冷凝機(jī)組節(jié)能技術(shù)研究

冷凝機(jī)組節(jié)能技術(shù)研究

摘

要本文針對(duì)目前冷凝機(jī)組中采用的主要節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析研究。重點(diǎn)針對(duì)直流變頻技術(shù)、壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)、精確控制技術(shù)和光伏應(yīng)用四種節(jié)能技術(shù)在冷凝機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。Keys

冷凝機(jī)組

節(jié)能技術(shù)

直流變頻壓縮機(jī)精確控制光伏TheResearchofEnergySavingTechnologyaboutCondensingUnitQiFangchengYangHongGreeElectricAppliances,Inc.ofZhuhaiZhuhaiGuangdong519070AbstractThispaperanalysesanddiscussesthekeyenergysavingtechnologyaboutcondensingunit.Exactlyintroducedfourtechnologiesappliedtocondensingunit.ThefourcontainsFullDCinvertertechnology,compressorenergysavingtechnology,precisioncontroltechnologyandsolarenergyusingtechnology.KeywordsCondensingunitEnergysavingtechnologyFullDCinverterCompressorPrecisioncontrolSolarenergy

冷凝機(jī)組連接冷風(fēng)機(jī)、冷盤管等末端設(shè)備使用于冷庫，或連接冷柜使用于商場、超市等特殊的場所，通常需要全年運(yùn)行，持續(xù)不斷的輸出冷量，如果長期處于低能效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，將造成大量的能源浪費(fèi)。因此探討冷凝機(jī)組節(jié)能技術(shù)，致力于提高冷凝機(jī)組能效的研究，將減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文將從直流變頻技術(shù)應(yīng)用、壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)、精確控制節(jié)能技術(shù)、光伏應(yīng)用四個(gè)技術(shù)方面來談冷凝機(jī)組的節(jié)能特性。1直流變頻技術(shù)1.1直流變頻壓縮機(jī)技術(shù)交流變頻壓縮機(jī)通過改變供電電源的頻率來改變轉(zhuǎn)速，供電頻率高，則壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，供電頻率低，則壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)；直流變頻壓縮機(jī)電機(jī)始終只有兩相是上有電的，通過改變輸出直流電壓來改變轉(zhuǎn)速。直流變頻壓縮機(jī)工作頻率范圍要比交流變頻壓縮機(jī)廣，并且直流變頻電機(jī)只有一個(gè)線圈耗電，而交流變頻電機(jī)有兩個(gè)線圈耗電，所以直流變頻相對(duì)交流變頻更加節(jié)能省電。直流變頻壓縮機(jī)是指通過變頻器把交流電轉(zhuǎn)換為交流電源，并送至逆變器，逆變器輸出受控的輸出電源送至壓縮機(jī)的直流電機(jī)（交流變頻壓縮機(jī)是指逆變器輸出頻率可調(diào)的交變電源，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化），控制壓縮機(jī)的排量，實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)調(diào)速，因此相比交流變頻壓縮機(jī)，直流變頻壓縮機(jī)更省電，噪音更小。冷凝機(jī)組運(yùn)行過程中，負(fù)荷變化導(dǎo)致壓縮機(jī)的負(fù)載也在一定范圍內(nèi)變化，若采用定速壓縮機(jī)，無論負(fù)荷如何變化，壓縮機(jī)電機(jī)只維持特定負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，并且電機(jī)設(shè)計(jì)的額定點(diǎn)在最大負(fù)荷工況附近，因此常常盈余輸出冷量，造成很大的能源浪費(fèi)，并且定速壓縮機(jī)具有啟動(dòng)過程中振動(dòng)大、噪音大，啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流從而引起電源電壓的波動(dòng)[1]，壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)等固有缺點(diǎn)。冷凝機(jī)組采用直流變頻壓縮機(jī)，低頻軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)無沖擊作用；啟動(dòng)后高速運(yùn)轉(zhuǎn)，迅速輸出較大冷量，快速將庫溫或柜內(nèi)溫度降至設(shè)定值，接近或達(dá)到設(shè)定值后，降低運(yùn)轉(zhuǎn)速率，以維持庫溫或柜內(nèi)溫度基本恒定，降溫速度快，控溫精度高；變頻壓縮機(jī)通過節(jié)能控制可減少停機(jī)壓力損失，有效避免頻繁開停的問題[2]；直流變頻壓縮機(jī)根據(jù)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)整冷量輸出，全負(fù)載段維持高效運(yùn)行，避免冷量的盈余浪費(fèi)，機(jī)組能效高。冷凝機(jī)組通常需要全年運(yùn)行制冷，因此采用直流變頻壓縮機(jī)可節(jié)約大量的能源。1.2直流變頻風(fēng)機(jī)冷凝機(jī)組采用常規(guī)定速風(fēng)機(jī)，無論負(fù)荷如何變化，電機(jī)始終維持恒定輸出，能耗大；并且隨著風(fēng)機(jī)的頻繁啟停，冷凝側(cè)壓力波動(dòng)較大，穩(wěn)定性差。冷凝機(jī)組采用直流變頻風(fēng)機(jī)，精準(zhǔn)調(diào)速以適應(yīng)冷凝側(cè)壓力的變化，電機(jī)長期維持低頻高效運(yùn)行，并且壓力控制穩(wěn)定；運(yùn)轉(zhuǎn)速率適應(yīng)環(huán)境溫度的變化，大多數(shù)時(shí)間都能維持較低頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，噪音更低，并且可設(shè)定超級(jí)靜音模式，適用于超市、民用冷庫等對(duì)噪聲要求更高的場所。變頻控制的風(fēng)機(jī)在冷凝側(cè)負(fù)荷較小時(shí)，維持低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，相比定速電機(jī)啟停次數(shù)顯著減少，因此降低了電機(jī)的損壞率[3]，延長了電機(jī)乃至整個(gè)制冷機(jī)組的使用壽命。2壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)2.1雙級(jí)壓縮機(jī)雙級(jí)壓縮是指將壓縮過程分為兩次來實(shí)現(xiàn)，將來自蒸發(fā)器的壓力為Pe的低壓制冷劑于低壓壓縮機(jī)或壓縮機(jī)的低壓級(jí)第一次壓縮到中間壓力Pm，然后再用高壓壓縮機(jī)或壓縮機(jī)的高壓級(jí)壓縮到冷凝壓力Pc。雙級(jí)壓縮機(jī)相比單級(jí)壓縮機(jī)，壓縮功率顯著減小，因此能效更高，并且排氣溫度相比單級(jí)壓縮機(jī)更低，制冷機(jī)組運(yùn)行環(huán)境更加舒適可靠。圖1

