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制冷系统主要的节能调节

在实际的制冷设备及系统工程运行中,我们认识到不仅应该把制冷系统调整到合 理的运行范围,满足制冷工艺的要求,维持其安全正常运行,而且还应该并可以 进一步将制冷系统调整到最佳运行状态,实现高效节能的运行目的,提高制冷设 备运行的节能水平。

1蒸发温度和蒸发压力
在制冷设备的设计中,提高蒸发温度将使制冷系统的压缩比降低、 功耗减少,这对节能是十分有利的。问题是蒸发温度取决于被冷却对象,调整蒸 发温度必须以不影响被冷却对象的制冷工艺要求为前提。但在制冷装置的操作调 节中,应注意观察,及时采取相应措施,如适当除霜、适当增大供液量、对蒸发 器进行放油除污垢清理、对压缩机实施有效能量调节等,使蒸发温度稳定在设计 温度,避免蒸发温度不必要地过低还是非常必要的。
从节能的角度来讲,适当地提高蒸发温度是经济合理的,计算表明 当用-25 ℃的库温代替-30℃库温时,由于蒸发温度升高,将节约电能达9.8% 。因此,对于贮存期较短,质量对低温要求不高的情况,可以适当地提高蒸发温 度,达到节能的效果。另外一般制冷装置都按满负荷进行设计,而实际在满负荷 运行的时间并不长,大部分时间是在小于设计负荷的条件下运行。在部分负荷即 耗冷量减少时,提高蒸发温度,可以利用减小蒸发器的传热温差,达到同样的降 温效果。例如,当冷凝温度为38℃时,制冷系统的蒸发温度-33℃ ;当耗冷量减少为原设计的50%,原蒸发器传热温差由 10 ℃减少为5 ℃,库房仍利用原有设备,使库温维持在-23℃ ,但此时蒸发温度提高为-28℃,计算表明节能效果可达15% 。

2冷凝温度和冷凝压力
冷凝温度过高,将引起压缩机排气压力过高,排气温度升高,这对 压缩机的安全运行十分不利,容易造成事故;同时使制冷装置效率降低,能耗增 加。从节能角度,在制冷设备设计时应适当选取较高的冷凝温度,即配置较大的 冷凝换热面积,达到实际节能运行的目的。
从操作调节的角度,应控制制冷设备在尽可能低的冷凝温度下运行 ,以提高制冷效率,降低运行费用。冷凝温度决定于冷却介质的温度、流量、流 速、冷凝面积、压缩机的排气量以及空气湿度、油污、水垢等影响冷凝器传热效 率的各种因素。要使冷凝温度尽量低,主要从两方面入手:一是保持换热面积的 清洁,消除影响热交换的因素,即及时除垢、放油、排除不凝结气体;另一方面 ,就是控制冷却介质的流量、流速,保证冷却介质均匀地流过换热面积;还要特 别注意冷却水在冷凝器中分配的均匀性。在系统设备部分负荷下运行时,应特别 注意同时对应控制调节冷凝系统的水泵或风机负荷,避免无效的换热功耗。因为 制冷设备的总能耗包括了压缩机的能耗和换热器水泵和风机的能耗。

3液体过冷度和吸气过热度
液态制冷剂节流后 进入两相湿蒸汽区,此时制冷剂的干度越小,其在蒸发器中气化时的吸热量即制 冷量越大,循环的制冷系数亦越高。在一定的冷凝温度、蒸发温度下,采用使节 流前制冷剂液体过冷的方法可达到减小节流后制冷剂干度的目的,提高制冷循环 的制冷量。
通常情况下,假定 冷凝器出水温度比冷凝温度低3~5K,冷却水在冷凝器中的温升为 3~8K,因而冷却水的进口温度比冷凝温度低5~13K ,这就足以使制冷剂出口温度达到一定的过冷度。在卧式壳管冷凝器中,如果冷 凝后的液体不立即从冷凝器的底部排出,而是积存在冷凝器内部,这部分液体将 继续把热量传给管内的冷却水和周围介质,排出时便可获得一定过冷度。 
过冷度的获得产生 并不产生压缩机耗功的增加,这就意味着过冷度必定导致设备系统制冷系数的增 加,提高制冷设备运行的经济性。研究计算表明,在冷凝温度 40 ℃,蒸发温度5℃工况条件下,5K的过冷度,会使R22 制冷设备制冷量增加4.27%,输入功率无变化, COP值提高4.27%。同时,一定的过冷度还有效防 止了液态制冷剂在从冷凝器到节流阀间的管道中发生部分气化造成制冷量下降和 膨胀阀故障。
相比较对于R22 制冷设备而言,吸气过热度的影响就更为复杂了,因为吸气过热度在有效改善提 高压缩机的容积效率和系统单位质量制冷量的同时,亦不可避免地增加了压缩机 吸气的比容、排气温度、耗功和冷凝器的热负荷。尽管其综合影响还是会使制冷 量随着过热度的增加有所增加,但设备系统的制冷系数则是随之降低的。这虽似 与设备的节能运行有相驳之处,但在制冷设备,特别是在低温制冷设备中,吸气 温度过低会使压缩机产生严重结霜,润滑条件恶化。在湿冲程下,压缩机运行的 容积效率大幅降低,指示效率、机械效率及电效率均会有所减低,从而使压缩机 的COP值会有更大幅度的下降。更为甚者,湿冲程极易产生液击 对压缩机产生致命的机械损伤。
可见,压缩机的吸气温度既是运行效率和能耗水平的标志,更是设备系统安全正 常运行的标志。所以,在实际运行操作中应保持密切的监控,及时调节,使之保 持在合理的范围之内。维持适当合理的吸气过热度,来保证制冷设备更为安全可 靠、高效节能地经济运行。
当然,上面提及的吸气过热度, 均是指发生在蒸发器本身,或安装于被冷却间内的吸气管道上,过热所吸收的热 量来自于被冷却的空间介质,即吸气过热产生了有效的制冷效果。那些未对被冷 却空间介质产生制冷效果的无效过热,则只单方面增加了压缩机的能耗,为有害 过热应严格采取保温措施有效避免,否则会使制冷设备的运行经济性恶化。 除此之外,充分利用昼夜温差引起的夜间热负荷降低,冷凝温度降低及夜间低谷电网,尽可能使制冷设备在夜间运行;在制冷环境中优化设计均匀的气流组织;采用多级分段制冷工艺使制冷设备在各个时段中采用不同的运行参数,降低传热温差,利用连续变温调节时制冷系数大的原理,以不增加投资实现实际制冷冻结过程的节能也都具有较为明显的经济效益。 
综上所述,随着能源问题的日益突出,对节约能源提出了更高的要求,世界各国都相应制定了新的能源经济政策措施,我国政府也已在政府工作报告中制定了单位能耗降低的能源控制目标。因此,总体讲,在制冷设备的设计施工中,适当增加初期一次性投资,以降低制冷设备运行的能耗,达到高效节能的目的,降低设备运行费用,是应当采用的设计思想。随着能源价格致使设备运行费用的上升,由于节能使增加的初期投资回收期逐渐缩短,可获得较高的综合经济效益。 
另外,目前我们对制冷系统操作调整的重要性认识不足,制冷设备运行维护管理情况普遍较差。存在技术力量薄弱,对制冷设备技术经济运行管理的观念意识淡薄。这些更需要我们业内各方面共同努力,加强对系统的合理优化设计和运行的精心控制调节重要性,以及实现制冷设备安全高效节能目的的宣传教育和贯彻执行工作。

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