使用混合制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻機(jī)組的節(jié)能改造——介紹美國(guó)供暖制冷空調(diào)學(xué)會(huì)最佳科技獲獎(jiǎng)項(xiàng)目

董天祿

（上海市冷凍空調(diào)行業(yè)協(xié)會(huì)，上海 200003）

使用混合制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻機(jī)組的節(jié)能改造
——介紹美國(guó)供暖制冷空調(diào)學(xué)會(huì)最佳科技獲獎(jiǎng)項(xiàng)目

董天祿*

（上海市冷凍空調(diào)行業(yè)協(xié)會(huì)，上海 200003）

本文介紹一項(xiàng)美國(guó)雜志發(fā)表的某制藥廠建筑中使用的乙二醇溶液冷卻機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造的案例。通過(guò)改造，該冷卻機(jī)組不但實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能，并解決了該機(jī)組存在的低溫啟動(dòng)問(wèn)題。該項(xiàng)目對(duì)我國(guó)化工制藥行業(yè)使用的冷卻機(jī)組有很好的參考意義。

冷卻機(jī)組 節(jié)能 混合制冷系統(tǒng)

在美國(guó)佛蒙特州南柏林登市的一家制藥廠建筑中一臺(tái)存在問(wèn)題的乙二醇溶液冷卻機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱冷卻機(jī)組）促使工程師們創(chuàng)造了一個(gè)解決方案，該方案能保持冷卻機(jī)組原樣不變，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)持續(xù)節(jié)能。業(yè)主反映該機(jī)組在溫度下降至-6.7°C時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題：在啟動(dòng)時(shí)，由于低吸氣壓力或潤(rùn)滑油缺失，機(jī)組會(huì)跳閘。

工程師們通過(guò)仔細(xì)檢查這臺(tái)新安裝的空調(diào)設(shè)備，考慮將制冷劑液體在壓縮機(jī)啟動(dòng)前泵送至膨脹閥前的方法來(lái)解決。他們采用一臺(tái)分馬力的帶電磁聯(lián)合器的混合制冷劑泵，一臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)器，一臺(tái)直接數(shù)碼控制（DDC）設(shè)備，以及作為整個(gè)系統(tǒng)的一部分的程序改變和其他安全設(shè)施等。

乙二醇溶液冷卻機(jī)組改造前、后的制冷管路圖見(jiàn)圖1和圖2。

當(dāng)建筑需要制冷時(shí)，通過(guò)一項(xiàng)包含著延時(shí)、確認(rèn)制冷劑泵前存在液體制冷劑和柔性啟動(dòng)等啟動(dòng)程序，充分提升液體制冷劑的壓力以保證膨脹閥前是液體制冷劑而沒(méi)有增加明顯的熱量。然后壓縮機(jī)會(huì)像夏季一樣地啟動(dòng)，解決了業(yè)主的冷啟動(dòng)問(wèn)題。

現(xiàn)在，在制冷回路中裝有混合制冷劑泵，這樣就可以允許系統(tǒng)的高壓隨環(huán)境溫度而浮動(dòng)了。不必將系統(tǒng)最低排氣壓力固定在 1.55MPa(g)，可以將系統(tǒng)運(yùn)行于低至 0.83MPa(g)。當(dāng)排氣壓力下降時(shí)，壓縮機(jī)的制冷量增加而所需耗功下降。將混合制冷劑泵置于回路中，不會(huì)發(fā)生制冷效應(yīng)的損失，因?yàn)樵谂蛎涢y前始終保持 100%純液體制冷劑。

經(jīng)過(guò)改造的冷卻機(jī)組不但解決了低溫啟動(dòng)問(wèn)題，還能實(shí)現(xiàn)寒冷季節(jié)的“免費(fèi)制冷”。為完成此目的，他們停止壓縮機(jī)運(yùn)行并予以旁通，開動(dòng)混合制冷劑泵將液體制冷劑送進(jìn)冷卻機(jī)組的蒸發(fā)器。結(jié)果證實(shí)了有相變存在而且有一定量的制冷效應(yīng)。然后他們?cè)诂F(xiàn)有建筑的 DDC系統(tǒng)中增加控制點(diǎn)，并增加自動(dòng)控制閥門和管路。他們也增加一臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)器去控制冷凝器風(fēng)機(jī)，并增設(shè)旁通回路，允許液體制冷劑不經(jīng)過(guò)膨脹閥直接進(jìn)入蒸發(fā)器圓筒。這樣，在免費(fèi)制冷的運(yùn)行模式下，該直接蒸發(fā)式冷卻機(jī)組變成一種相似于滿液式的系統(tǒng)了。

