制冷系统运行优化节能分析

董金芝

【摘 要】本文通过制冷系统运行流程对制冷系统能耗诸多因素进行分析，确定影响制冷系统能耗的因素。并根据影响因素制定相应的解决方案，提高系统运行效率，从而达到节约电耗的目的。

【关键字】制冷；节能；因素；综合能耗；制冷效率

概述：目前，制冷技术的应用范围越来越广，冷量需求也越来越大，制冷设备不断增加。现在，我公司螺杆冷水机组就有6台，装机功率250KW/台。螺杆碱水机组就有9台，装机功率320KW/台。对应冷水循环泵，装机功率55 KW/台和碱水循环泵30 KW/台。冷却循环水泵11台，装机功率110 KW/台。还有冷却塔9台，冷却塔风机功率30 KW/台。随着制冷系统的不断壮大，制冷装置的能耗也在迅速增加。制冷系统的节能工作也越来越受到公司的关注。因此，制冷系统的节能优化运行必不可少。其综合能耗应包括系统内所有设备（制冷机、冷冻水泵、循环水泵、冷却塔）的运行能耗的总和。

1.制冷系统的工艺流程。

2.影响制冷系统能耗的因素

机组的制冷效率（cop）=制冷量/电功率，即每千瓦的电量所产生的制冷量。COP值越大表明机房的效率越高。

2.1制冷剂冷凝温度高

下图为在其他条件不变冷凝温度升高的压焓图。

冷凝温度为tk时，制冷循环为1-2-3-4-1， 单位制冷量为q0，压缩功为w0。

冷凝温度为tk‘时，制冷循环为1-2‘-3‘-4‘-1，单位制冷量为q0‘，压缩功为w0‘。

由于制冷系数ε= q0/ w0，从图中可以看出q0> q0‘ ，w0< w0‘。因此，当冷凝温度升高时，制冷机组的制冷效率降低，在制冷量相同的情况下，电耗增加。

通过分析，我们认为造成冷凝温度升高的原因有以下几种：

2.1.1冷却水温度高

冷却水入口温度高，冷凝器换热温差减小，换热效率降低，换热量减小，机组制冷量降低。且冷凝温度、冷凝压力就高。而冷媒水出水温度不变，蒸发器蒸发温度和蒸发压力就基本不变。这样就导致压缩机压头增加，能耗上升。故机组制冷效率降低。

2.1.2冷凝器小温差大

冷凝器小温差即通过冷凝器的冷却水出口温度与冷凝器中制冷剂饱和温度的差值。冷凝器小温差越大，冷凝器换热效率越低，在冷却水温度不变的情况下，冷凝温度升高，这样压缩机压缩比增大，轴功率增大，机组制冷效率越低。冷凝器小温差越小，冷凝器换热效率越高，压缩机轴功率越小，机组制冷效率越高。

冷凝器小温差增大的原因有以下几种

2.1.2.1冷却水流量小

冷却水泵运行控制不合理，或冷却水阀门开度不足、冷却塔喷水嘴堵塞，都会造成冷却水流量不足。如果冷却水的流量不足，由冷却水带走的制冷剂的热量就会减少，机组制冷量降低。且冷凝温度也会相应升高，压缩机压缩比增大，能耗上升。

2.1.2.2冷凝器换热管脏堵

我们使用的冷凝器为管壳式换热器，在冷凝器中，冷却水走管程，制冷剂走壳程。由于冷却水为开式循环，不免有进入杂质和滋生藻类现象，且冷凝器换热管直径只有16mm左右，随着运行时间的加长，管口处容易堵塞，影响冷却水流量，造成冷凝器换热效果降低。冷却水中的钙镁离子、碳酸根离子在特定温度下，发生化学反应，生成不溶性物质，附着在换热管内部，影响换热效果。

2.1..2.3 润滑油进入冷凝器

如润滑油进入冷凝器，冷凝温度升高，相应地冷凝压力也升高。这是由于润滑油进入冷凝系统后产生油膜，使热阻增大、传热系数K减小。当冷凝器热负荷一定时，随着K值的减小，冷凝温度升高。制冷量降低，功耗增加。

2.2制冷剂蒸发温度低

下图为在其他条件不变，蒸发温度降低的压焓图。

蒸发温度为t0时，制冷循环为1-2-3-4-1， 单位制冷量为q0，压缩功为w0。

蒸发温度为t0‘时，制冷循环为1-2‘-3‘-4‘-1， 单位制冷量为q0，压缩功为w0‘。

由于制冷系数ε= q0/ w0，从图中可以看出q0> q0‘ ，w0< w0‘。因此，当蒸发温度降低时，制冷机组的制冷效率降低，在制冷量相同的情况下，电耗增加。

蒸发器小温差即通过蒸发器的冷媒水出口温度与蒸发器中制冷剂饱和温度的差值。蒸发器小温差越大，蒸发器换热效率越低，在蒸发温度不变的情况下，冷媒水出水温度升高，这样机组制冷效率降低。蒸发器小温差越小，蒸发器换热效率越高，机组制冷效率就越高。

