制冷系統(tǒng)如何進行節(jié)能
制冷系統(tǒng)節(jié)能的措施,合理選用高性能隔熱材料,減少冷量損失,以減少能耗,冷庫的隔熱材料過去很長一段時間都采用軟木、稻殼、聚苯乙烯等。就目前來說,采用聚氨酯冷庫板現(xiàn)場發(fā)泡最為合適,由于聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的熱導(dǎo)率很小,隔熱層可做得較薄,這樣可以增加庫內(nèi)的容積,而且施工快速、黏結(jié)牢固、內(nèi)外無接縫、隔水隔熱性能都很好,其內(nèi)表面用金屬鋁板圍護即可,總熱惰性指標(biāo)低于1.5,僅為軟木隔熱混凝土內(nèi)墻的16%~20%。(2)選用單機雙級壓縮機當(dāng)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度較低時,一般采用雙級壓縮機。在選配制冷壓縮機時,應(yīng)考慮優(yōu)先選用單機雙級制冷壓縮機,而不是配組雙級制冷壓縮機。制取同樣冷量,在相同的工況條件下,配組雙級機比單機雙級機多耗電20%左右;同時占地面積大,耗材多,連接管道、管件多,相對維修量大。因此在允許的條件下,盡量采用單機雙級制冷壓縮機。
采用分散型制冷裝置,制冷劑為氟里昂的制冷系統(tǒng)采用分散型的布置方式。將單元式制冷機組(它體積小,重量輕,占地少,在冷問邊角地方即可安裝)分散設(shè)置到各冷間或每個穿堂內(nèi),不再設(shè)置集中機房。每套機組與一個或幾個冷問組成一個單元,形成一個獨立的制冷系統(tǒng),在冷庫屋頂集中安裝冷卻水塔,分別與各冷間各樓層的冷凝水管相通。分散型布置在施工時,盡量將壓縮機安裝在靠近各自冷間較近的地方,以減少制冷管道的連接長度,也可將壓縮機集中在一起。目前國外的分散型制冷系統(tǒng)采用較多,如日本等國推出的帶節(jié)能電腦控制系統(tǒng)的分體式制冷機組,具有冷庫庫溫預(yù)測控制,最佳融霜控制,額定用電控制和制冷優(yōu)化控制等功能。據(jù)有關(guān)資料介紹,它與不裝節(jié)能電腦裝置的同類機組相比節(jié)電10%。
設(shè)計建造大容量單體冷庫,大型冷庫的外表面比相同容量的多問小冷藏問小。在容積相同的情況下,外界侵入大冷藏問的熱量要小于侵入小冷藏間的熱量,因而大容量單體冷庫的冷量損失較小,較為節(jié)能。目前在冷藏業(yè)比較先進的國家,一般冷庫庫房凈高8~10m,冷庫的平均容積在50000m3以上。
采用封閉式月臺,對于冷庫采用封閉月臺,在國外已廣為流行,特別是低溫冷庫,應(yīng)該積極采用。低溫冷庫采用封閉低溫月臺有如下優(yōu)點:①低溫月臺能最大限度地保證冷凍品的質(zhì)量。當(dāng)冷凍品在運輸周轉(zhuǎn)中時間較長,難以迅速進入低溫庫內(nèi)時,低溫月臺的優(yōu)勢就十分明顯。②低溫月臺能大大地減少進入低溫空間的熱負荷。由外界進入封閉式低溫月臺的熱負荷被設(shè)置在低溫月臺的蒸發(fā)器吸收了。必須指出,與低溫庫內(nèi)的蒸發(fā)溫度比較,低溫為臺的蒸發(fā)器工作在較高的蒸發(fā)溫度下。顯然,較高的蒸發(fā)溫度下運行費用將明顯降低。③外界空氣中大部分水蒸氣將在低溫月臺的蒸發(fā)器處凝結(jié)成為水,這樣就大大地減少了進入低溫庫內(nèi)的水分。否則。這些水分將進入低溫庫內(nèi),在低溫庫內(nèi)的蒸發(fā)器處凝結(jié)成為霜。這一方面將使蒸發(fā)器效率下降,另一方面使融霜的頻率明顯增加。這兩方面都將使運行的能耗增加。應(yīng)該說明,封閉月臺中控制的濕度也不應(yīng)過低,否則,設(shè)置在低溫月臺的蒸發(fā)器將很快結(jié)霜,低溫庫內(nèi)的問題就轉(zhuǎn)移到了月臺。
