制冷技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的重要標(biāo)志。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jì)增長仍是以資源高消耗和犧牲環(huán)境為代價(jià)的粗放型經(jīng)濟(jì)增長模式。統(tǒng)計(jì)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(jì)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(shí)踐運(yùn)用，我們認(rèn)為：對工業(yè)冷水機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與匹配組成，并通過對系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精心、正確合理地的操作控制，就能使其在最經(jīng)濟(jì)合理的工況條件下安全可靠地運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到產(chǎn)冷量最大，耗功最省，運(yùn)行效率最高的目的。
1.工業(yè)冷水機(jī)主要組成配件的節(jié)能選型
1.1制冷壓縮機(jī)的選擇
1.1.1溫度范圍
工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)中選擇壓縮機(jī)，首先應(yīng)考慮制冷設(shè)備對制取溫度的要求，同時(shí)對用戶的用冷情況也應(yīng)進(jìn)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(jī)或低溫壓縮機(jī)。在活塞式制冷壓縮機(jī)中，充分考慮了不同工況領(lǐng)域電機(jī)功率與氣體流量的不同，相同排量的中高溫壓縮機(jī)與低溫壓縮機(jī)是分別采用不同電機(jī)與閥板組合優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的。低溫壓縮機(jī)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(jī)電機(jī)過載；反之，在低溫領(lǐng)域若采用相同排量的高溫壓縮機(jī)，往往會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)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(jì)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(jì)的一次性投資、占地面積、能量消耗和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(shí)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(jià)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果所占的設(shè)計(jì)比重。因此，設(shè)計(jì)人員一定要充分調(diào)查當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，進(jìn)行系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性技術(shù)分析，做出全面經(jīng)濟(jì)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(jì)選擇上考慮不周，不僅會(huì)給設(shè)備的操作維護(hù)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(jī)總是根據(jù)系統(tǒng)最大制冷量需求來選定的。在生產(chǎn)實(shí)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(jī)應(yīng)進(jìn)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(dòng)，從而相應(yīng)減少被冷卻對象的溫度波動(dòng)。
對于單臺(tái)壓縮機(jī)，最簡單的能量調(diào)節(jié)方式就是間歇運(yùn)行，即當(dāng)達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)，壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度升到規(guī)定上限時(shí)，壓縮機(jī)又將重新起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然這種方法只用于小型壓縮機(jī)，因?yàn)閷τ诠β蚀笥?0kW的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)電機(jī)的頻繁啟動(dòng)會(huì)引起供電回路的電壓波動(dòng)，影響其它設(shè)備的正常工作，同時(shí)壓縮機(jī)即使不很頻繁的多次重復(fù)啟動(dòng)也總會(huì)對壓縮機(jī)產(chǎn)生致命的損傷隱患。
通過生產(chǎn)運(yùn)用實(shí)踐，我們逐步認(rèn)識(shí)到雙機(jī)系統(tǒng)并聯(lián)型，即在同一設(shè)備中采用兩臺(tái)壓縮機(jī)和兩套獨(dú)立制冷系統(tǒng)并聯(lián)替代單臺(tái)大功率壓縮機(jī)和單一制冷系統(tǒng)，是實(shí)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(yùn)行的高效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，這對較大冷量的系統(tǒng)尤為有利。同時(shí)系統(tǒng)中雙機(jī)的逐臺(tái)啟動(dòng)，避免了對電網(wǎng)過大的波動(dòng)沖擊，綜合提高了制冷裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，而當(dāng)某臺(tái)壓縮機(jī)發(fā)生故障時(shí)，還可以進(jìn)行單臺(tái)維修而系統(tǒng)仍然可以維持運(yùn)行。
在工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)中，確定壓縮機(jī)配置的臺(tái)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(shí)際中工業(yè)冷水機(jī)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間，占有相當(dāng)大的比例，因此，采用雙機(jī)并聯(lián)型系統(tǒng)對運(yùn)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(jī)，是否選用兩臺(tái)壓縮機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況全面衡量后再確定最佳合理的設(shè)計(jì)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(jī)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(diǎn)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(jī)的制冷能力和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jì)選型中的另一重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮用戶在使用中維護(hù)管理意識(shí)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(jì)實(shí)用，機(jī)組制冷效率也較高。
