶的用冷規(guī)律不同，各地的能源價格不同，以及其它一些因素，都將影響設(shè)備的一次性投資與運行經(jīng)濟效果所占的設(shè)計比重。因此，設(shè)計人員一定要充分調(diào)查當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，進行系統(tǒng)經(jīng)濟性技術(shù)分析，做出全面經(jīng)濟合理的選擇，切不可只簡單地套用有關(guān)的公式數(shù)據(jù)來選擇確定。設(shè)計選擇上考慮不周，不僅會給設(shè)備的操作維護造成困難、導(dǎo)致效率降低、能耗增大，而且可能造成事故產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失。
1.1.3能量調(diào)節(jié)
通常壓縮機總是根據(jù)系統(tǒng)最大制冷量需求來選定的。在生產(chǎn)實際中，熱負(fù)荷是隨著外界條件而經(jīng)常變化的，這就提出了對壓縮機應(yīng)進行相應(yīng)有效地調(diào)節(jié)，使其制冷量與外界熱負(fù)荷始終保持平衡，減少系統(tǒng)蒸發(fā)溫度與壓力的波動，從而相應(yīng)減少被冷卻對象的溫度波動。
對于單臺壓縮機，最簡單的能量調(diào)節(jié)方式就是間歇運行，即當(dāng)達(dá)到規(guī)定的溫度時，壓縮機停止運轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度升到規(guī)定上限時，壓縮機又將重新起動運轉(zhuǎn)。顯然這種方法只用于小型壓縮機，因為對于功率大于10kW的壓縮機，壓縮機電機的頻繁啟動會引起供電回路的電壓波動，影響其它設(shè)備的正常工作，同時壓縮機即使不很頻繁的多次重復(fù)啟動也總會對壓縮機產(chǎn)生致命的損傷隱患。
通過生產(chǎn)運用實踐，我們逐步認(rèn)識到雙機系統(tǒng)并聯(lián)型，即在同一設(shè)備中采用兩臺壓縮機和兩套獨立制冷系統(tǒng)并聯(lián)替代單臺大功率壓縮機和單一制冷系統(tǒng)，是實現(xiàn)制冷設(shè)備制冷量調(diào)節(jié)較為合理可靠的方法，能保證制冷設(shè)備在部分負(fù)荷下運行的高效率，實現(xiàn)節(jié)能運行，這對較大冷量的系統(tǒng)尤為有利。同時系統(tǒng)中雙機的逐臺啟動，避免了對電網(wǎng)過大的波動沖擊，綜合提高了制冷裝置運行的經(jīng)濟性、安全性，而當(dāng)某臺壓縮機發(fā)生故障時，還可以進行單臺維修而系統(tǒng)仍然可以維持運行。
在工業(yè)冷水機設(shè)計中，確定壓縮機配置的臺數(shù)應(yīng)盡量少，以簡化系統(tǒng)和便于操作管理。但是生產(chǎn)實際中工業(yè)冷水機在部分負(fù)荷下運行的時間，占有相當(dāng)大的比例，因此，采用雙機并聯(lián)型系統(tǒng)對運行的節(jié)能也就具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。當(dāng)然，對制冷量需求較小的工業(yè)冷水機，是否選用兩臺壓縮機系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實際情況全面衡量后再確定最佳合理的設(shè)計選型方案。
1.2換熱器的選擇
1.2.1冷凝器
風(fēng)冷翅片冷凝器，由于空氣的傳熱較差，其冷凝溫度常較高，使冷凝壓力升高，制冷機效率降低，耗能增加。因此，其比較適用于夏季室外溫度不太高地區(qū)，或冷凝壓力較低的制冷劑。其最大的優(yōu)點是不需要冷卻水，使用方便。特別適宜于缺水地區(qū)或供水困難地區(qū)使用。
自然界水溫一般較低，并且水的傳熱性能優(yōu)良，故水冷冷凝器的冷凝溫度比較低，這對壓縮機的制冷能力和運行的經(jīng)濟性都比較有利，目前在工業(yè)制冷系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，為節(jié)約水資源，普遍采用冷卻水塔裝置，使冷凝器的出水得到冷卻降溫，以供水冷冷凝器重復(fù)循環(huán)使用。
冷凝器換熱面積是設(shè)計選型中的另一重要內(nèi)容，設(shè)計中應(yīng)充分考慮用戶在使用中維護管理意識水平普遍較低的現(xiàn)狀，適當(dāng)選擇較大的冷凝面積還是比較經(jīng)濟實用，機組制冷效率也較高。