雙級(jí)壓縮機(jī)與單級(jí)壓縮壓焓圖對(duì)比最新的研究結(jié)果表明，在壓縮比小于8的工況下，與單級(jí)壓縮制冷比較，采用雙級(jí)壓縮時(shí)，理論制冷系數(shù)提高4.16~7.08%，在壓縮比大于8的工況下，采用雙級(jí)壓縮時(shí)理論制冷系數(shù)比單級(jí)提高了9.01~10.85%，排氣溫度可降低33~44℃，實(shí)際運(yùn)行的節(jié)能率可達(dá)37.7%[4]。冷凝機(jī)組通常在冷凍冷藏等壓縮比大于8的工況下運(yùn)行，排氣溫度較高，若機(jī)組長期使用于高壓比、高排氣溫度的亞健康情況下運(yùn)行，制冷機(jī)組的可靠性較差，因此冷凝機(jī)組使用雙級(jí)壓縮機(jī)，能效提升的效果更加顯著，并且機(jī)組運(yùn)行環(huán)境更加舒適，有利于延長機(jī)組的使用壽命，運(yùn)行的可靠性也得到提升。2.2高壓腔壓縮機(jī)全封閉渦旋壓縮機(jī)根據(jù)壓縮機(jī)中電機(jī)所處的工作環(huán)境溫度，可以分為高壓腔壓縮機(jī)和低壓腔壓縮機(jī)。高壓腔壓縮機(jī)從系統(tǒng)中吸取低溫低壓的氣態(tài)冷媒先進(jìn)入渦旋盤壓縮，壓縮后高溫高壓的冷媒進(jìn)入渦旋盤以下的腔體內(nèi)，然后再從排氣口排出，因此壓縮機(jī)的電機(jī)處于高溫高壓的工作環(huán)境中。高壓腔壓縮機(jī)吸氣直接進(jìn)入渦旋盤壓縮，吸氣過熱度小，容積效率高，因此性能系數(shù)高；高壓腔壓縮機(jī)在高壓腔內(nèi)進(jìn)行油氣分離，低溫運(yùn)行時(shí)油溫可以得到保證，潤滑效果好壓縮機(jī)壽命長，穩(wěn)定性好；高壓腔壓縮機(jī)排氣經(jīng)過高壓腔，起到緩沖的作用，因此振動(dòng)、噪音??；高壓腔壓縮機(jī)避免壓力頻繁變化導(dǎo)致油起泡造成跑油，可靠性更高。冷凝機(jī)組采用高壓腔壓縮機(jī)避免壓縮機(jī)吸氣無效過熱，性能系數(shù)更高，節(jié)能效果更好。冷凝機(jī)組搭配冷盤管等末端設(shè)備使用時(shí)，冷媒的灌注量較大，因此回油可靠性變差，采用高壓腔壓縮機(jī)，在高壓腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)油氣分離，使壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油較多，確保潤滑效果。另外冷凝機(jī)組用于冷凍冷藏工況，通常需要在低溫工況下運(yùn)行，使用高壓腔壓縮機(jī)，低溫運(yùn)行時(shí)油槽處于高壓腔，油溫得到保證，潤滑效果更好。2.3變?nèi)輭嚎s機(jī)當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，為避免蒸發(fā)溫度降低導(dǎo)致性能系數(shù)下降，通過容量調(diào)節(jié)方法，使得壓縮機(jī)的容量變小，以減少制冷劑循環(huán)量，具有這種功能的壓縮機(jī)稱為變?nèi)輭嚎s機(jī)。在冷凝機(jī)組中，通過變頻形式實(shí)現(xiàn)容量調(diào)節(jié)，從而適合負(fù)荷變化，有效保證制冷系統(tǒng)的高效運(yùn)行，并且變頻除了可以實(shí)現(xiàn)容量調(diào)節(jié)外，還可以優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行，并降低能耗。3精確控制節(jié)能技術(shù)冷凝機(jī)組用于冷庫，通常需要全年制冷運(yùn)行，因此采用精準(zhǔn)、先進(jìn)的節(jié)能控制技術(shù)可以達(dá)到相當(dāng)可觀的節(jié)能效果。適用于冷凝機(jī)組的精確控制節(jié)能技術(shù)包括微電腦+傳感器精準(zhǔn)控制、庫溫開機(jī)控制、變頻壓縮機(jī)控制以及變頻風(fēng)機(jī)控制技術(shù)。