新空调讲座

暖通新技术讲座班级：建111姓名：张浩学号：119044337国内外冷藏库节能新技术与新设备研究进展摘要：本文结合我国冷库的发展情况，介绍了制冷设备、制冷系统以及自控技术的应用现状，分析了国内外冷库领域节能研究的进展，提出了冷库的一些节能途径。在此基础上，对冷库的节能研究前景进行了展望。关键词：冷库制冷系统自控技术节能1.引言一次能源的消耗量逐年增加以及环境恶化等问题已成为全球性的焦点问题中国是能源的生产和消费大国，拥有世界22％的人口，但人均自然资源占有量少，目前总的能源消耗量超过了25亿t标准煤，冷库作为一种特殊的建筑，多年来一直是耗能大户。据统计，制冷设备能耗己占全国耗电量的15％左右。因此，冷库装置节能是我国节能工作中重要的一环。同时开展自然工质或环境友好新型合成制冷剂替代工作，均具有十分重要意义。2冷库制冷系统和自动控制2.1制冷系统的发展将制冷设备用阀门、管道连接成的封闭循环系统称为制冷系统。按循环方式，制冷系统分为单级蒸气压缩式制冷循环和双级蒸气压缩式制冷循环；按冷却方式，制冷系统分为直接冷却系统和间接冷却系统。按制冷机的配备方式，制冷系统又可分为集中式制冷系统和分散式制冷系统。氨制冷系统在食品冷冻冷藏领域多为直接制冷系统，但也有少量间接制冷系统。我国在20世纪50年代以前，冷库氨制冷系统多为直接膨胀供液；从70年代开始，重力供液和氨泵强制供液逐步取代了直接膨胀供液；80年代后，国内出现了由可编程序控制器或由集散式控制系统控制的氨制冷系统，系统采用氨泵强制供液方式。2000年，我国在大连的一座水产品加工厂的氨制冷系统中第一次采用了DWNFOSS公司的氨电子膨胀阀，从而再次实现了直接膨胀供液。在国外，氨制冷系统的供液方式多为直接膨胀供液、重力供液和氨泵强制供液，且系统自控能力较强。1932年W＆Kitzmillcr提出NH3／CO2复叠式制冷系统；1992年，英国的一家超市安装了世界上第一套NH3／CO2复叠式制冷系统。近年来，欧洲和美国已开始应用NH3和CO2的复叠式制冷系统。国内外不少研究者在对NH3／CO2复叠式制冷系统进行热力计算的基础上，深入研究了其COP。Tzong．ShingLee等运用能量、质量、熵、平衡方程，将压缩机的等熵效率与容积效率看作压缩比的函数，得到了最佳中间温度及最优COP的表达式；刘红娟等在热力学模拟的基础上，分析了系统各部件的炯损失情况与整个系统的效率在中间温度和冷凝温度改变时的变化规律。还有一些研究人员对以多种工质对制冷剂的复叠系统在理论上进行了性能系数比较。查世彤等运用膨胀机来代替其中的节流阀，在冷凝温度30℃，蒸发温度-40℃，压缩机效率0．75的条件下，对系统的COP进行了理论研究，结果发现系统的性能有了很大的改善。王炳明等设计了用于低温系统的C02螺杆式压缩机，在冷凝温度40℃，蒸发温度-40℃的条件下，对系统的COP进行了理论计算与试验分析，结果发现NH3／CO2理论计算的COP高于试验结果，NH3／CO2理论计算的COP比NH3／NH3理论计算的COP低5％左右。2．2冷库制冷系统自动控制的研究现状制冷系统的自动控制是节能和提高制冷品质的最有效手段之一。通过30多年国内外的冷库自动化实践表明，冷库制冷自动控制系统具有不容置疑的优越性。由于自动控制在制冷系统节能和优化调节中的重要意义，因此制冷系统的控制方法研究一直是制冷领域的研究热点。传统的冷库制冷控制系统一般以经典控制理论为基础，针对组成系统的主要构成部件如压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等逐个作为单独对象分别建立数学模型，并对其运行中的有关参数分别作必要的调节，构成单闭环并联控制系统。