制冷系統(tǒng)運行優(yōu)化節(jié)能分析

董金芝

【摘 要】本文通過制冷系統(tǒng)運行流程對制冷系統(tǒng)能耗諸多因素進行分析，確定影響制冷系統(tǒng)能耗的因素。并根據影響因素制定相應的解決方案，提高系統(tǒng)運行效率，從而達到節(jié)約電耗的目的。

【關鍵字】制冷；節(jié)能；因素；綜合能耗；制冷效率

概述：目前，制冷技術的應用范圍越來越廣，冷量需求也越來越大，制冷設備不斷增加?，F(xiàn)在，我公司螺桿冷水機組就有6臺，裝機功率250KW/臺。螺桿堿水機組就有9臺，裝機功率320KW/臺。對應冷水循環(huán)泵，裝機功率55 KW/臺和堿水循環(huán)泵30 KW/臺。冷卻循環(huán)水泵11臺，裝機功率110 KW/臺。還有冷卻塔9臺，冷卻塔風機功率30 KW/臺。隨著制冷系統(tǒng)的不斷壯大，制冷裝置的能耗也在迅速增加。制冷系統(tǒng)的節(jié)能工作也越來越受到公司的關注。因此，制冷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運行必不可少。其綜合能耗應包括系統(tǒng)內所有設備（制冷機、冷凍水泵、循環(huán)水泵、冷卻塔）的運行能耗的總和。

1.制冷系統(tǒng)的工藝流程。

2.影響制冷系統(tǒng)能耗的因素

機組的制冷效率（cop）=制冷量/電功率，即每千瓦的電量所產生的制冷量。COP值越大表明機房的效率越高。

2.1制冷劑冷凝溫度高

下圖為在其他條件不變冷凝溫度升高的壓焓圖。

冷凝溫度為tk時，制冷循環(huán)為1-2-3-4-1， 單位制冷量為q0，壓縮功為w0。

冷凝溫度為tk‘時，制冷循環(huán)為1-2‘-3‘-4‘-1，單位制冷量為q0‘，壓縮功為w0‘。

由于制冷系數(shù)ε= q0/ w0，從圖中可以看出q0> q0‘ ，w0< w0‘。因此，當冷凝溫度升高時，制冷機組的制冷效率降低，在制冷量相同的情況下，電耗增加。

通過分析，我們認為造成冷凝溫度升高的原因有以下幾種：

2.1.1冷卻水溫度高

冷卻水入口溫度高，冷凝器換熱溫差減小，換熱效率降低，換熱量減小，機組制冷量降低。且冷凝溫度、冷凝壓力就高。而冷媒水出水溫度不變，蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力就基本不變。這樣就導致壓縮機壓頭增加，能耗上升。故機組制冷效率降低。

2.1.2冷凝器小溫差大

冷凝器小溫差即通過冷凝器的冷卻水出口溫度與冷凝器中制冷劑飽和溫度的差值。冷凝器小溫差越大，冷凝器換熱效率越低，在冷卻水溫度不變的情況下，冷凝溫度升高，這樣壓縮機壓縮比增大，軸功率增大，機組制冷效率越低。冷凝器小溫差越小，冷凝器換熱效率越高，壓縮機軸功率越小，機組制冷效率越高。

冷凝器小溫差增大的原因有以下幾種

2.1.2.1冷卻水流量小

冷卻水泵運行控制不合理，或冷卻水閥門開度不足、冷卻塔噴水嘴堵塞，都會造成冷卻水流量不足。如果冷卻水的流量不足，由冷卻水帶走的制冷劑的熱量就會減少，機組制冷量降低。且冷凝溫度也會相應升高，壓縮機壓縮比增大，能耗上升。