采用高效節(jié)能雙速或變速電機的冷風(fēng)機,冷庫的電能消耗85%以上在食品的凍結(jié)環(huán)節(jié)上,所以優(yōu)良的凍結(jié)間設(shè)計尤為重要。根據(jù)食品在凍結(jié)過程中熱量釋放不均勻狀況,對食品在凍結(jié)過程中采用三個溫度段來進行。第一階段是冷卻階段,食品溫度由常溫狀態(tài)降至一1℃左右;第二階段是食品內(nèi)水分形成冰結(jié)晶階段,食品溫度由-1℃左右降至-5℃;第三階段是凍結(jié)降溫階段,食品溫度由-5℃降至-15℃左右。其中第二階段因食品內(nèi)水分形成冰結(jié)晶過程而發(fā)生相變,釋放凍結(jié)潛熱,需要冷量最多,此時凍結(jié)間所配的冷風(fēng)機需全部投入運行,而在第三階段由于單位時問內(nèi)熱負荷逐漸減少.可適當(dāng)降低風(fēng)速,減少風(fēng)量,以達到節(jié)能的目的。以往凍結(jié)間采用的冷風(fēng)機僅是一種轉(zhuǎn)速無法調(diào)節(jié),隨著雙速、變速電機的出現(xiàn)與普及,凍結(jié)的循環(huán)風(fēng)量和室內(nèi)吹風(fēng)速度可以得到調(diào)節(jié)而達到節(jié)能的目的。在冷卻問或冷藏間進行冷卻的食品.由于入庫時熱負荷較大,使系統(tǒng)蒸發(fā)壓力急劇升高,此時應(yīng)減少冷風(fēng)機的出風(fēng)量,而不應(yīng)開高速擋使風(fēng)量過大。當(dāng)制冷壓縮機運轉(zhuǎn)一段時間后,隨著蒸發(fā)壓力的穩(wěn)定,冷間溫度也逐漸下降,食品表面溫度已較低,但食品未凍結(jié),內(nèi)部仍有大量熱量,這時應(yīng)逐漸提高風(fēng)速加大冷風(fēng)機的風(fēng)量。再經(jīng)過一段時間的運行,當(dāng)食品表面溫度已達到儲藏要求,內(nèi)部溫度雖然略高于儲藏溫度,但熱量向外傳遞已較緩慢時,這時冷間熱負荷較小,則應(yīng)使冷風(fēng)機在低風(fēng)量下運行。
合理確定制冷壓縮機的能量調(diào)節(jié)方法,制冷壓縮機作為制冷循環(huán)的動力部件,是冷庫最主要的用電設(shè)備。為了使冷庫系統(tǒng)適應(yīng)不同工況的要求,使制冷量與負荷盡量匹配,因此有必要對壓縮機進行能量調(diào)節(jié)。具體可根據(jù)冷庫的性質(zhì)、規(guī)模和壓縮機的種類等因素,選擇不同的能量調(diào)節(jié)方法,從而減少用電消耗。①多能級優(yōu)化組合進行能量調(diào)節(jié)目前冷庫制冷系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)方法一般采用制冷壓縮機啟、??刂?,這種調(diào)節(jié)方法最簡單,適用于小型冷庫和負荷變化不大的場合;否則,制冷壓縮機的頻繁啟停會造成額外的能量損耗,對制冷壓縮機的壽命影響也較大。對于大、中型冷庫的制冷壓縮機群,更適合多能級能量調(diào)節(jié)。一方面使制冷壓縮機的制冷能力分級,與變動的負荷相適應(yīng);另一方面可使制冷壓縮機輕載或空載啟動,減小啟動電流,延長其使用壽命。能級的劃分要結(jié)合實際使用情況,并非越細越好;否則制冷壓縮機會啟停頻繁。首先要保證最常用能級和基本能級,還要做好各能級的優(yōu)化組合。現(xiàn)就不同的能量調(diào)節(jié)方式分述如下:a.制冷壓縮機運行臺數(shù)控制這種方式常用于多臺制冷壓縮機聯(lián)合供冷的場合,簡單易行。