綜上，各種冷凝器各有其優(yōu)缺點。對于一定的應(yīng)用場合，選用不同冷凝器的直接后果是冷凝溫度與壓力不同，制冷機運行的經(jīng)濟性不同。但目前國內(nèi)大多用戶在實際選擇冷凝器時，往往對不同冷凝器運行能耗的差異影響考慮很少。實際上，冷凝器的選擇對制冷裝置能耗的影響，必須引起我們的高度重視！在設(shè)備的設(shè)計中應(yīng)對采用不同冷凝器的不同方案進行全面的技術(shù)經(jīng)濟分析，綜合考慮初期投資、安裝位置環(huán)境、操作維護等各方面因素，然后選擇最佳合理方案。
1.2.2蒸發(fā)器
在工業(yè)冷水機設(shè)計中，蒸發(fā)器的選擇主要考慮蒸發(fā)器類型和傳熱面積兩方面因素。近年來，對于換熱器的設(shè)計選型有一個一致的傾向，即采用較小的傳熱溫差，當(dāng)傳熱量一定時，傳熱溫差減少就必須增大傳熱面積，傳熱面積增大就意味著增加投資和減少運行費用。隨著能源短缺矛盾的突出，世界各國都對節(jié)能提出了更高的要求，并采取了相應(yīng)的政策措施，因此，適當(dāng)增加投資，可以減少常年運行的能耗，達(dá)到節(jié)能的目的，且隨著運行費用的上升，由于節(jié)能而增加的投資回收期也將逐漸縮短，最終得到較高的經(jīng)濟效益。換熱器對運行費用的影響日益受到重視，板式換熱器等各種新型高效換熱器正在不斷被應(yīng)用。
1.3節(jié)流裝置的選擇
節(jié)流裝置的工作特性，直接影響到制冷裝置的制冷性能，影響到裝置運行的效率和能耗水平。熱力膨脹閥選擇不當(dāng)，將造成蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積利用率下降，制冷裝置的效率降低，能耗增加等，甚至產(chǎn)生濕沖程對壓縮機產(chǎn)生致命的損壞。
正確地選擇調(diào)節(jié)膨脹閥是制冷裝置節(jié)能中的重要一環(huán)。熱力膨脹閥的容量是隨工況而變的，選擇容量時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的熱力膨脹閥性能表進行選擇，但必須注意，還應(yīng)該全面考慮熱力膨脹閥的平衡方式，蒸發(fā)溫度、閥前后壓差和閥進口液體溫度等因素對膨脹閥容量的影響進行修正，這樣才能保證熱力膨脹閥與制冷裝置很好地匹配，使制冷裝置處于最佳的運行狀態(tài)，達(dá)到高效節(jié)能的目的。
2.制冷系統(tǒng)主要運行參數(shù)的節(jié)能控制調(diào)節(jié)
在工業(yè)冷水機實際運行中，我們認(rèn)識到不僅應(yīng)該把制冷系統(tǒng)調(diào)整到合理的運行范圍，滿足制冷工藝的要求，維持其安全正常運行，而且還應(yīng)該并可以進一步將制冷系統(tǒng)調(diào)整到最佳運行狀態(tài)，實現(xiàn)高效節(jié)能的運行目的，提高制冷設(shè)備運行的節(jié)能水平。
2.1蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力
在工業(yè)冷水機的設(shè)計中，提高蒸發(fā)溫度將使制冷系統(tǒng)的壓縮比降低、功耗減少，這對節(jié)能是十分有利的。但是蒸發(fā)溫度取決于被冷卻對象，調(diào)整蒸發(fā)溫度必須以不影響被冷卻對象的制冷工藝要求為前提。
從節(jié)能的角度來講，適當(dāng)?shù)靥岣哒舭l(fā)溫度是經(jīng)濟合理的，計算表明當(dāng)用-25℃的出液溫度代替-30℃出液溫度時，由于蒸發(fā)溫度升高，將節(jié)約電能達(dá)9.8%。因此，對于對溫度要求不高的情況，可以適當(dāng)?shù)靥岣叱鲆簻囟龋糜谔岣咧菩什⑦_(dá)到節(jié)能的效果。
2.2冷凝溫度和冷凝壓力
冷凝溫度過高，將引起壓縮機排氣壓力過高，排氣溫度升高，這對壓縮機的安全運行十分不利，容易造成事故；同時使制冷裝置效率降低，能耗增加。從節(jié)能角度，在工業(yè)冷水機設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)選取較低的冷凝溫度，即配置較大的冷凝換熱面積，達(dá)到實際節(jié)能運行的目的。