2.1.2.2冷凝器換熱管臟堵

我們使用的冷凝器為管殼式換熱器，在冷凝器中，冷卻水走管程，制冷劑走殼程。由于冷卻水為開式循環(huán)，不免有進入雜質和滋生藻類現(xiàn)象，且冷凝器換熱管直徑只有16mm左右，隨著運行時間的加長，管口處容易堵塞，影響冷卻水流量，造成冷凝器換熱效果降低。冷卻水中的鈣鎂離子、碳酸根離子在特定溫度下，發(fā)生化學反應，生成不溶性物質，附著在換熱管內部，影響換熱效果。

2.1..2.3 潤滑油進入冷凝器

如潤滑油進入冷凝器，冷凝溫度升高，相應地冷凝壓力也升高。這是由于潤滑油進入冷凝系統(tǒng)后產生油膜，使熱阻增大、傳熱系數(shù)K減小。當冷凝器熱負荷一定時，隨著K值的減小，冷凝溫度升高。制冷量降低，功耗增加。

2.2制冷劑蒸發(fā)溫度低

下圖為在其他條件不變，蒸發(fā)溫度降低的壓焓圖。

蒸發(fā)溫度為t0時，制冷循環(huán)為1-2-3-4-1， 單位制冷量為q0，壓縮功為w0。

蒸發(fā)溫度為t0‘時，制冷循環(huán)為1-2‘-3‘-4‘-1， 單位制冷量為q0，壓縮功為w0‘。

由于制冷系數(shù)ε= q0/ w0，從圖中可以看出q0> q0‘ ，w0< w0‘。因此，當蒸發(fā)溫度降低時，制冷機組的制冷效率降低，在制冷量相同的情況下，電耗增加。

蒸發(fā)器小溫差即通過蒸發(fā)器的冷媒水出口溫度與蒸發(fā)器中制冷劑飽和溫度的差值。蒸發(fā)器小溫差越大，蒸發(fā)器換熱效率越低，在蒸發(fā)溫度不變的情況下，冷媒水出水溫度升高，這樣機組制冷效率降低。蒸發(fā)器小溫差越小，蒸發(fā)器換熱效率越高，機組制冷效率就越高。

2.2.1蒸發(fā)器換熱管臟堵

蒸發(fā)器為冷量輸出裝置，冷媒中的熱量將通過蒸發(fā)器換熱管傳遞給氟利昂。如果蒸發(fā)器換熱管臟堵，蒸發(fā)器的換熱效果就會受到影響，換熱量也會大大下降，從而影響機組的制冷效率。

2.2.2潤滑油進入蒸發(fā)器

潤滑油進入蒸發(fā)器，附著在換熱管表面，將造成蒸發(fā)器熱交換效率下降，制冷量降低，功耗增加。那么要得到同樣溫度的冷媒，制冷劑蒸發(fā)溫度就會降低，相應地蒸發(fā)壓力也降低。在蒸發(fā)器表面附有0.1mm油膜時，將使蒸發(fā)溫度降低2.5℃，耗電增加11%-12%。

2.2.3制冷劑不足或過量

制冷劑充注不足，蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)溫度降低，在冷凝溫度不變的情況下，制冷劑單位制冷量減小，機組制冷效率下降；制冷劑充注過量，冷凝壓力升高，冷凝溫度升高，在蒸發(fā)溫度不變的情況下，制冷劑單位制冷量減小，機組制冷效率下降。如果蒸發(fā)器液位過高，甚至出現(xiàn)液擊。制冷劑量的多或少，將影響制冷劑在冷凝器中的熱交換量，即影響冷凝器的有效傳熱面積，造成制冷量減少。同時也會影響到過熱度，影響熱力膨脹閥在設計工況下的正常工作，從而影響壓縮機工況，制冷量下降等。

因此制冷劑充注不足或過量都會使熱交換的效率下降，導致壓縮機壓頭增加，能耗上升。只有根據制冷設備設計要求，適量的充填好制冷劑，合理的調整好制冷系統(tǒng)中的制冷劑冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、過熱度，才能使制冷設備循環(huán)運行正常，才能得到較高的制冷量。