應(yīng)用時需注意盡量避免選擇完全相同的數(shù)臺壓縮機進行組配,最好采用同系列不同容量的機組,基本能級由最小的壓縮機擔(dān)任。b.氣缸卸載冷庫常用的活塞式制冷壓縮機一般都配有氣缸卸載機構(gòu),這種機構(gòu)能夠?qū)飧椎奈鼩忾y頂開,使機器運行過程中卸載缸不起壓縮作用。通常用氣缸卸載的方法可以使一臺八缸壓縮機處于50%、75%、100%能級工作,同時還可以實現(xiàn)對壓縮機的輕載啟動,不必使用大容量的電動機。c.制冷壓縮機運行臺數(shù)與氣缸卸載相結(jié)合對于大、中型冷庫中活塞式制冷壓縮機群的能量調(diào)節(jié),可以將制冷壓縮機運行臺數(shù)和氣缸卸載結(jié)合起來進行,采用分級步進的程序調(diào)節(jié)方式。這種方式能級可以分得較細,適合于蒸發(fā)溫度低、能量級數(shù)較多的場合。實際上按需要來劃定能級和分級數(shù),沒必要每一個能級都使用。②采用變頻控制技術(shù)采用制冷壓縮機的啟停方式來進行能量調(diào)節(jié),制冷裝置制冷量與冷庫熱負荷并不能很好地匹配,而且不易保證庫溫的精度。使用變頻技術(shù),通過變頻控制器對冷庫溫度、相對濕度和環(huán)境溫濕度等運行參數(shù)實施實時檢測,相應(yīng)地平滑調(diào)整壓縮機的轉(zhuǎn)速,進而改變系統(tǒng)的制冷量,使之與冷庫熱負荷相匹配,保證系統(tǒng)工作在最高效率工況、實現(xiàn)節(jié)能的目的。但變頻控制初投資較高,可根據(jù)冷庫的規(guī)模和性質(zhì)決定是否采用。對于分散性冷庫和小型船舶冷庫,其更具有實用意義。
縮小制冷蒸發(fā)溫度與庫溫的溫差,當(dāng)庫房溫度一定時,隨著蒸發(fā)溫度與庫房溫度差的縮小,蒸發(fā)溫度就能相應(yīng)提高。此時,如果冷藏溫度保持不變,則意味著制冷壓縮機制冷量的提高,也就是說要獲得相同的冷量可以少消耗電能。據(jù)估算,蒸發(fā)溫度每降低1℃,則要多耗電3%~4%。同時,溫差的縮小有利于降低庫房儲藏食品的干耗,因而小的溫差能使庫房獲得較大的相對溫度,能減緩庫房內(nèi)空氣中熱質(zhì)交換程度,從而達到減少儲藏食品的干耗,尤其對未包裝的儲藏食品更為有利。對制冷系統(tǒng)也可減少凝結(jié)食品析出水分所需冷量。
提高蒸發(fā)溫度的措施主要是適當(dāng)增大蒸發(fā)器或冷風(fēng)機的傳熱面積。在操作時根據(jù)冷問熱負荷的變化隨時調(diào)節(jié)供液量的大小,使換熱溫差控制在允許范圍內(nèi)的最小值。在整個降溫過程中,注意觀察蒸發(fā)壓力的變化,調(diào)配好制冷壓縮機,使制冷壓縮機制冷量與冷間的熱負荷相匹配。當(dāng)庫房溫度達到要求,但被冷卻物的溫度還沒有達到要求時,應(yīng)減少供液量,減開冷風(fēng)機,并使制冷壓縮機減載運轉(zhuǎn)。如蒸發(fā)壓力過低,就應(yīng)停止制冷壓縮機的運轉(zhuǎn),待壓力回升后再開機。
保證冷凝器系統(tǒng)的良好運行,在實際的冷庫制冷裝置運行中,冷凝器系統(tǒng)消耗大量的電能,是制冷系統(tǒng)節(jié)能中重要的一環(huán)。冷凝器系統(tǒng)運行是否良好,也影響到整個制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。①選用低能耗的蒸發(fā)式冷凝器。我國冷庫中習(xí)慣采用殼管式冷凝器。它是利用水溫升高的顯熱來帶走冷凝熱。目前基本上采用循環(huán)水,需要配置冷卻塔,而冷卻塔的工作原理又與蒸發(fā)式冷凝器相近,這樣就增加了冷卻塔的投資、占地和維護管理成本。