浅谈制冷设备选型及运行控制中的节能技术

江苏雪梅制冷设备有限公司何宁

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。随着我国国民经济近年来的快速发展，人民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，我国总能源利用率仅为40%，这只相当于欧美日发达国家六、七十年代的水平。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，以期达到抛砖引玉的目的，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装置。

1.制冷设备主要组成配件的节能性选型

设计中选择制冷压缩机时，首先应考虑所设计的系统工程对制取温度的要求，同时对用户的用冷情况也要进行深入的调查了解，选择适应温度的中高温压缩机或低温压缩机。在第二代活塞制冷压缩机中，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，则制冷量明显减少、功耗增大，是很不经济的。

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，设计人员务必深入了解用户的实际情况进行分析确定，作出全面经济合理的选择。

通常制冷压缩机总是根据系统最大制冷量需求来选择的。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的制冷量也应进行相应的调节使压缩机的产冷量与外界热负荷始终保持平衡，减少系统蒸发温度、压力的波动，相应减少被冷却对象的温度波动和压缩机的起动次数；同时保证了压缩机轻载起动，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。

生产实践中，我们逐步认识到多台型系统，是实现压缩机冷量调节较为合理可靠的方法。在制冷系统设计中，确定压缩机配置的台数应尽量少，以简化系统和便于操作管理，但总台数不宜少于2台，以保证热负荷变化时冷量的有效调节，以及检修时单台维持运行。

对单台压缩机进行冷量调节，制冷剂的压缩功是随冷量的减少而成比例地降低的，但整个压缩机的机械耗功则几乎不变。因此，在同一系统中采用多台代替单台压缩机，进行冷量调节，部分负荷运行可以提高效率，实现节省运行，这对较大冷量的系统尤为有利。研究对比实验表明，当采用四台系统与单台系统相比，在75%负荷下可相对节能11%；50%负荷下可节能27%；25%负荷下可节能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。

生产实际中制冷系统各不相同，但各种制冷系统在部分负荷下运行的时间，都占有相当大的比例，因此，采用多台型系统对运行的节能也就具有相当大的潜力，值得在设计选择时做深入的分析比较。

当然，多台型系统也有其不利的一面，比如设计的一次性投资增大，设备所占空间增大；因此，是否选用多台系统以及具体选用多少台数，都应根据用户的实际情况进行深入分析比较，全面衡量后再确定最佳合理的压缩机选型方案。

近年来，在制冷系统换热器的选型中，国内外有一个比较一致的倾向，即采用较小的传热温差，增大换热器的传热面积，传热面积增大就意味着增加初期投资和减少长期运行费用。由于国内制冷装置的生产及维护管理水平普遍较低，适当选择较大的换热面积，特别是较大的冷凝面积是比较符合国情的。

在换热器型式中，蒸发式冷凝器以其显著的优势，越来越引起关注。它利用了冷却水蒸发时的气化潜热，来吸收制冷剂放出的热量。一般水冷冷凝器中1kg冷却水能带走16.75~25.12 kJ的热量，而由于水的大潜热性能，1kg水在常压下蒸发能带走约2428 kJ的热量，因而蒸发式冷凝器理论耗水量约为一般水冷式冷凝器的1%。由于吹散损失、排污换水等，其实际耗水量也仅为一般水冷冷凝器的5%~10%。而且，由于其省去冷却水在冷凝器中显热传递阶段，使冷凝温度有可能更接近空气的湿球温度，从而降低了压缩机能量消耗。根据国内贸易部对欧、美发达国家冷藏库的研究考察，冷凝温度与空气湿球温度的偏差在8.3℃以内是比较实际和经济的。在这样条件下，采用蒸发式冷凝器系统与冷却塔和管壳式冷凝器相结合的系统相比，压缩机的动力消耗，可节约10%以上；与采用空冷式冷凝器系统比较，可节约30%以上。另则蒸发式冷凝器本身起到了冷却塔的作用，其初期投资实际还低于水冷冷凝器和冷却塔的综合初投资。正是由于其初投资省和系统的能耗低，其在发达国家得到了广泛的应用，随着国外新技术的引进和国内生产水平的提高，蒸发式冷凝器在国内的应用也将逐步越来越广泛。另外由于换热器对运行费用的影响日益受到重视，板式换热器等各种新型高效换热器正在不断被深入开发、普及应用。

目前国内大多用户、工程商或多或少存在只注重压缩机主机，轻视辅助设备的观念，在实际选择换热器、节流装置等制冷系统配件时，往往对这些辅助配置引起运行能耗的差异影响考虑很少。研究表明，在制冷系统中辅助设备的性能明显落后并制约了主机的发挥，换热器等辅助配件的合理优化选择对制冷装置能耗的影响，必须引起我们的高度重视！

2.制冷系统主要运行参数的节能性操作调节与运行管理

在实际的制冷系统操作调节中，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，维持制冷系统的安全正常运行，而且还可以进一步将制冷系统调整在最佳运行状态，实现高效节能的运行目的，提高节能水平。研究表明，通过精心操作调节，制冷装置的节能效果可达40%。这说明操作调节对于制冷装置的节能极其重要，另一方面，也说明了国内的制冷装置操作管理存在很大问题漏洞。

1）蒸发温度和蒸发压力

提高蒸发温度将使制冷系统的压缩比减少、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、对蒸发器进行放油清理、对压缩机能量调节等，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，达到节能运行的目的。

从操作调节的角度，应控制制冷装置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表面；还要特别注意冷却水在冷凝器中分配的均匀性。

对于集中式制冷系统，在部分载荷时，应特别注意控制调节冷凝系统水泵或风机，避免无效的功耗。换言之，冷凝压力降低固然可使压缩功减少但此时冷凝压力降低若一味是以冷却介质温、量、速的增加，即水泵、风机耗功增加为代价的，则不一定是经济的作法。因为制冷装置的总能耗包括了压缩机的能耗和水泵/风机的能耗。因此，在一定的范围内，可以减少冷却介质的流量、流速，使冷凝压力适当升高，由于减少了冷凝动力的消耗，这时制冷系统的总能耗也可能降低，获得总体节能的效果。

适当升高制冷装置冷凝温度也可达到节能的提出，标志着人们对冷凝温度的控制有了更深入的认识，这与国外的研究结果是一致的。近年来，国外许多风冷冷凝器，采用了部分负荷调节或调速装置，即在部分负荷时，停止部分风机运行或降低风机转速，减少空气流量，此时冷凝压力虽有所升高，但包括风机在内的总电耗下降。达到节能效果。

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电网低谷电费，尽可能使制冷装置在夜间运行；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装置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，随着能源短缺矛盾的突出，世界各国都对节能提出了更高的要求，并采取了相应的政策措施，我国也已制定了单位GDP能耗降低20%的硬性能源控制目标，这些都表明了能源价格仍会有明显上涨的趋势。因此，从总体上讲，适当增加初期一次性投资，降低运行管理费用，降低制冷装置运行的能耗，达到节能的目的，且随着运行费用的上升，由于节能使增加的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，运行维护管理情况普遍较差。许多乡镇小型冷藏加工企业，普遍存在技术力量薄弱，只注重生产经营管理，对制冷装置技术运行管理的观念十分淡薄，这些更需尽快提上议事日程，更需我们业内各方面共同加强对系统的运行管理和精心操作调节，实现制冷装置安全节能目的的宣传教育和贯彻执行工作。