制冷系統(tǒng)的設計與優(yōu)化控制策略

李慶波

青島海容商用冷鏈股份有限公司 山東 青島266000

一、制冷系統(tǒng)設計與優(yōu)化控制的意義

制冷系統(tǒng)是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，其充分運用了多學領(lǐng)域知識，實現(xiàn)了物理空間上熱能的相互轉(zhuǎn)移，達到對空間內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)與控制的目的。制冷系統(tǒng)在長期的發(fā)展過程中形成了蒸汽制冷、空氣制冷以及熱電制冷等多種系統(tǒng)，其制冷原理之間存在一定差異。而在冷柜系統(tǒng)中，其多使用的是蒸汽制冷技術(shù)，即利用壓縮機改變蒸汽壓力，降低蒸汽體積使其壓力升高，然后再將蒸汽送至冷凝器經(jīng)氣體液化原理使蒸汽進一步液化，再經(jīng)節(jié)流閥作用轉(zhuǎn)變成低壓液體再進入到蒸發(fā)器，最后通過高溫吸熱原理使液體重新轉(zhuǎn)化成蒸汽，然后再送回壓縮機，如此循環(huán)往復達到制冷目的。在制冷系統(tǒng)的作用下，空間溫度能夠根據(jù)實際需求進行調(diào)節(jié)，從而給人們帶來了更為舒適的生活環(huán)境。而隨著時代發(fā)展，制冷系統(tǒng)作為能耗大戶，已經(jīng)與綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生矛盾沖突，這就需要從制冷系統(tǒng)的設計與控制層面著手進行優(yōu)化，以在保證其制冷能力的基礎上，滿足現(xiàn)代人節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求，從而為綠色發(fā)展做出貢獻。可以說，在當前人們生活水平日益提升的情況下，制冷系統(tǒng)的設計與控制優(yōu)化已經(jīng)成為制冷研究領(lǐng)域的一個重要課題，也是國家綠色發(fā)展的現(xiàn)實要求。

二、制冷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，目前冷柜設備已經(jīng)形成了一套固定的基本結(jié)構(gòu)，即制冷系統(tǒng)、供電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，這三部分共同實現(xiàn)制冷作用。在制冷系統(tǒng)中，其主要構(gòu)件包含壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置四個大件，其他還有諸多次要部件，共同完成冷柜制冷的整個過程。而在制冷控制方面，其通常又包含溫控與冷空兩套系統(tǒng)。隨著其研究的不斷創(chuàng)新，目前更是進一步產(chǎn)生了冷劑回路、制冷劑壓力、機電保護、溫度、除霜、冷卻水、室內(nèi)外風速等各種控制調(diào)節(jié)器，使冷柜制冷系統(tǒng)的功能更為強大。

三、制冷系統(tǒng)的設計與控制優(yōu)化

在冷柜制冷系統(tǒng)的設計方面，為使其在保證基本制冷性能的基礎上進一步提升制冷效率，達到綠色節(jié)能目標，就需要針對其主要部件進行優(yōu)化。

(一)壓縮機的設計與優(yōu)化。壓縮機是制冷系統(tǒng)的核心，其在制冷系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。壓縮機本身的性能直接決定了其對低壓氣體的壓縮能力，也決定了其最終的功率與能耗。而針對當前制冷系統(tǒng)的設計優(yōu)化，也恰恰需要從壓縮機的氣體壓縮與循環(huán)效率兩方面展開。一方面，設計過程中，為了提升壓縮機的氣體壓縮效率，一般會采取少吸快壓的方式加以優(yōu)化，但這就無法保證氣體的輸送。因此在設計時可以考慮采取多吸入管的設計思路，利用多個吸入管吸入氣體，在分別將之輸送到壓縮機內(nèi)的不同單元進行壓縮處理，最后將各單元產(chǎn)生的蒸汽進行集中使用，如此就解決了壓縮效率和氣體輸送的問題。另一方面，在設計上為保證制冷效率，應盡可能采用清潔制冷劑，如此不但能夠保證制冷效率，還能夠延長制冷系統(tǒng)的使用壽命。