從操作調(diào)節(jié)的角度，應(yīng)控制制冷設(shè)備在盡可能低的冷凝溫度下運行，以提高制冷效率，降低運行費用。冷凝溫度決定于冷卻介質(zhì)的溫度、流量、流速、冷凝面積、壓縮機的排氣量以及空氣濕度、油污、水垢等影響冷凝器傳熱效率的各種因素。要使冷凝溫度盡量低，主要從兩方面入手：一是保持換熱面積的清潔，消除影響熱交換的因素，即及時除垢清洗；另一方面，就是控制冷卻介質(zhì)的流量、流速，保證冷卻介質(zhì)均勻地流過換熱面積；還要特別注意冷卻水在冷凝器中分配的均勻性。在系統(tǒng)設(shè)備部分負(fù)荷下運行時，應(yīng)特別注意同時對應(yīng)控制調(diào)節(jié)冷凝系統(tǒng)的水泵或風(fēng)機負(fù)荷，避免無效的換熱功耗。因為制冷設(shè)備的總能耗包括了壓縮機的能耗和換熱器水泵和風(fēng)機的能耗。
2.3液體過冷度和吸氣過熱度
液態(tài)制冷劑節(jié)流后進入兩相濕蒸汽區(qū)，此時制冷劑的干度越小，其在蒸發(fā)器中氣化時的吸熱量即制冷量越大，循環(huán)的制冷系數(shù)亦越高。在一定的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度下，采用使節(jié)流前制冷劑液體過冷的方法可達(dá)到減小節(jié)流后制冷劑干度的目的，提高制冷循環(huán)的制冷量。
通常情況下，假定冷凝器出水溫度比冷凝溫度低3~5K，冷卻水在冷凝器中的溫升為3~8K，因而冷卻水的進口溫度比冷凝溫度低5~13K，這就足以使制冷劑出口溫度達(dá)到一定的過冷度。在臥式殼管冷凝器中，如果冷凝后的液體不立即從冷凝器的底部排出，而是積存在冷凝器內(nèi)部，這部分液體將繼續(xù)把熱量傳給管內(nèi)的冷卻水和周圍介質(zhì)，排出時便可獲得一定過冷度。
過冷度的獲得產(chǎn)生并不產(chǎn)生壓縮機耗功的增加，這就意味著過冷度必定導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)制冷系數(shù)的增加，提高制冷設(shè)備運行的經(jīng)濟性。研究計算表明，在冷凝溫度40℃，蒸發(fā)溫度5℃工況條件下，5K的過冷度，會使R22制冷設(shè)備制冷量增加4.27%，輸入功率無變化，COP值提高4.27%。同時，一定的過冷度還有效防止了液態(tài)制冷劑在從冷凝器到節(jié)流閥間的管道中發(fā)生部分氣化造成制冷量下降和膨脹閥故障。
在低溫工業(yè)冷水機設(shè)備中，吸氣溫度過低會使壓縮機產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)霜，潤滑條件惡化。在濕沖程下，壓縮機運行的容積效率大幅降低，指示效率、機械效率及電效率均會有所減低，從而使壓縮機的COP值會有更大幅度的下降。更為甚者，濕沖程極易產(chǎn)生液擊對壓縮機產(chǎn)生致命的機械損傷。適當(dāng)合理的吸氣過熱度，可以保證制冷設(shè)備更為安全可靠、高效節(jié)能地經(jīng)濟運行。
除此之外，充分利用晝夜溫差引起的夜間熱負(fù)荷降低，冷凝溫度降低及夜間低谷電網(wǎng)，盡可能使制冷設(shè)備在夜間運行；在制冷環(huán)境中優(yōu)化設(shè)計均勻的氣流組織；采用多級分段制冷工藝使工業(yè)冷水機在各個時段中采用不同的運行參數(shù)，降低傳熱溫差，利用連續(xù)變溫調(diào)節(jié)時制冷系數(shù)大的原理，以不增加投資實現(xiàn)實際制冷凍結(jié)過程的節(jié)能也都具有較為明顯的經(jīng)濟效益。
綜上所述，隨著能源問題的日益突出，對節(jié)約能源提出了更高的要求，世界各國都相應(yīng)制定了新的能源經(jīng)濟政策措施，我國政府也已在政府工作報告中制定了單位GDP能耗降低 20%的能源控制目標(biāo)。因此，總體上講，在制冷設(shè)備的設(shè)計施工中，適當(dāng)增加初期一次性投資，以降低制冷設(shè)備運行的能耗，達(dá)到高效節(jié)能的目的，降低設(shè)備運行費用，是應(yīng)當(dāng)采用的設(shè)計思想。隨著能源價格致使設(shè)備運行費用的上升，由于節(jié)能使增加的初期投資回收期逐漸縮短，可獲得較高的綜合經(jīng)濟效益。 參 考 文 獻(xiàn)
〔1〕吳業(yè)正，韓寶琦. 制冷原理與設(shè)備（第2版）. 陜西：西安交通大學(xué)出版社，1997
〔2〕盧士勛 周祖毅. 實用制冷與空調(diào)工程手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2001
〔3〕逯紅杰. 制冷技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2009
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