制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制

紀(jì)新潭

[摘要]隨著社會(huì)的發(fā)展以及對(duì)于先進(jìn)現(xiàn)代化設(shè)備的要求的不斷提高，制冷設(shè)備如中央空調(diào)、暖通空調(diào)以及冰箱等設(shè)備以家電的形式進(jìn)入人們的生活，成為日常生活中必不可少的組成元素之一。制冷機(jī)是制冷設(shè)備中最為重要的部分，因此必須保證制冷量與設(shè)備負(fù)荷相匹配，要保證制冷設(shè)備的正常運(yùn)行，首先要保證制冷機(jī)能夠滿(mǎn)足制冷設(shè)備的正常工作所需負(fù)荷，下面我們就制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制進(jìn)行全面的闡述。

[關(guān)鍵詞]制冷系統(tǒng)；工作原理；優(yōu)化控制

0前言

隨著人們對(duì)于生活、工作、生產(chǎn)環(huán)境要求的進(jìn)一步提高，室內(nèi)的制冷設(shè)備顯得越發(fā)重要。大型制冷設(shè)備已經(jīng)從專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)加工所需進(jìn)入到商業(yè)、教學(xué)以及醫(yī)療之中，而且慢慢進(jìn)入到人們的住宅環(huán)境中。隨著制冷設(shè)備越來(lái)越受到人們的重視，如何讓制冷系統(tǒng)能夠更加高效的運(yùn)轉(zhuǎn)成為當(dāng)下的重要話(huà)題，本文以制冷系統(tǒng)的工作原理為著眼點(diǎn)，簡(jiǎn)要分析制冷系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，最后提出制冷系統(tǒng)的相關(guān)優(yōu)化控制。

1制冷系統(tǒng)的分類(lèi)以及其工作原理

1.1制冷系統(tǒng)的組成

制冷系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的組合體，以其工作性質(zhì)可分為四個(gè)組成部分，分別是壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四大機(jī)件。其中壓縮機(jī)是制冷循環(huán)的主要?jiǎng)恿Γ侵评湎到y(tǒng)的核心組成部分。它是由電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)進(jìn)行著旋轉(zhuǎn)，除了能及時(shí)的抽出蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽外，還能維持低溫低壓的環(huán)境，使制冷劑蒸汽的熱量能夠及時(shí)的向外轉(zhuǎn)移。冷凝器在制冷設(shè)備中以熱交換器的形式存在，其作用是利用設(shè)備內(nèi)的低溫的環(huán)境，將設(shè)備中的熱量帶走，使高溫高壓的制冷蒸汽迅速降溫為低溫低壓的狀態(tài)。節(jié)流原件是將高壓常溫的制冷劑液體通過(guò)這個(gè)降壓裝置得到低溫低壓的制冷劑。再融入到蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)。蒸發(fā)器也是一個(gè)熱交換設(shè)備，它主要是將被冷卻的物質(zhì)的溫度吸收，達(dá)到冷凍、冷藏的目的。制冷設(shè)備在四個(gè)裝置的共同作用下。完成制冷效果。

1.2單冷型多聯(lián)制冷設(shè)備

單冷型多聯(lián)制冷設(shè)備是由室內(nèi)外機(jī)組組成，直流變頻設(shè)備多聯(lián)是三臺(tái)左右室外機(jī)以及四十八臺(tái)室內(nèi)機(jī)組成，當(dāng)制冷運(yùn)行時(shí)，來(lái)自各室的熱交換器的低溫、低壓的制冷劑氣體被匯合，經(jīng)連接組件分流后，被各個(gè)模塊壓縮機(jī)吸入壓縮為高溫高壓氣體，再排入室外交換機(jī)進(jìn)行氣體交換，最后經(jīng)連接管、分歧管等分流至各個(gè)室內(nèi)機(jī)，最后交換為低溫、低壓的制冷氣體。如此周而復(fù)始的進(jìn)行循環(huán)，最后達(dá)到制冷效果。

1.3電熱型制冷設(shè)備

單冷型制冷設(shè)備屬于壓縮式制冷機(jī)，而電熱型制冷設(shè)備在制冷原理上屬于半導(dǎo)體式制冷設(shè)備。電熱型制冷設(shè)備在制冷方式上是在通電的條件下，利用半導(dǎo)體的熱一電效應(yīng)進(jìn)行制冷。電熱型制冷設(shè)備又稱(chēng)熱泵型空調(diào)，其制冷原理可以理解為搬運(yùn)熱量的過(guò)程，也就是說(shuō)制冷設(shè)備是將室內(nèi)的熱量搬運(yùn)到室外，這種方式較單冷型浪費(fèi)能量，常規(guī)情況下，搬運(yùn)能力為耗費(fèi)1000W電量才可以得到3000W的制冷量，因此在選擇時(shí)，一般是單冷型制冷設(shè)備更為消費(fèi)者所接受。電熱型制冷舍比通常分為兩種，一種是無(wú)需自動(dòng)除霜，只能在高于5℃時(shí)才能使用，另一種是自帶自動(dòng)除霜功能，因此使用環(huán)境較廣。

1.4定頻、直流、變頻以及數(shù)碼漩渦多聯(lián)設(shè)備

制冷設(shè)備在工作原理上分為很多種，除主要使用的單冷型制冷設(shè)備、電熱型制冷設(shè)備外，還有定頻、直流、變頻以及數(shù)碼漩渦等多聯(lián)設(shè)備。定流、直流以及變頻多聯(lián)設(shè)備是以其工作過(guò)程中的通電方式進(jìn)行劃分的，由于制冷設(shè)備在工作過(guò)程中采用間歇式循環(huán)制冷的工作方式，因此對(duì)于各個(gè)階段的用電情況也各有所要求，因此變頻設(shè)備是最為常見(jiàn)的工作機(jī)組，但是隨著近些年來(lái)對(duì)于制冷設(shè)備的不斷研究，人們逐漸開(kāi)始接受定頻、直流等更為節(jié)能、高效的制冷機(jī)組。數(shù)碼漩渦多聯(lián)設(shè)備是隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷普及下所誕生的一種新型工作機(jī)組，它是以最便捷的控制手段，在運(yùn)行過(guò)程中保持制冷劑氣體的漩渦式流動(dòng)，制冷范圍大、溫度均勻。