在系统建模方面，目前学术界已经对制冷系统计算机仿真模型进行了大量的研究，并取得了一定的成果。日本的松冈1987年率先将基于人工神经网络的智能模糊控制技术应用于空调器中，随后智能模糊控制在制冷系统中的应用得到迅速发展。邵双全等提出利用两个模糊推理规则表分别调节电子膨胀阀和压缩机，以实现对蒸发器过热度和冷库温度联合控制。李界家等针对温度控制的大惯性、大滞后、非线性特点，提出采用基于小波神经网络辨识器的模糊神经自适应控制的中央空调房间温度控制器的设计方案，控制器可随着系统动态特性的改变在线改变其控制规则，从而进行客观准确的控制。周永明等采用仿真的方法研究了控制参数和干扰参数对制冷系统性能的影响，为多变量控制器的设计提供依据，但未对具体的控制算法进行研究。谢家泽研究了制冷系统数学模型线性化后的多变量解耦控制算法，并用实验平台作了可行性验证。田健等在分析模糊控制和神经网络控制方法的基础上，提出一种针对制冷系统的具有结构和参数学习能力的多变量模糊神经网络控制算法，取得了较好的仿真效果。伴随着现代社会对冷库制冷系统的制冷品质和节能要求不断提高，经典的单闭环并联控制方法已经越来越显得力不从心。因此，制冷系统各部件联合控制策略和智能控制算法的引入成为制冷控制系统发展的一种必然趋势。3冷库用主要制冷设备3．1冷库制冷设备的应用现状目前，我国大型冷藏库较广泛地使用螺杆式压缩机和半封闭式压缩机并联组成的动力组；中型冷库则多采用活塞式制冷压缩机；小型冷库普遍使用全封闭和半封闭压缩机。国产系列螺杆制冷压缩机组COP值已高于活塞式压缩机并已实现20-100％范围内无级能量调节和内容积比可调，有利于节能。美国、加拿大的大型冷藏库制冷压缩机采用氨液冷却带微电脑控制的大型螺杆式压缩机。在日本大型冷库中主要采用离心式和螺杆式制冷压缩机。在大型冷库，氨液冷却的螺杆制冷压缩机已有取代活塞式压缩机的趋势。从20世纪80年代中期起，我国冷库开始采用蒸发式冷凝器，逐步代替水冷式冷凝器。根据上海市商业设计研究院对其所承接的23项冷冻食品厂和冷藏库工程统计，设计采用的冷凝器也以蒸发式为主。美国、加拿大、日本等国，从20世纪70年代起，在冷库中已普遍采用蒸发式冷凝器。根据ZhangJ对美国和加拿大62家公用冷库制冷装置的调查发现蒸发式冷凝器的应用约占81％。我国冷库冷却设备大多采用光滑排管，在国外基本上采用冷风机。3．2制冷压缩机性能研究进展国内外已有许多学者在对大中型制冷系统制冷压缩机的性能进行研究。赵国山等重点介绍了活塞式压缩机的流量调节方法和PLC节能控制方法。王明礼等以采集的蒸发压力信号作为控制基准，应用PLC控制器控制负荷的加载与减载，解决螺杆压缩机普遍存在的负荷自动加载问题。唐景春等采用人工神经网络与传统理论计算模型相结合的方式，建立了智能型的制冷压缩机热力性能计算模型，利用人工神经网络的自学和泛化能力，提高了制冷压缩机容积效率和电效率的计算模型精度。王子彪等采用数值计算及试验的方法对压缩机的性能进行分析研究，优化气阀结构，用有限元法进行结构强度设计，提高中小型活塞式单级制冷压缩机在大压比工况下的单位功率制冷量Ke值等综合性能指标。张甫仁等基于灰色关联分析理论，从制冷压缩机的能效性、经济性、安全可靠性、结构及操作、二次开发等方面建立了制冷压缩机综合评价的灰色评价模型和方法，更科学、直观、合理地反映出制冷压缩机的综合性能状况。张建一等基于粗集理论对一个实际工业制冷装置的运行参数进行了实例分析，挖掘出运行数据中的潜在规律，将制冷压缩机能耗的影响因素由9个降至4个。意大利的C．Aprea等采用一种模糊控制器来改变螺杆式压缩机的转速，进而调控系统制冷量。