提高蒸发温度对超市制冷系统经济性的影响

陈力 张剑 马刚

(天津商业大学,天津 300134)

提高蒸发温度对超市制冷系统经济性的影响

陈力 张剑 马刚

(天津商业大学,天津 300134)

在当前我国的节约型社会建设如火如荼的发展过程中,对设备的利用率进行提高以及延长设备的使用寿命已经显得愈来愈重要。在现阶段我国现有的超市当中通常都设有夏季供冷空调系统以及冬季供热采暖系统和视频储存制冷系统,最为常用的是冷水机所提供的冷源,用锅炉来提供热源,在冷水机组以及制冷系统在运行的过程当中会排除大量的冷凝热,倘若是这些热量在通过冷却水系统排向大气就会对室外空气造成污染,环境温度的升高也会对空调系统以及制冷系统的工作环境造成恶化。本文主要就是对超市的制冷系统在提高蒸发温度上所造成的经济性影响进行研究,希望通过此次努力对实际起到一定的指导作用。

蒸发温度 超市制冷系统 经济性

在超市的制冷系统当中主要就是由冷凝器以及压缩机等多个相互独立的陈列柜做构成，在各陈列柜的温度控制器通常是采取滞环控制的方法，而这一方法比较容易趋于一致，从而导致系统呼吸压力在大范围内产生波动，在压缩机组以及相应阀门出现同步现象，这样就增加了压缩机组的负载以及在使用寿命方面也大大的降低。

1 超市制冷系统的基本概述

1.1 超市制冷系统的结构、原理分析

在当前最为常用的制冷原理是通过某些低沸点液态制冷剂在不同压力下，汽化时吸热的性质来实现的，在结构上主要分为压缩机以及冷凝器和蒸发器等，在压缩机吸入蒸发制冷之后的低温低压制冷剂气体之后，就会被压缩成高温高压气体输送到冷凝器，在进行冷却后变为常温高压液体，在经过热力膨胀阀的时候，经过节流的作用就会形成低温低压蒸汽流入蒸发器，再从四周进行吸热，在风道系统的作用下就会使得制冷空间的温度得以冷却，而蒸发后的制冷剂在回到压缩机当中，这样就形成了一个循环的制冷过程，进而达到制冷的效果[1]。

1.2 超市制冷系统的特点分析

在大型的超市当中，为了能够使得商品的保质期加以有效的演唱，有些商品就需要进行冷藏储存，超市的制冷系统也是采用了蒸汽压缩式制冷，其自身有着比较鲜明的特点，在制冷的需求方面较大，负荷变化也比较大，不同的类型商品在储存的条件也会有着一定的差异，在陈列摆放也会有着一定的要求[2]。超市的制冷系统通常都是采取分布式控制方法，压缩机组配备吸气压力控制器，冷凝器单元配备有冷凝压力控制器，每个陈列柜也会配备过热度控制器以及温度控制器，冷凝压力控制以及吸气压力控制两者基本相似，但是也有采用一个变频使用一个风扇在转速上产生变化的。

图1

图2

2 超市制冷系统仿真模型建立探究

2.1 超市制冷系统中陈列柜模型建立

在陈列柜的动态变量主要能够分为储存物的温度以及蒸发器壁的温度和流经蒸发器的制冷剂质量、陈列柜内空气的温度，在陈列柜的模型方面主要包括蒸发器以及储存物和两者间的风幕，根据三者间的能量守恒定律推出以下三个方程式：

在制冷剂在蒸发器当中发生了变化的同时，根据每个状态的表达式就能够通过MATLAB/SIMUUNK制作出相对应的模块(图1)，在每个状态量的表达式做成了封装之后，然后就将它们作为子系统加以封装，这样就能够得到比较简单的一个陈列柜子模块，最后将这些子模块进行并列，加上输入输出和相应的扰动得到以下的模块(图2)[3]。

2.2 超市制冷系统中压缩机模型建立

在诸多的超市制冷系统当中，对于系统总压缩能力最为主要的就是依靠压缩机组当中的压缩机的工作个数，其模型是通过容积效率以及总位移容积进行描述的，在冷凝器当中的动力学状态是能够进行忽略不计的，故此这样就能够依次连接模块的输入以及输出，从而得到完整的超市制冷系统关于MATLAB/SIMUUNK的模型[4]。在压缩机处理体积流率的功率以及总压缩率则可以通过以下的方程式进行表述：