3.1微電腦+傳感器精準(zhǔn)控制技術(shù)常規(guī)冷凝機(jī)組采用壓力開關(guān)，根據(jù)給定壓力控制冷凝機(jī)組的開關(guān)，優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，缺點(diǎn)是只輸出開關(guān)量，無法精確調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，常常導(dǎo)致機(jī)組頻繁啟停，庫溫波動(dòng)比較大；采用微電腦+（壓力）傳感器控制方式，傳感器輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，方便微電腦后期處理，從而精準(zhǔn)控制冷凝機(jī)組開關(guān)機(jī)及運(yùn)轉(zhuǎn)，避免機(jī)組頻繁無效啟停，并控制制冷系統(tǒng)始終處于高能效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，最大限度節(jié)能節(jié)電，并且傳感器輸出信號(hào)通過主板處理后變成標(biāo)準(zhǔn)變送器信號(hào)，可用于遠(yuǎn)程傳輸。3.2開機(jī)控制技術(shù)常規(guī)冷凝機(jī)組使用于冷庫，需單獨(dú)配置冷風(fēng)機(jī)、節(jié)流閥、電器盒等設(shè)備，通常電器盒檢測實(shí)際庫溫，并與冷風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，而冷凝機(jī)組檢測自身吸氣壓力進(jìn)行開停機(jī)操作。這種控制方式受冷風(fēng)機(jī)形式、連管長度等的影響，吸氣壓力檢測值具有延遲或不準(zhǔn)的問題，因此冷凝機(jī)組有時(shí)候出現(xiàn)誤停機(jī)，導(dǎo)致無效啟停。為減少因壓力檢測延遲或不準(zhǔn)導(dǎo)致的無效啟停問題，在制冷系統(tǒng)液管管路設(shè)置供液電磁閥，供液電磁閥與冷風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，冷凝機(jī)組接收供液電磁閥的信號(hào)進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作。這種控制方式有效減少了冷凝機(jī)組無效啟停的次數(shù)，但是供液電磁閥與庫溫檢測值還是存在一定的延誤，無效啟停的問題依然存在。小冷庫成套冷凝機(jī)組將電器盒、供液電磁閥以及節(jié)流閥集成到外機(jī)，直接檢測庫內(nèi)溫度，根據(jù)庫溫控制機(jī)組開停，庫溫控制精度高，并且避免了檢測延誤或不準(zhǔn)導(dǎo)致的無效啟停問題。3.3變頻壓縮機(jī)控制技術(shù)冷凝機(jī)組采用變頻壓縮機(jī)，優(yōu)化控制系統(tǒng)，可達(dá)到明顯的節(jié)能效果。開機(jī)時(shí)低頻運(yùn)行實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，節(jié)電節(jié)能；制冷運(yùn)行時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將庫溫迅速降低至設(shè)定值，降低了貨物的腐損率，用戶省心省力；當(dāng)庫溫接近或達(dá)到設(shè)定值后，降低運(yùn)行頻率低速運(yùn)轉(zhuǎn)，其一避免機(jī)組反復(fù)啟停導(dǎo)致可靠性降低，壽命減少，其二控制制冷機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率始終處于能效最優(yōu)點(diǎn)，使制冷機(jī)組長期節(jié)能運(yùn)行，全年運(yùn)行具有顯著的節(jié)能效果。3.4變頻風(fēng)機(jī)控制技術(shù)采用變頻風(fēng)機(jī)的冷凝機(jī)組，同樣優(yōu)化其控制系統(tǒng)，全年運(yùn)行節(jié)能效果明顯。根據(jù)冷凝側(cè)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，冷凝側(cè)壓力穩(wěn)定后，風(fēng)機(jī)始終處于低頻運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)約了大量的電能；并且風(fēng)機(jī)頻率精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，壓力控制穩(wěn)定，從而制冷機(jī)組舒適穩(wěn)定運(yùn)行，避免機(jī)組頻繁開停，間接節(jié)能。