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        低溫實驗冷庫系統優化切換的實驗研究
        時間:2022-05-12 16:56:22 點擊:
         

        低溫實驗冷庫系統優化切換的實驗研究

        【摘 要】  在提倡節能節材的今天,冷庫用制冷系統的經濟性顯得至關重要。對于獲取低溫的兩種手段—雙級壓縮循環和復疊循環來說,它們分別在不同的溫區具有經濟性優勢。針對一座具有雙級壓縮循環和復疊循環組合系統的-60℃低溫實驗冷庫,簡要介紹了其系統組成,從能量平衡的角度引入了系統運行的經濟指標;通過實驗分別得出了雙級壓縮系統和復疊系統的性能數據;運用 Microsoft Excel 辦公軟件分析實驗數據,找出了兩套系統經濟指標隨冷庫內溫度變化的曲線;分析了經濟性能隨冷庫內溫度及環境溫度變化的特點,進一步找出了從雙級壓縮系統向復疊系統切換的最佳溫度區域。

         

        Experiment Research on Optimum Switch Temperature Between Systems of A Cold Store

        (Refrigeration Institute of Power Engineering College, Shanghai University of Science and Technology, Shanghai 200093)

        Abstract Referring to saving energy and material, the economical performance of the refrigeration system is absolutely vital to a cold store. As two means to get a low temperature, two-stage compression cycle and cascade cycle have their advantages of economical performance in different temperature range. In this paper, we put forward a cold store which has a two-stage compression system and a cascade system and whose temperature can be down to -60℃. Economical performance is introduced with the point of energy balance. We get the running performance data of two systems by experiment, and we draw the curves which indicate that economical performance varies with temperature in cold store with Microsoft Excel software, meanwhile, the characteristic of economical performance differing with temperature is analyzed. We definite the optimum switch temperature range between two systems after we compare the economical performances of them.

        Keywords cold store;two-stage;cascade;economical performance

         


        0 前言

        近年來隨著人民生活水平的提高,金槍魚等營養豐富的名貴水產品正在充實我們的餐桌,國內市場的前景被普遍看好。這些珍希魚類的的貯藏引起人們廣泛的注意和研究。理論和實踐都證明,為了能長期保持金槍魚的色澤,魚體溫度必須達到- 40℃以下??紤]到系統的各種溫差,冷藏溫度需要在-55℃以下[1]。因此,庫內溫度為-60℃的冷庫

        一定會有很大的發展。日前,我們所新建了一座小型的-60℃裝配式實驗冷庫,以期探究這類庫的技術性能,為它的進一步發展探路。

        實際冷庫中配備的制冷系統大都為大功率機組,特別是低溫冷庫,系統的能耗更大。在提倡節能節材地今天,冷庫制冷系統的制冷系數、經濟性的高低顯得至關重要,直接影響到企業的發展。

        眾所周知,在單級蒸氣壓縮式制冷循環中,冷


        凝溫度升高或蒸發溫度降低時,壓縮機的壓力比將增大,壓力比提高到一定的數值后,蒸發溫度就不會再降低。此外,隨著壓力比的增大,功耗增加、制冷系數下降、經濟性降低、排氣溫度升高,也限制了系統的制冷能力。所以單級壓縮制冷循環一般用于制?。?0℃以上的庫溫,再低的溫度一般采用多級壓縮循環或復疊式制冷循環[2]。

        上文中提到的-60℃實驗冷庫配備了雙級壓縮(R22)和復疊循環(R22/R23)兩套制冷系統, 采用雙級壓縮循環與復疊系統切換的方式來制取

        -60℃的低溫,以提高系統的經濟性??梢钥隙?, 冷庫內溫度相對較高時雙級壓縮系統比復疊系統的經濟性高,低溫下則相反。在從雙級壓縮系統切換到復疊系統的過程中應該有一個最佳區域或最佳點,這個時候整個系統的經濟性最高,系統得到運行優化。本文通過實驗找出了此低溫實驗冷庫系統的這一最佳區域或最佳點。

         系統原理簡圖如圖 1 所示。為了加寬運行庫溫范圍,避免機組頻繁啟停,設置二個溫度級(- 40℃/-60℃)以研究不同類別的循環。高溫級為單機雙級的 R22 循環,低溫級為 R23 的單級循環, 它與 R22 的雙級循環組成復疊循環系統;同時設置兩臺冷風機,可對不同的融霜方式進行研究。該系統有兩個降溫過程,即先由單機雙級的 R22 循環降至-40℃左右,再切換至與 R22/R23 復疊循環降至-60℃,甚至更低,且在整個溫區內庫溫能設定并可控。

