超市冷柜用壓縮機組節能的研究

王福春

摘 要：對超市制冷機組采用變頻控制能夠很好地應對超市冷凍冷藏負荷波動大的特點，節能的同時合理控制壓縮機的啟停次數，減少了電力線路電壓波動、壓縮機機械部件的磨損，降低了用戶的維護成本并延長了機組的使用壽命。本文重點就超市冷柜用壓縮機組節能進行了研究和分析。

關鍵詞：超市冷柜；壓縮機組；節能效果

超市多機并聯壓縮機使用變頻器后，可以很好地和超市制冷負荷變化較大特點匹配。筆者在實際測試中3臺機組可以變頻后節能3.97%～16.7%，具體的節能效果需要看原來機組的能量調節級數；變頻壓縮機使用后減少了壓縮機的啟停次數，一定程度上可以減少壓縮機的故障率；減少了壓縮機啟動對外部電網的影響；降頻運行時機組的噪音震動都有改善；使用變頻機組后壓縮機的吸氣壓力有了提高，機組運行的COP有提高；陳列柜的柜內溫度波動更小，更符合食品安全要求；使用變頻機組后陳列柜的換熱溫差更小，冷柜結霜量更小，除霜的能耗會更小，結霜量的減少也意味冷柜換熱效果更好。

1.超市定頻制冷機組運行特性

一般情況下，超市的整體制冷系統根據冷柜使用溫度分為冷凍（-22℃）、冷藏（0℃）系統兩部分，根據冷凍和冷藏系統負荷的大小和經濟性考慮，通常配冷凍和冷藏用半封閉活塞并聯機組各一套。而超市制冷系統與工業制冷和家用制冷相比，末端冷柜側的負荷波動較大，因為超市分為營業時間和閉店時間，同一天內冷柜在這兩個時間段內的負荷最大相差達70%以上；而且超市機組多為風冷冷凝，受室外冷凝溫度的影響，冬季和夏季同一臺壓縮機組制冷量會最大相差30%以上；冷柜所處的室內賣場溫度也夏季空調設計溫度25℃，濕度65%，冬季室內環境設計溫度20℃，濕度50%，冷柜所處環境溫濕度度的不同也會使冷柜需求的冷量也不同，冬季和夏季負荷最大會相差40%以上；而且中國國內超市人流在節假日會比平常高2倍以上，同一季節內因節假日關系，冷柜內物品的取放次數，補貨次數也會相差巨大，也會導致冷柜冷量負荷相差巨大。以上各種因素的疊加造成同一超市賣場，同一組冷柜、制冷機組設備，因為時間因季節氣候、早晚溫差和賣場內人流、物流等因素影響，系統熱負荷在15%～100%變動，所以整個制冷系統要不斷地調節系統的制冷量以適應負荷變化，普通的并聯制冷機組一般通過壓縮機的開停個數調節來分級滿足不同冷量需求，對制冷機組要求高的超市會要求在壓縮機側增加能量調節閥使壓縮機頭的冷量達到原來的33%或50%的以增加制冷能級調節數量。對應超市制冷負荷變化時制冷機組需要通過開關不同的壓縮機，或者開停壓縮機上的能量調節閥，機組上的壓縮機數量越多或能量調節閥的數量越多，意味著冷量可調節級數愈多，機組與負荷變化的匹配越好。但是這種調節畢竟是有級的能調，在特定的工況的冷量需求下，還會有機組冷量與冷柜需求冷量不匹配的情況，會造成冷柜的溫度波動巨大，而且為保證冷柜側溫度，壓縮機會頻繁啟停。

2.超市多機并聯變頻機組運行分析

本文中實際使用變頻機組的項目是沈陽的一家超市，共計3臺機組，低溫系統冷柜溫度-22℃冷凍機組型號LTA，中溫系統冷柜溫度0℃冷藏機組MTB， 高溫系統冷庫溫度10℃冷機組MTC，變頻前冷柜溫度。3臺機組均配置工頻、變頻切換開關，可以根據運轉需要進行工頻、變頻切換，并在變頻故障時自動切換到工頻運轉，考慮到并聯機組本身結構，避免某些頻率產生結構共振，所以本項目壓縮機的變頻頻率在28～55Hz。對比的運轉過程取使室外環境溫度、室內環境溫度相當，客流量相當時，從而冷柜側的負荷相當，機組側運轉數據具備可比性。運轉數據為工頻和變頻交替記錄的方式，記錄儀器為系統自帶的DANFOSS公司SC255型監控系統，溫度探頭、壓力探頭分別為DANFOSS自帶的AKS系列 PT1000型溫度探頭和AKS-33型壓力傳感器，分別記錄冷柜的柜溫，壓縮機組側的吸氣壓力、吸氣溫度、電功率表采用正泰DT-666型進行實際消耗能量的記錄。取其中MTB制冷系統中的一組對比數據進行分析，以系統中冷柜代號為MTB-10的一組冷柜為例，從實驗數據可以看出，在機組變頻后，冷柜的吸氣壓力在同樣的時間段內波動更小，波動次數也更少，并且在機組變頻運行后吸氣壓力在比工頻運轉更高了。冷柜在使用溫度不變的條件下，實現了平均換熱溫差的降低，溫差低后冷柜的結霜量會更少，除霜的功耗會更小。而吸氣壓力的提高意味壓縮機平均運行平均蒸發溫度的提高，機組的COP值提高，而且冷柜側吸氣壓力的平穩意味著機組吸氣壓力平穩，壓縮機的啟停次數會更少。從SC255記錄的壓縮機啟停次數顯示，變頻前壓縮機的啟停次數每天平均在82次，變頻后同臺壓縮機的啟停次數下降為12次每天，明顯減少了壓縮機的啟停次數。變頻后LTA制冷系統的整體能耗降低了約3.97%，變頻后MTB制冷系統的整體能耗降低了約6.4%，變頻后MTC制冷系統的整體能耗降低了約16.7%。多機并聯機組變頻節能雖然不象單機的節能效果那么巨大可以達到30%以上，但是實際測量也能達到4%～17%的節能效果。LTA機組節能比率最小，因為工頻機組上裝了1個能調閥，已經具備6級冷量調節，MTC機組節能最大因為原來機組只有2個能級，所以變頻后節能比率也大。

3.結束語

從實際項目運行分析中，可以看出超市并聯系統使用變頻后，與常規的活塞并聯機組相比，有以下特點：壓縮機組在變頻運轉時，相比工頻運轉可以達到3%～17%的節能效果。變頻壓縮機可以實現調節范圍內的無級調節，使壓縮機組始終運行在最佳點，機組吸氣壓力得到提升，從而提高壓縮機的COP減少耗能。另外，變頻啟動時，逐步升頻啟動減小了啟動時能耗。變頻機組使陳列柜和冷庫溫度波動幅度更小，冷柜的柜內溫度更加恒定，使儲存食品更加符合存儲條件，更加滿足食品安全要求。

參考文獻：

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[2]朱興旺.冷藏陳列柜多機并聯壓縮機組節能 [J].流體機械，2014