加拿大的BabakSolati利用北美地区常用的DOE-2软件分析了大中型制冷系统中螺杆式制冷压缩机的性能。伊朗的K．Ghorbanian等利用径向基函数和多层感知器，两种不同类型的神经网络对制冷压缩机性能进行预测。通过与试验数据进行比较，结果表明径向基函数神经网络与试验数据比较吻合，最小平均误差较小，而多层感知器神经网络是预测压缩机性能的最佳工具。墨西哥的O．Cortes等基于热力学模型和实验测量值，利用人工神经网络技术和Nelder-Mead单纯优化法，优化制冷压缩机性能的操作条件。由上可知，国内外对制冷压缩机性能的研究主要是基于理论分析，或建立模型进行计算机模拟，或采用试验方法进行验证，或利用计算机软件进行分析，然而都未对其进行可行性分析。因此，以上研究要应用到实际工程中，还有大量工作要做。3．3冷凝器和蒸发器节能研究进展长期以来，国内许多学者主要研究污垢对冷凝器换热效果的影响，以及针对蒸发器的变频技术和融霜技术。樊绍胜等采用基于BP神经网络的灵敏度计算，从受污垢影响的冷凝器各个性能指标中，提取最能反映冷凝器污垢状态的特征变量。结果表明，该方法能较准确地在线监测冷凝器污垢，并在冷凝器出现堵管、空气漏入人量较大、工况参数大范围变化时，取得比热阻法、传热系数法、模糊软测量法更可靠的测量结果。吴治将等利FLUENT软件，对3种常用的管形蒸发式冷凝器在空气流动状态下进行了优化设计的数值模拟，比较分析了在不同入口风速下的压降变化规律；对来流速度大小与来流角进行了优化设计，为蒸发式冷凝器的优化设计提供了重要依据。周璇等提出一种基于外界环境参数变化的设备节能运行参数仿真优化方法，在满足工艺排热量要求的前提下，以设备能效比最高为优化目标，风机的配风量和水泵的喷淋水量为优化变量，对外界参数变化下风机和水泵运行参数最佳组合进行仿真优化研究，工业蒸发式冷却器节能的动态优化控制。刘训海等通过低温冷库蒸发器风机在四个运行工况温度下的变频试验研究，表明风机采用变频调速控制运行后，不仅功耗降低，系统的有效制冷量明显增加，且库温越低增益越大。龚雅萍等通过对霜层厚度与传热效应的对应程度比较，对蒸发器进行重新排列和设计，使蒸发器可连续交错地进行融霜与制冷，而不影响库温。提出了适于土建式冷藏库的微霜制冷节能技术，使机组在最佳节能状态下运行。万锦康等提出了冷藏库用冷风机化霜所需热量的数学计算模型，通过数据说明将冷风机化霜所需的热容量，简化成单一的融化霜层所需热量的假设是合理可行的。该假设可用于快速计算冷风机所需化霜电加热量，并提出了冷风机性能改善的途径。目前，国内对冷凝器和蒸发器的研究主要从理论分析出发，建立数学模型，进行优化分析，或结合试验进行验证，并进行可行性分析，然而相关技术的应用尚不成熟，需要进一步研究。4结语在控制方法方面，目前在冷库控制系统方面已经提出多种制冷系统的部件联合调节控制策略。在大型冷库中，氨液冷却的螺杆制冷压缩机逐渐取代活塞式压缩机，蒸发式冷凝器代替水冷式冷凝器，冷风机代替光滑排管。未来还需要进一步研究多变量控制算法，完善压缩机的速度控制，冷凝器的除垢技术，以及蒸发器的除霜技术在工程中应用。综上可见，国内外对冷库节能新技术与新设备的研究领域十分广泛，冷库的节能尚有很大的潜力。参考文献：【1】制冷空调关键节能减排技术的现状及进展阴机械工程学报2009.【2】冷库的节能设计．制冷技术，2008.【3】冷库现状及冷库节能途径叨．节能，2007.【5】氨制冷技术的应用现状及发展趋势四制冷学报，2007.【6】国内外大型低温冷藏库氨制冷系统和制冷设备节能及安全技术的发展趋势阴．冷藏技术，2008.【7】NH3／C02低温制冷系统热力学分析叨华北电力大学学报2003.【8】低温冷库冷风机的变频节能研究明．制冷学报，2008.