4光伏技術(shù)制冷空調(diào)行業(yè)在方便人們生活的同時(shí)，也消耗了巨大的電能，現(xiàn)階段人們依賴于煤、石油和天然氣等常規(guī)能源，但每日持續(xù)消耗大量的能源，使得三者逐漸走向衰竭，并且?guī)砹巳找鎳?yán)重的環(huán)境污染問題[5]。因此在制冷空調(diào)行業(yè)，越來越多的人將眼光投向風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和太陽能等清潔能源利用，其中太陽能以巨大的優(yōu)勢獲得越來越多的重視。太陽能光伏空調(diào)系統(tǒng)，在光照充足時(shí)，照射在太陽能電池上的太陽光轉(zhuǎn)化成電能，通過控制器調(diào)整輸出電流和電壓，使其盡可能穩(wěn)定，較為穩(wěn)定的電能一部分直接為壓縮機(jī)供電，多余的另一部分則通過充電電路儲(chǔ)存在蓄電池中或并入電網(wǎng)[6]，在光照不足時(shí)提供制冷系統(tǒng)所需的電量。光伏技術(shù)應(yīng)用具有不可比擬的優(yōu)勢，再加上政策的扶持，光伏技術(shù)將是冷凝機(jī)組節(jié)能性發(fā)展的一個(gè)重要方向。近幾年政策解讀如下：2006年《中華人民共和國可再生能源》頒布，首次指出電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)與可再生能源發(fā)電企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議并以高于常規(guī)能源發(fā)電平均上網(wǎng)電價(jià)的價(jià)格全額收購覆蓋范圍內(nèi)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目上的上網(wǎng)電量。2007年《中華人民共和國可再生能源》配置文件再次強(qiáng)調(diào)并要求電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)先調(diào)度科再生發(fā)電資源。2009年通過了中華人民共和國可再生能源法修正案，國家設(shè)立專項(xiàng)資金保障可再生能源發(fā)電全額保障性收購制度。2015年發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意見》，提出了光伏市場準(zhǔn)入基本要求和“領(lǐng)跑者計(jì)劃”技術(shù)指標(biāo)。同年，國家能源局向河北、山西、內(nèi)蒙古、安徽、云南、甘肅、青海、寧夏和新疆等9個(gè)省區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)了由水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院編制的《光伏扶貧試點(diǎn)實(shí)施方案編制大綱（征求意見稿）》，計(jì)劃在上述省區(qū)開展光伏扶貧工程試點(diǎn)。2016年國家發(fā)改委發(fā)布了《可再生能源發(fā)電全額保障性收購管理辦法》，進(jìn)一步明確了保障制度并特別指出防止以“電網(wǎng)安全”為由棄光。2017年，印發(fā)《解決棄水棄風(fēng)棄光問題實(shí)施方案》，目標(biāo)到2020年在全國范圍內(nèi)有效解決棄水棄風(fēng)棄光問題?；诠夥夹g(shù)應(yīng)用的巨大優(yōu)勢以及我國政策的扶持，將冷凝機(jī)組與光伏技術(shù)應(yīng)用天然契合，實(shí)現(xiàn)冷凝機(jī)組發(fā)電用電自給自足，節(jié)能節(jié)電的同時(shí)，可為用戶節(jié)約大量的開支。將光伏直流變頻壓縮機(jī)[7]應(yīng)用于冷凝機(jī)組中，太陽能經(jīng)過處理直接給直流變頻冷凝機(jī)組供電，可以省去光伏電路系統(tǒng)中的逆變器，節(jié)省了直流電在逆變器中的損失，簡化了整個(gè)系統(tǒng)。同時(shí)直流變頻壓縮機(jī)具有具有能效高、穩(wěn)定性高并且避免制冷機(jī)組頻繁啟停等固有優(yōu)點(diǎn)，因此光伏直流變頻冷凝機(jī)組是未來冷凝機(jī)組發(fā)展的一個(gè)重要方向。圖2