綜上，各種冷凝器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。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(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不同。但目前國內(nèi)大多用戶在實(shí)際選擇冷凝器時(shí)，往往對不同冷凝器運(yùn)行能耗的差異影響考慮很少。實(shí)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(jì)中應(yīng)對采用不同冷凝器的不同方案進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，綜合考慮初期投資、安裝位置環(huán)境、操作維護(hù)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(jī)設(shè)計(jì)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(jì)選型有一個(gè)一致的傾向，即采用較小的傳熱溫差，當(dāng)傳熱量一定時(shí)，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(yùn)行費(fèi)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(yùn)行的能耗，達(dá)到節(jié)能的目的，且隨著運(yùn)行費(fèi)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(jì)效益。換熱器對運(yùn)行費(fèi)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(yùn)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(jī)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(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的熱力膨脹閥性能表進(jìn)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(jìn)口液體溫度等因素對膨脹閥容量的影響進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到高效節(jié)能的目的。
2.制冷系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)的節(jié)能控制調(diào)節(jié)
在工業(yè)冷水機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，我們認(rèn)識(shí)到不僅應(yīng)該把制冷系統(tǒng)調(diào)整到合理的運(yùn)行范圍，滿足制冷工藝的要求，維持其安全正常運(yùn)行，而且還應(yīng)該并可以進(jìn)一步將制冷系統(tǒng)調(diào)整到最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的運(yùn)行目的，提高制冷設(shè)備運(yùn)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(jī)的設(shè)計(jì)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(jì)合理的，計(jì)算表明當(dāng)用-25℃的出液溫度代替-30℃出液溫度時(shí)，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?，用于提高制效率并達(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(jī)排氣壓力過高，排氣溫度升高，這對壓縮機(jī)的安全運(yùn)行十分不利，容易造成事故；同時(shí)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(jī)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際節(jié)能運(yùn)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(yùn)行，以提高制冷效率，降低運(yùn)行費(fèi)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(jī)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(shí)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(yùn)行時(shí)，應(yīng)特別注意同時(shí)對應(yīng)控制調(diào)節(jié)冷凝系統(tǒng)的水泵或風(fēng)機(jī)負(fù)荷，避免無效的換熱功耗。因?yàn)橹评湓O(shè)備的總能耗包括了壓縮機(jī)的能耗和換熱器水泵和風(fēng)機(jī)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(jìn)入兩相濕蒸汽區(qū)，此時(shí)制冷劑的干度越小，其在蒸發(fā)器中氣化時(shí)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(jìn)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(shí)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(jī)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。研究計(jì)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(huì)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(shí)，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(jī)設(shè)備中，吸氣溫度過低會(huì)使壓縮機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)霜，潤滑條件惡化。在濕沖程下，壓縮機(jī)運(yùn)行的容積效率大幅降低，指示效率、機(jī)械效率及電效率均會(huì)有所減低，從而使壓縮機(jī)的COP值會(huì)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(jī)產(chǎn)生致命的機(jī)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(jì)運(yùn)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(yùn)行；在制冷環(huán)境中優(yōu)化設(shè)計(jì)均勻的氣流組織；采用多級分段制冷工藝使工業(yè)冷水機(jī)在各個(gè)時(shí)段中采用不同的運(yùn)行參數(shù)，降低傳熱溫差，利用連續(xù)變溫調(diào)節(jié)時(shí)制冷系數(shù)大的原理，以不增加投資實(shí)現(xiàn)實(shí)際制冷凍結(jié)過程的節(jié)能也都具有較為明顯的經(jīng)濟(jì)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(jì)政策措施，我國政府也已在政府工作報(bào)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(jì)施工中，適當(dāng)增加初期一次性投資，以降低制冷設(shè)備運(yùn)行的能耗，達(dá)到高效節(jié)能的目的，降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，是應(yīng)當(dāng)采用的設(shè)計(jì)思想。隨著能源價(jià)格致使設(shè)備運(yùn)行費(fèi)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(jì)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(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
〔3〕逯紅杰. 制冷技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009
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