圖1 安裝混合制冷劑前制冷管路圖

圖2 安裝混合制冷劑后制冷管路圖

不像一般人習(xí)慣于有一個(gè)固定的排氣壓力，在 7月份的一個(gè)熱天，排氣壓力可以達(dá)到 1.72 MPa(g)，而當(dāng)在黃昏環(huán)境溫度下降時(shí)，壓縮機(jī)排氣壓力可能下降至 0.97MPa(g)～1.03MPa(g)。 當(dāng)季節(jié)改變時(shí)，由于冷凝器變頻驅(qū)動(dòng)器改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)排氣壓力可能固定于 0.83MPa(g)。最終，在晚秋和初冬時(shí)的環(huán)境溫度，使控制器停止壓縮機(jī)的運(yùn)行并予以隔離。系統(tǒng)壓力將再次下降至環(huán)境溫度所允許的任何值，系統(tǒng)壓力在 0.52 MPa(g)至0.62MPa(g)之間是并不罕見(jiàn)的。

冷凝器出口制冷劑溫度和環(huán)境溫度之差小于0.6°C。通過(guò)控制制冷劑流量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以控制制冷劑溫度?？刂破鞅O(jiān)控冷卻機(jī)組圓筒內(nèi)的乙二醇溶液溫度，使保持在控制點(diǎn)內(nèi)而不會(huì)有很大的漂移。圖表中顯示，最低耗功是一平坦的直線而沒(méi)有上下串動(dòng)現(xiàn)象。

節(jié)能是很顯著的，特別在較冷季節(jié)。在改造前，冷卻機(jī)組的功耗是≥1.2kW/冷噸；在改造后的免費(fèi)制冷的模式下，在同樣的工況下功耗下降至≤0.18kW/冷噸。冷卻機(jī)組的制冷量和功耗是由環(huán)境溫度決定的。

由于安裝了新設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)改變了，不存在所謂系統(tǒng)的“正?！眽毫?。它從 7月份的1.72MPa(g)變化至1月份的0.48MPa(g)。在免費(fèi)制冷時(shí)，所遇到的范圍中的最低端是由于環(huán)境和液體制冷劑溫度的雙重影響的結(jié)果。建筑中持續(xù)保持著舒適的溫度，同時(shí)獲得可觀的節(jié)能。

該建筑的建筑面積為 2800m2，完成于 2009年。冷卻機(jī)組使用的制冷劑為R22，根據(jù)室外溫度,機(jī)組運(yùn)行于從冷凝溫度設(shè)定點(diǎn) 40.6°C下降至-1.1°C。不論在機(jī)械制冷模式或無(wú)壓縮機(jī)模式下運(yùn)行，在回路中總是循環(huán)著同樣的制冷劑。

通過(guò)收集到的改造前的運(yùn)行數(shù)據(jù)，顯示在一年的周期中，日平均耗電量為 638.60kWh，平均耗功 26.61kW. 改造后，通過(guò) 467天的數(shù)據(jù)收集，顯示冷卻機(jī)組日平均耗電量為 267.5kWh，平均耗功 11.5kW，.和改造前的 26.61kW 相比，節(jié)約了15.46kW，不僅解決了業(yè)主的機(jī)組啟動(dòng)問(wèn)題，而且節(jié)約了大量的能量。

[1]Peter F. Baily，Walt Joncas, Greg Dodge. COOL WEATHER SAVING – Using Hybrid Refrigeration Systems for Chiller Retrofit [J]. ASHRAE JOURNAL，August，2011

Using hybrid refrigeration systems for chiller retrofit——An ASHRAE ‘s best technology award case study

Dong Tianlu
(Shanghai Air-Conditioning and Refrigeration Institute，Shanghai 200003)

In this paper, a case study of glycol chiller retrofit for energy saving published in ASHRAE JOURNAL is introduced. The Chiller is used in a medical building. After retrofit a substantial amount of energy was saved and the building owner’s low temperature start problem was also solved. This case study is very useful for reference to domestic medical and chemical industries.

chiller；energy saving；hybrid refrigeration system

*董天祿，男，教授級(jí)高工，上海市冷凍空調(diào)行業(yè)協(xié)會(huì)首席顧問(wèn)。聯(lián)系地址：上海市冷凍空調(diào)行業(yè)協(xié)會(huì)，郵編：200003。電子郵箱：dtlzt@yahoo.com。