(二)冷凝器的設計與優(yōu)化。冷凝器是制冷系統(tǒng)中重要的換熱裝置，承擔著高溫氣體的液化以及傳導工作，是制冷系統(tǒng)對外放熱的關(guān)鍵裝置。但該裝置如果出現(xiàn)問題，就會導致制冷系統(tǒng)能量損耗，使制冷系統(tǒng)能耗升高，不利于節(jié)能。對此，在設計過程中可以考慮采用垂直冷凝管由下至上注水的設計方式，以提升冷凝質(zhì)量，有效控制能力損耗。

(三)蒸發(fā)器的設計與優(yōu)化。蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)制冷目標最終達成的關(guān)鍵裝置，其主要負責低溫液體與外界的能量交換，實現(xiàn)汽化吸熱的過程。可以說，蒸發(fā)器最終決定了制冷系統(tǒng)的制冷效果。在實際設計時，針對壓縮機所采取的多單元工作設計思路，蒸發(fā)器需要在加熱室與蒸發(fā)容積方面進行擴大設計，以滿足氣體輸送需求，確保氣液能夠完全分離，避免阻塞冷凝裝置。

(四)節(jié)流閥的設計與優(yōu)化。節(jié)流閥主要是對流體進行收縮的關(guān)鍵裝置，以加快流體流速，減少管道內(nèi)的靜壓力。而為進一步增強管道內(nèi)的流體收縮能力，在設計中可以提升節(jié)流閥的使用數(shù)量，使其覆蓋整個管道，以達到充分收縮流體的目的。

(五)采用先進的變頻制冷控制設計。在制冷系統(tǒng)控制優(yōu)化方面，目前已經(jīng)研究出多項技術(shù)，而其中最為突出的就是變頻制冷技術(shù)。該技術(shù)是在制冷系統(tǒng)設計時為其增加相應的溫度傳感裝置。該裝置能夠?qū)⒅评湎到y(tǒng)內(nèi)部的熱壓力換算為相應的制冷溫度。同時制冷系統(tǒng)會依靠人工智能技術(shù)為其設定出一個室內(nèi)制冷溫度，在室內(nèi)溫度達到這一溫度時，傳感器會控制制冷系統(tǒng)進行制冷量的調(diào)節(jié)，減少制冷系統(tǒng)運轉(zhuǎn)功率，進而達到控制制冷系統(tǒng)能耗的目的。而在室內(nèi)溫度升高時，傳感器感知這一溫度并控制制冷系統(tǒng)重新調(diào)節(jié)制冷效果，提升制冷功率，從而迅速制冷，如此就可以將室內(nèi)溫度始終保持在一定范圍內(nèi)。同時由于制冷系統(tǒng)能夠根據(jù)實際制冷需求調(diào)節(jié)運行功率，而不必始終保持最大功率，這樣就能夠有效實現(xiàn)節(jié)能效果，使制冷系統(tǒng)的控制更為合理。

結(jié)束語

在制冷系統(tǒng)的未來發(fā)展中，其仍將有更多的優(yōu)化設計與控制思路產(chǎn)生，如當前大力倡導的新型制冷劑的應用以及現(xiàn)代更為智能化的控制技術(shù)的產(chǎn)生都將為制冷系統(tǒng)制冷性能的提高和控制的優(yōu)化起到巨大推動作用。所以在未來發(fā)展中制冷系統(tǒng)的研究需要圍繞節(jié)能環(huán)保相關(guān)要求進一步強化制冷系統(tǒng)內(nèi)部設計的創(chuàng)新于優(yōu)化，并加強更多新科技的應用，以為人們的生產(chǎn)生活提供更先進的制冷設備，為國家的節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出更多貢獻。