2.3 超市制冷系统中吸气管汇模型建立

在这一模型的建立方面，可以根据质量守恒定律进行建立方程式如下：

在吸气压力的基础上根据这一方程式进行建立MATLAB/SIMUUNK的表达式，而后再赋以相对应的初值，封装为子系统，那么就能够将吸气管的压力模块封装通过图3进行表示。

3 提高蒸发温度对超市制冷系统经济性的具体影响分析

3.1 提高蒸发温度对超市制冷系统中各环节的经济性影响分析

在超市的制冷系统正常运转下，对其蒸发的温度进行提高能够对多方面的设备产生影响从而影响经济性发生的变化。

首先，对蒸发温度的提高对超市制冷系统中的压缩机产生的影响，制冷压缩机在能效比方面会随着蒸发温度的提高而升高，而在冷凝温度没有发生变化的情况下，蒸发的温度在进行提升之后就会使得制冷量得以增加。同时也会对蒸发器产生影响，在这一影响过程中以冷冻柜作为例子进行讲述，根据冷却定律的方程式能够得知，冷冻柜的柜温是零下二十摄氏度，蒸发的温度是零下四十摄氏度，在标准的换热温差方面是二十摄氏度，在具体的变化规律方面，在蒸发的温度保持不动情况下，标准的换热温差是二十摄氏度，将其应用到冷却公式中就是Q=20hF，而在蒸发的温度升高的i时，其标准的温差就是20-i摄氏度，从而就能够得出公式Qy=(20-iy)hFy，这样就能够通过Q=Qy，h的值保持不变从而建立Fy=(20/20-iy)F，在这一方程式当中是iy表示蒸发温度升高了y摄氏度，而F则是表示20摄氏度的陈列柜蒸发器的面积，Fy是表示蒸发的温度升高了y摄氏度之后的陈列柜蒸发器的面积[5]。

图3

表1

表2

其次，在蒸发温度温度进行提高之后会对超市制冷机组的成本造成很大的影响，这其中就有对低温压缩机成本的影响以及冷冻岛柜蒸发器成本的影响和对超市冷藏柜综合成本的影响。其中在低温压缩机的成本方面造成的影响可以通过实际的例子进行分析，以一组两米宽十米长的冷冻岛柜作为例子进行分析，在超市的环境温度达到二十七摄氏度的时候，其湿度在百分之七十，而冷冻岛柜如果是按照零下四十摄氏度的蒸发温度进行选配压缩机，那么柜温就会在零下十八摄氏度到零下二十摄氏度，在负荷上将会达到7.32千瓦[6]。通过进行计算选择某一品牌的三十匹压缩机就能够对制冷系统的要求得以满足。而把蒸发温度进行提高到零下三十五摄氏度的时候，冷冻岛柜的数量不变的情况下，这一品牌的十五匹压缩机就能够满足超市制冷系统的需求，在成本上能够大大的得到节约，在将蒸发温度提高到零下三十五摄氏度采取十五匹的压缩机就能够节约成本就能够节约七千多元的资金。

另外，在蒸发温度提高的同时对超市制冷系统中的冷冻柜蒸发器的成本也产生了很大的影响，在单台的冷冻岛柜蒸发器换热面积方面可以通过下表1进行简要的了解，当把蒸发温度进行提高的时候在十米长的冷冻岛柜蒸发器的成本增加如表2。

然后是对超市的冷藏柜的综合成本所带来的影响，在蒸发温度进行提高的同时会使得机组的压缩机在成本上得到降低，但是蒸发器的成本则会随之而增加，在这两者之间有着对应的关系，在蒸发温度得以变化的同时压缩机的成本以及冷柜成本之间的关系也会随之而发生变化。当蒸发温度提高1摄氏度的时候冷冻岛柜的成本在27287元，在2摄氏度时综合成本在25385元，在4摄氏度时综合成本在20867元，在5摄氏度时综合成本是81155元，在10摄氏度时综合成本在59471元，14摄氏度时综合成本在19095元，总体来说，在蒸发温度的提高量保持在1—14摄氏度的时候，冷冻岛柜制冷系统在综合成本方面是降低的，在蒸发温度处在5摄氏度的时候，在综合成本上的降低是最大的，而在14摄氏度则是最低，当蒸发温度超过了14摄氏度的时候综合成本则处在上升的趋势[7]。