2制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以及基本要求

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)以及云計(jì)算的普遍應(yīng)用，制冷劑的設(shè)計(jì)理念也在隨著數(shù)據(jù)化的發(fā)展而不斷的進(jìn)行質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)的制冷設(shè)備的設(shè)計(jì)主要是為了滿(mǎn)足一個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的溫濕度機(jī)房環(huán)境，因而傳統(tǒng)的制冷觀(guān)念我們稱(chēng)之為“房間制冷”，這種制冷方式貫穿著制冷規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及制冷建造。然而隨著人們對(duì)于生活、生產(chǎn)環(huán)境要求的不斷提高，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)難以滿(mǎn)足人們的要求，人們?cè)谙胍_(dá)到理想制冷效果的同時(shí)更加注重節(jié)能環(huán)保，因此壓縮機(jī)以及制冷劑的設(shè)計(jì)與選擇一定要滿(mǎn)足制冷要求，產(chǎn)品參數(shù)應(yīng)與工作環(huán)境更加匹配，達(dá)到最佳的制冷效果。

2.2制冷劑的選擇與流動(dòng)

制冷劑是制冷設(shè)備的主要組成元素，制冷系統(tǒng)的工作過(guò)程主要依賴(lài)制冷劑的流動(dòng)與循環(huán)。在進(jìn)行制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中時(shí)，選擇合適的制冷劑十分重要，挑選制冷劑時(shí)首先要考慮制冷劑的臨界溫度與壓力，要保證制冷劑要易于液化，其次，制冷劑要沸點(diǎn)低、不易燃燒，不具有爆炸性；考慮到經(jīng)濟(jì)性，制冷劑還要價(jià)格便宜，容易驗(yàn)漏。在制冷裝置中，要保證制冷劑的能夠暢通的進(jìn)行流動(dòng)與循環(huán)，因此，制冷系統(tǒng)中要保證各個(gè)管道與線(xiàn)路的順暢以及具有足夠的制冷劑流動(dòng)空間。

2.3制冷系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的選擇

制冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)運(yùn)行中，選擇合適的運(yùn)行參數(shù)對(duì)于制冷系統(tǒng)的高效的運(yùn)行十分重要。在制冷系統(tǒng)中，所設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)眾多，在各個(gè)方面的參數(shù)中，蒸發(fā)溫度、冷凝壓力與壓力是直接決定著產(chǎn)品運(yùn)行的主要參數(shù)。制冷系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的操作的調(diào)整主要是依據(jù)制冷劑的壓力和溫度變化，同時(shí)，凍結(jié)間、冷卻間以及冰箱、空調(diào)等設(shè)備的最大的工作特點(diǎn)是冷熱負(fù)荷變化大、溫度變化大，因此需要根據(jù)制冷設(shè)備的工作環(huán)境，選擇合適的運(yùn)行參數(shù)不僅能夠提高制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還能保證工作機(jī)組的安全性。

3制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制

3.1制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制的網(wǎng)絡(luò)模型

制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制的網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)包括多輸入多輸出模型，在模型建立中，應(yīng)包含總參數(shù)和相移動(dòng)邊界法建立的熱交換器的動(dòng)態(tài)模型，還應(yīng)該具備膨脹閥的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)模型。在建立優(yōu)化控制的模型中，應(yīng)該保證所建立的模型具有通用性，能夠完整的反應(yīng)出系統(tǒng)的能量輸入與輸出的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并能在模型中獲得真實(shí)工作狀態(tài)中的制冷系統(tǒng)所存在的工作過(guò)程中的問(wèn)題，從而獲得相應(yīng)的控制對(duì)策。優(yōu)化控制的網(wǎng)絡(luò)模型不僅是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)綜合優(yōu)化的控制的基礎(chǔ)，也是對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)更新的最佳方案的選擇，

3.2對(duì)于制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)的效率控制

對(duì)于制冷設(shè)備的優(yōu)化控制的幾個(gè)環(huán)節(jié)中，有關(guān)于效率控制十分重要，制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)是制冷的核心，直接決定著對(duì)于能量的消耗以及制冷效果。壓縮機(jī)的效率優(yōu)化過(guò)程中，要盡量避免“大馬拉小馬”和“大馬拉大車(chē)”的工作方式，要盡量保證最大程度的發(fā)揮機(jī)器的最大功率。制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)的效率一般可以用能量的輸入、輸出以及制冷劑氣體的前后溫差來(lái)進(jìn)行表示，合理的優(yōu)化控制制冷系統(tǒng)的壓縮設(shè)備，不僅決定著能源的消耗，還能保證庫(kù)房的溫度能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

4結(jié)語(yǔ)

隨著近些年來(lái)對(duì)于制冷設(shè)備的不斷研究，制冷設(shè)備的效率以及節(jié)能性都得到了較大的提升，在對(duì)于制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程中，要多于制冷系統(tǒng)有著足夠的了解，對(duì)其工作原理、工作類(lèi)型等進(jìn)行深入剖析，最后要根據(jù)工作環(huán)境選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)模型，爭(zhēng)取做到最佳的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

[責(zé)任編輯：王偉平]