2.3制冷劑中混有不凝性氣體

充注制冷劑前制冷系統(tǒng)排空不充分、充注制冷劑、制冷機組檢修、潤滑油的分解、制冷劑的化學反應等都會導致制冷劑中混入不凝性氣體。一旦制冷劑中混入不凝性氣體，就會使系統(tǒng)壓力升高，壓縮機軸功率增大，機組制冷效率下降。能耗增加。

2.4系統(tǒng)介質泄漏

無論是冷卻水、冷媒水還是氟利昂，任何一種介質泄漏都會造成能耗的增加。因為獲取冷卻水需要冷卻塔風機、冷卻水流動需冷水泵的運行，這兩種設備的運行均須耗費電能。而獲取冷媒水需要冷卻水泵、冷凍水泵、制冷機組、冷卻塔的共同運行，其耗能更高。氟利昂的泄漏直接影響機組的制冷效率，制冷機組能耗增加。因此減少介質泄漏是節(jié)能降耗的最直接辦法。

3、制冷系統(tǒng)節(jié)能方案

3.1冷卻水系統(tǒng)的綜和調解

通過以上分析冷卻水的流量和溫度直接影響著制冷機組的運行狀態(tài)。冷卻水的流量不足和溫度過高都會影響制冷機組的制冷效率，使制冷機組耗能增加。但增大冷卻水的流量或降低冷卻水的溫度必須要增加冷卻水泵、冷卻塔風機開臺，也會造成能耗的增加。對此，我們采取能耗綜合平衡的方法，制定相應的制冷機能耗、冷卻水泵和冷卻塔風機能耗綜合測試方案，在制冷裝置供冷負荷相對穩(wěn)定時期，根據不同季節(jié)氣溫條件下 ，循環(huán)水泵、風機開臺數(shù)對應的循環(huán)水溫度、電耗，對應的冷凍機電耗、冷凍機運行參數(shù)等數(shù)據進行數(shù)據整理和分析比較。最后形成了綜合節(jié)能的最佳調節(jié)點。

3.1.1冷卻水循環(huán)泵采用變頻控制

由于受環(huán)境溫度和制冷負荷的影響，冷卻水用量波動較大，為節(jié)約電耗，必須對冷卻水循環(huán)泵實施變頻控制。其調解頻率的方式靠冷卻水溫差進行實時調節(jié)。如冷卻水溫差低于設定值，冷卻水循環(huán)泵就不會增頻，冷卻循環(huán)水量就得到控制。要得到合理的水量，就應根據實際運行情況合理設定冷卻水溫差。在停機狀態(tài)下順序停運水泵，并將停運的機組與整個水循環(huán)隔離開來，能起到節(jié)能的效果。

通過長時間的摸索，一般我們將冷卻水溫差冬季設定為4-5℃，夏季將冷卻水溫差設定為2-3℃運行。

3.1.2夏季將低溫深井水引入循環(huán)水池，降低冷卻水溫度。

由于夏季環(huán)境溫度高，冷卻水溫度達30度， 機組制冷效率大大降低。且冷負荷較高，機組長期過載，降低冷卻水溫度是解決機組過載和節(jié)約電耗的最好辦法。而夏季公司內最方便、經濟的冷源就是深井水，深井水溫度約在21-23℃。將部分深井水引入冷卻循環(huán)水池，并將部分高溫冷卻水引入生產水池，保持冷卻循環(huán)水量平衡，使冷卻水溫度降低4-5℃。下表為制冷機組在負荷和開臺基本相同的情況下，不同冷卻水進口溫度時的冷堿水機組運行記錄。（見下表）

以上測量數(shù)據表明，在吸氣壓力不變，負荷均為100%（即制冷量基本相同）的情況下，通過降低冷卻水溫度，可使機組電耗大大降低。冷卻水入水溫度每下降1℃，電機功率降低約8KW。