由于殼管式冷凝器冷卻水的流量大,水泵的能耗明顯大于蒸發(fā)式冷凝器。蒸發(fā)式冷凝器主要通過水的蒸發(fā)潛熱來吸取制冷劑的冷凝熱,冷卻水的耗用量遠少于殼管式冷凝器。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、節(jié)水節(jié)電,近年來在國內(nèi)的使用有逐年增加的趨勢。而在國外,冷庫中蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。②做好冷凝器系統(tǒng)的使用維護。對于國內(nèi)普遍使用殼管式冷凝器的情形,通常要注意以下兩個環(huán)節(jié)。首先要定期清除殼管式冷凝器管壁上的水垢。水冷式冷凝器運行一定時間后,冷凝器的水管壁面會形成水垢。水垢使得冷凝器管壁的傳熱熱阻增加,直接導(dǎo)致冷凝效果惡化,造成制冷循環(huán)的效率下降,耗能增加;結(jié)垢嚴重時還會腐蝕設(shè)備,縮短設(shè)備的使用壽命。所以一般殼管式冷凝器使用一段時間后,必須除垢,以保證制冷裝置經(jīng)濟地運行。此外,一項重要工作就是定期檢修冷卻塔,宜按廠家建議的程序,定期對不同部件檢查和保養(yǎng)。應(yīng)經(jīng)常觀察、檢查通風(fēng)機的運轉(zhuǎn)情況,檢查旋轉(zhuǎn)布水器或噴頭布水是否正常。
制冷裝置自動控制及微機的應(yīng)用,制冷裝置自動控制和微機的應(yīng)用可以快速、精確實現(xiàn)庫房冷間溫度自動調(diào)節(jié)與遙測及蒸發(fā)器的冷卻排管自動除霜,冷加工工藝流程的程序控制,制冷壓縮機的自開、停和能量調(diào)節(jié),對氨泵、水、油、放空氣系統(tǒng)的自動控制及最佳工況的調(diào)節(jié)。對冷庫的節(jié)能,穩(wěn)定冷間溫度、降低損耗,保證食品質(zhì)量及實現(xiàn)冷庫的現(xiàn)代化管理具有實際意義。
規(guī)范執(zhí)行機房、庫房的操作管理,提高操作管理人員的節(jié)能意識,要根據(jù)制冷系統(tǒng)的工況參數(shù)變化,及時合理地調(diào)整制冷系統(tǒng)。同時要注意及時融霜、放油、除垢和放空氣。當(dāng)制冷系統(tǒng)的低壓設(shè)備中存有因混入過多水分而難以蒸發(fā)的氨液時,這些氨液占據(jù)蒸發(fā)器的有效容積,造成蒸發(fā)壓力過低,降溫困難,耗電增加,因此必須設(shè)法將其排出,必要時要更換制冷劑。另外要加強冷庫管理,針對冷庫跑冷點較多的狀況,應(yīng)做到盡量減少人員進出、隨手關(guān)燈、隨手關(guān)門、確保冷風(fēng)幕的工作正常等,以減少冷耗。對于蔬菜保鮮庫,通風(fēng)換氣十分必要。除嚴寒季節(jié)在白天進行通風(fēng)換氣外,其他季節(jié)應(yīng)在氣溫較低的夜間和清晨進行通風(fēng),以盡量減少外界熱量的侵入;在通風(fēng)換氣的同時,要開啟制冷機,以減免庫內(nèi)溫度的升高。
利用制冷裝置的廢熱與余冷,冷凝器中釋放出來的熱量是制冷裝置的廢熱。如有條件可采取措施收集利用廢熱,以減少其他能源的消耗,達到節(jié)能的目的。比如將冷凝器流出的冷卻水作為蒸發(fā)器沖霜水,用余熱加熱空氣供冬季取暖等。制冷裝置的余冷主要是凍結(jié)間的冷風(fēng)機沖霜水。沖霜后的水溫低于10℃,如將沖完霜的水集中到水池內(nèi)作冷凝器的冷卻水使用,既改善了制冷工況,增大了制冷量,又可減少冷卻耗水。
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