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根据联合国环境署的报告,制冷业是世界上22个大规模工业领域之一,制冷空调装置的能耗已经占我国总能耗的20%以上。2002年国际制冷学会的专家们明确提出要在今后20年,使每个制冷设备的耗能减少30%~50%。因此,深入研究制冷装置运行和选型设计中的节能措施和方法,对节能降耗、降低企业生产成本,提高经济效益具有重要的现实意义。
本文以厦门商业冷冻厂的制冷装置为研究对象,通过研究该厂2005年的历史运行记录数据,进而挖掘该冷库制冷装置的节能潜力。研究发现,该厂2005年1月份平均冷凝压力最低,为0.879 MPa;7月份平均冷凝压力最高,为1.182MPa;7月份冷凝压力的最高值为1.3 MPa,并且出现的几率很小,仅占到7月份统计的所有记录数据的5.6%。因此,适当减少冷却水的流量,冷凝温度(压力)有一定程度的上升,但冷却水系统节省的电耗大于压缩机增加的电耗,则仍然可以实现节能的目的。
对福建省40家冷冻冷藏企业实地调查发现,40家企业使用活塞式压缩机的企业占80%,并且所调查的40家企业中仅有63%的业主,明确表示拟在今后新建或改建中使用螺杆式压缩机。但根据1998年张建一教授对美国和加拿大62个冷库制冷装置中的调查发现,使用螺杆式压缩机高达81%。实地调查发现,国内外对制冷压缩机的选型差距较大的原因,是国内对螺杆式压缩机的性能特点比较模糊。因此,本文对比了高温工况和低温工况下,常用活塞式和螺杆式压缩机的性能差异。并结合一个典型的低温物流冷库项目,对制冷压缩机的不同选型方案进行了比较分析。
研究发现,制冷量较大时应该优先选用螺杆式压缩机。制冷装置压缩机选型时,不能仅仅比较压缩机的COP值,还要结合压缩机配置的电机功率分析。目前国内生产的压缩机配置的电机功率普遍偏大,国产活塞式压缩机的电机负载率为0.57~0.81之间;螺杆式压缩机的电机负载率在0.62~0.82之间。并且在低温工况下压缩机的电机负载率普遍小于高温工况下电机的负载率。此外,目前市场上宣称的并联机组并不一定具有节能优势。对某低温物流冷库项目的不同选型方案比较发现,采用具有无级能量调节的螺杆式压缩机,其部分负荷特性与采用多机头并联机组的螺杆式压缩机组各有优缺点。
对厦门地区五个典型的冷却水系统测试发现,实际运行中,蒸发式冷凝器的能耗明显低于水冷式冷凝器系统的能耗。分析的三种典型蒸发式冷凝器的平均能耗约为立式水冷式的32%,约为卧式水冷式的47%。三种典型品牌蒸发式冷凝器的水泵平均能耗约为其总能耗的26%;卧式、立式水冷式冷凝器的水泵能耗分别约为其冷凝器系统总能耗的49%和58%。对某典型品牌蒸发式冷凝器耗水量的测试发现,每1kW冷凝负荷所需的耗水量约为3 L/h。
用户在选用蒸发式冷凝器时,要注意比较其设计依据的标准。依据国内、国外推荐的经验数据,计算得出蒸发式冷凝器的单位排热量耗功分别约为21.86W/kW和11.12 W/kW,前者能耗约为后者能耗的2倍。在相同的排热量下选用不同典型品牌的蒸发式冷凝器,冷凝器系统能耗差异很大。其中B品牌的平均能耗约为A品牌平均能耗的2倍。在典型蒸发式冷凝器产品中,有的大、中、小排热量的单位排热量耗功基本相同,有的小型比大型增加了77%。本文提出的蒸发式冷凝器能耗核算新公式,可以方便地比较不同品牌蒸发式冷凝器的运行能耗。单位排热量耗功φ值最小者即为运行能耗最小的品牌。
最后,结合对厦门和泉州地区冷库制冷装置的实地调研结果,本文总结了目前常用的采用蒸发式冷凝器的压缩机机头冷却水系统的设计方案。本文研究认为,应该充分利用蒸发式冷凝器良好的散热效果,从蒸发式冷凝器水盘中引出一个分支回路,专门配置一台小型的水泵,冷却压缩机的机头和其内的润滑油。