         

        2 實驗內容

        系統的切換點是通過比較系統之間的運行經濟指標來確定,制冷系統的經濟指標可以用式 1 表4。

        外的散冷量;Q 電加熱:包括冷風機中電加熱量、門框電加熱量及凝露水管電加熱量;N 冷風機:冷風機電機功率;N 壓縮機:壓縮機電機功率;N 預冷器:低溫壓縮機排氣預冷器風機功率,采用其風機額定功率;N 冷凝器:冷凝器電機功率,采用名義功率,400W;

        z :系統 COP。

        公式(1)中分子各項的和就等于系統的制冷量,我們沒有直接通過流量計測工質的流量來計算制冷量,而是從能量平衡的角度來計算制冷量,即認真地準確測定庫體傳熱系數[4]以計算冷庫維護結構的漏熱量,再計入冷風機的電加熱量及風機功率就得到制冷量。根據經驗,系統切換的最佳點應該在-30℃~-50℃之間,分別對兩個系統在此溫度區間內的經濟指標進行測定,找出兩個系統的交


        z = Q圍護 + Q電加熱 + N冷風機

        N壓縮機 + N冷風機 + N冷凝器 + (N預冷器 )

        (1)

        叉區域,即得到系統的最佳切換點。

         

        3 實驗結果分析

        式中 Q 圍爐:冷庫內穩定于某一溫度下庫體向

        3.1 雙級壓縮循環實驗


        ·24· 制冷與空調 2007 年

         


        運行雙級壓縮循環系統,將冷庫內溫度分別控制在-20℃、-25℃、-30℃、-34℃、-36℃、

        -40℃,進行實驗測定。所測實驗數據見表 1。


        1   雙級壓縮循環系統實驗數據表

        Table 1 Experimental data of two-stage compression system

         

        庫內溫度

        庫外溫度

        環境溫度

        Q電加熱 Q圍護 N 壓縮機 N 冷風機 z

        kW

        (kW)

        (kW)

        (kW)

         

        19.92

        24.88

        18.84

        4.248

        0.396

        2.808

        1.574

        1.300

        25.01

        24.36

        18.54

        3.388

        0.436

        2.489

        1.580

        1.209

        29.13

        23.08

        19.02

        2.636

        0.461

        2.280

        1.623

        1.097

        33.67

        22.75

        15.69

        2.255

        0.498

        2.146

        1.643

        1.049

        36.02

        22.18

        18.85

        1.272

        0.514

        1.815

        1.661

        0.889

        39.71

        20.83

        21.32

        0.977

        0.534

        1.974

        1.677

        0.787

         單機雙級壓縮機中間冷卻采用的是自動噴液冷卻的 CIC 系統,功率波動較大,在穩定工況下運行較長時間后,取其自動掃描記錄的功率平均值。

        從圖 2 中可以看出,隨著冷庫內溫度的逐漸降低,經濟指標 ζ 的值呈逐漸下降趨勢。在庫溫從- 29.13℃降到-33.67℃的過程中,室外環境溫度(決定冷凝溫度)下降,經濟指標 ζ 的下降趨勢較前一

        段平緩,而從-33.67℃開始,環境溫度上升,經濟指標 ζ 的下降趨勢明顯加快。

        3.2 復疊循環系統實驗

        庫應用中可能由于冷庫負荷的不同,機組大小的不等,這一區域會有所不同。另外,冷庫自動化水平的高低、工作人員的素質等等外在因素也都影響到整個冷庫的經濟性運營。再有,實際中要使用兩套系統還要權衡初投資與節能的比例(本裝置是低溫實驗冷庫,定位于科研)。

        4 結論通過分別對雙級壓縮系統和復疊系統進行穩定熱平衡實驗,測出了兩套系統各自的運行經濟指

        標隨庫內溫度變化的曲線。經過經濟性的對比,找到了從雙級壓縮系統切換到復疊系統的最佳溫度區域(-33℃~-36℃)。在此區域之前,運行雙級壓縮系統經濟性更高,在此區域之后,運行復疊系統經濟性更高。

         


         

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