3.1.3根據制冷機組的開臺，合理調節(jié)冷卻循環(huán)水泵和冷卻塔的開臺。由于用冷部位較多，且用量波動較大，機組負荷不穩(wěn)定。有時滿負荷運行4臺機組，突然機組負荷降低至50%以下，因此有必要停運機組及其附屬循環(huán)泵和冷卻塔的開臺，以減少電耗。因此，要根據負荷波動情況和機組開臺數(shù)量，制定詳細的開停機控制方案。

3.2定期清理冷凝器、蒸發(fā)器。

由于冷卻水系統(tǒng)為開式循環(huán)，水中容易進入雜質，且冷卻塔填料老化、冷卻水中存在藻類等，都會隨冷卻水進入循環(huán)。制冷機組冷凝器換熱管管徑較小僅19mm，冷卻水中稍大的填料、雜質及藻類都會堵塞冷凝器的換熱管，使通過機組冷凝器的冷卻水量減小。影響冷凝器的換熱效果。實踐證明冷凝器換熱溫差每升高1℃，機組電耗增加2.5%以上。為解決該不利因素，我們制定每半年對制冷機組冷凝器進行清理。

冷媒水管道中有時也會存在銹渣、泥沙等雜質，久而久之也會在蒸發(fā)器換熱管處淤積，影響冷媒水的流量，影響制冷機組的制冷量。根據實際運行情況，制定蒸發(fā)器換熱管每年清洗一次。

3.3保證制冷劑與冷凍機油的分離效果。

如果潤滑油進入到制冷系統(tǒng)，將造成熱交換效率下降，制冷量降低，功耗增加。因此，在制冷循環(huán)系統(tǒng)中必須保證油分離器的分離效果，使用低溫流動性好的冷凍機油，并應隨時回油，以使蒸發(fā)器和冷凝器經常保持良好的傳熱效率。

3.3.1檢修或更換油分離器凝聚濾芯

油分離器中主要的油氟分離部件就是凝聚濾芯，如果凝聚濾芯墊圈不嚴或損壞都會造成油氟分離不好，造成潤滑油進入蒸發(fā)器、冷凝器，影響換熱效果，降低制冷效率。因此，必須定期檢查和更換油分離器凝聚濾芯。

3.3.2保證油溫。

制冷機組運行時，油溫一般保持在35℃-55℃之間，如果溫度過低，影響油分離器的分離效果。影響蒸發(fā)器、冷凝器的換熱，降低機組制冷效率。

3.4防止空氣進入制冷系統(tǒng)

制冷機組檢修和維護保養(yǎng)過程要嚴格按照檢修和維護保養(yǎng)規(guī)程操作。檢修完成后，必須抽真空。維護保養(yǎng)必須按保養(yǎng)規(guī)程操作，嚴防空氣進入制冷系統(tǒng)中。

一旦空氣進入制冷系統(tǒng)，要將所有制冷劑抽至冷凝器，然后靜置一段時間后，從冷凝器上部的放空管排放，直至有較涼的氣體排出后關閉放空閥停止排氣。

3.5實施無泄漏控制

由于任何介質的泄漏都會造成能耗的增加，實施無泄漏控制，可大大降低系統(tǒng)電耗，減少介質的浪費。因此，檢漏工作應作為一項長期國策實施下去，包機到人，并且加大泄漏的考核。

4.總結

通過以上分析，我認為要真正實現(xiàn)制冷系統(tǒng)節(jié)能運行，首先要制定合理的運行方案。制定方案的過程中，不但要注意冷機在實際運行中的效率，還要綜合考慮冷水機組、冷卻水循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵及冷卻塔的運行耗電量。除此，機組的定期維護、保養(yǎng)和周檢也是保證機組運行效率的有效手段。只有這樣才能大大提高制冷系統(tǒng)的制冷效率，節(jié)約大量的電耗，還可以減少機組故障率，延長機組使用壽命。