光伏直流變頻冷凝機(jī)組示意圖5結(jié)論綜上所述，冷凝機(jī)組應(yīng)用于冷庫、商超等特殊場所，常常需要全年運(yùn)行制冷，消耗大量的能源的同時(shí)也造成了一定的環(huán)境污染問題。本文探討了節(jié)能技術(shù)在冷凝機(jī)組中的應(yīng)用，旨在提高冷凝機(jī)組的能源利用率及改善環(huán)保特性，詳細(xì)介紹四種冷凝機(jī)組節(jié)能技術(shù)，包括直流變頻技術(shù)、壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)、精確控制技術(shù)以及光伏應(yīng)用，總結(jié)如下：（1）直流變頻技術(shù)應(yīng)用包括直流變頻壓縮機(jī)和直流變頻風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，直流變頻機(jī)組應(yīng)用于冷凝機(jī)組中，能夠提高制冷機(jī)組能效，并提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)溫度控制精度也到提升。（2）雙級(jí)壓縮機(jī)、高壓腔壓縮機(jī)和變?nèi)輭嚎s機(jī)的使用，拓寬了機(jī)組的使用范圍，更適合冷凍冷藏等低溫工況下運(yùn)行。（3）精確控制技術(shù)在冷凝機(jī)組的應(yīng)用使溫度控制更加精準(zhǔn)，有效保證貨物質(zhì)量，延長儲(chǔ)存時(shí)間。（4）光伏應(yīng)用以其可再生、清潔、政策扶持等優(yōu)勢越來越受到人們的重視，冷凝機(jī)組與光伏應(yīng)用契合使用是未來冷凝機(jī)組發(fā)展的一個(gè)重要方向。Reference[1]崔景潭,晏剛,等.變頻空調(diào)壓縮機(jī)及變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀[J].制冷與空調(diào),20033（2）:11-13.[2]郝華杰,申曉亮.變頻壓縮機(jī)的研究現(xiàn)狀[J].制冷技術(shù),20104（7）