3.2 对其经济性影响的理论分析

针对以上的实例继续进行分析，当蒸发温度达到5摄氏度的时候，压缩机的成本的降幅达到最大，对于超市的陈列柜制冷系统来说，在对其数量得以确定之后，对其蒸发的温度要能够合理的进行提升，同时选择的制冷压缩机的匹数也会变小，而机组的输入功率也会变小，在制冷设备的日常运转方面所产生的费用也会得到有效的降低，这样对超市的利润就能够得到最大化的增加，在超市的蒸发温度提高到十五摄氏度的时候，采取15匹机组能够一年节省十五万元左右的资金。对蒸发温度的提高可能够将蒸发器翅片的表面结霜量得以有效的减少，这就在除霜上的耗电量得到了大幅度的减少，从而达到了节能节约成本的目的。

3.3 超市制冷系统的新技术性能优势

在并联机组的技术应用上能够提供比较多的能量调节级数，也就是三台压缩机所组成的并联系统，能够提供多达七级能量的调解能力，所以采取并联机组在超市的制冷系统中进行应用能够从整体上提高效率，降低电能的消耗。这一系统对启动电流也在很大程度上得到了降低，从而减少了对电网的冲击，在并联机组这一技术上能够使得集中控制的实现变得有可能，在对解调器以及电话线进行调制的过程中，超市的连锁商能够进行实时的监控，这样就能够及时的发现问题并加以有效的解决，在维护的效率方面得到了提高，也能够对由于出差而带来的高额费用得到了有效的降低。

另外还能够有效的将可靠性得到有效的增强，对压缩机的频繁启动以及停止得到了避免，这样就延长了电机的使用寿命，当其中的某台压缩机发生了故障之后也不会影响其它的压缩机正常运行，这样就能够有效的对制冷系统的连续制冷有了保证[8]。

同时也能够对冷冻柜的温度波动起到了降低的作用，在食品的保险品质方面得到了有效的提高，在超市的食品保存需要恒定的温度，倘若是温度的波动超过了一个标准，那么食品就会很容易发生变质，在压缩机实施了实时的匹配动态负载之后，蒸发器内的蒸发压力平稳，就会对温度的控制有着保障，这样对食品的保存品质也能够得到有效的提高。

4 结语

综上所述，通过对超市制冷系统在提高蒸发温度对其经济性的影响的分析可以看出，要对其进行系统的优化才能够更有效的为超市的收益得以最大化的体现，另外在制冷系统的运行过程中要能够对同步现象的发生进行避免，以此来降低系统的损耗，这也是在今后需要进行研究的一个重点。在对其蒸发温度进行提高的过程中也要能够合理的实施，这样才能够有效的实现制冷系统的高效运行。

[1]谭永安,杨一帆,张晓龙,蔡永鹏,高广通,张磊.变频技术在超市制冷机组中的应用分析[J].制冷与空调,2011,(05).

[2]张建一,黄毅铭,詹 鋆.大型超市冷冻冷藏陈列柜应用现状和节能分析[J].制冷与空调,2011,(05).

[3]张文慧,聂雪丽,龚毅,吕彦力.陈列柜冷辐射对超市空调系统设计参数的影响[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2011,(05).

[4]陈天及,周新栋,余克志,严志刚,屠冰.敞开式低温陈列柜送风系统的优化设计研究[J].低温与超导,2012,(11).

[5]贾先权.CO2压缩机高压缸轴封及轴封系统的选型与改进[J].化工设计,2014,(01).

[6]夏源,徐厚达,王守国,曹锋.小尺度蒸发器的数值模拟及优化研究[J].流体机械,2014,(01).

[7]张秀芳,金苏敏.废热溴化锂吸收式动力、冷、热量梯阶转换系统分析[J].低温与超导,2012,(04).

[8]段振坤,臧润清.在冻结过程中进行液体冷媒融霜的实验研究[J].低温与超导,2013,(03).