2.2.1蒸发器换热管脏堵

蒸发器为冷量输出装置，冷媒中的热量将通过蒸发器换热管传递给氟利昂。如果蒸发器换热管脏堵，蒸发器的换热效果就会受到影响，换热量也会大大下降，从而影响机组的制冷效率。

2.2.2润滑油进入蒸发器

润滑油进入蒸发器，附着在换热管表面，将造成蒸发器热交换效率下降，制冷量降低，功耗增加。那么要得到同样温度的冷媒，制冷剂蒸发温度就会降低，相应地蒸发压力也降低。在蒸发器表面附有0.1mm油膜时，将使蒸发温度降低2.5℃，耗电增加11%-12%。

2.2.3制冷剂不足或过量

制冷剂充注不足，蒸发压力降低，蒸发温度降低，在冷凝温度不变的情况下，制冷剂单位制冷量减小，机组制冷效率下降；制冷剂充注过量，冷凝压力升高，冷凝温度升高，在蒸发温度不变的情况下，制冷剂单位制冷量减小，机组制冷效率下降。如果蒸发器液位过高，甚至出现液击。制冷剂量的多或少，将影响制冷剂在冷凝器中的热交换量，即影响冷凝器的有效传热面积，造成制冷量減少。同时也会影响到过热度，影响热力膨胀阀在设计工况下的正常工作，从而影响压缩机工况，制冷量下降等。

因此制冷剂充注不足或过量都会使热交换的效率下降，导致压缩机压头增加，能耗上升。只有根据制冷设备设计要求，适量的充填好制冷剂，合理的调整好制冷系统中的制冷剂冷凝温度、蒸发温度、过热度，才能使制冷设备循环运行正常，才能得到较高的制冷量。

2.3制冷剂中混有不凝性气体

充注制冷剂前制冷系统排空不充分、充注制冷剂、制冷机组检修、润滑油的分解、制冷剂的化学反应等都会导致制冷剂中混入不凝性气体。一旦制冷剂中混入不凝性气体，就会使系统压力升高，压缩机轴功率增大，机组制冷效率下降。能耗增加。

2.4系统介质泄漏

无论是冷却水、冷媒水还是氟利昂，任何一种介质泄漏都会造成能耗的增加。因为获取冷却水需要冷却塔风机、冷却水流动需冷水泵的运行，这两种设备的运行均须耗费电能。而获取冷媒水需要冷却水泵、冷冻水泵、制冷机组、冷却塔的共同运行，其耗能更高。氟利昂的泄漏直接影响机组的制冷效率，制冷机组能耗增加。因此减少介质泄漏是节能降耗的最直接办法。

3、制冷系统节能方案

3.1冷却水系统的综和调解

通过以上分析冷却水的流量和温度直接影响着制冷机组的运行状态。冷却水的流量不足和温度过高都会影响制冷机组的制冷效率，使制冷机组耗能增加。但增大冷却水的流量或降低冷却水的温度必须要增加冷却水泵、冷却塔风机开台，也会造成能耗的增加。对此，我们采取能耗综合平衡的方法，制定相应的制冷机能耗、冷却水泵和冷却塔风机能耗综合测试方案，在制冷装置供冷负荷相对稳定时期，根据不同季节气温条件下 ，循环水泵、风机开台数对应的循环水温度、电耗，对应的冷冻机电耗、冷冻机运行参数等数据进行数据整理和分析比较。最后形成了综合节能的最佳调节点。

3.1.1冷却水循环泵采用变频控制

由于受环境温度和制冷负荷的影响，冷却水用量波动较大，为节约电耗，必须对冷却水循环泵实施变频控制。其调解频率的方式靠冷却水温差进行实时调节。如冷却水温差低于设定值，冷却水循环泵就不会增频，冷却循环水量就得到控制。要得到合理的水量，就应根据实际运行情况合理设定冷却水温差。在停机状态下顺序停运水泵，并将停运的机组与整个水循环隔离开来，能起到节能的效果。

通过长时间的摸索，一般我们将冷却水温差冬季设定为4-5℃，夏季将冷却水温差设定为2-3℃运行。

3.1.2夏季将低温深井水引入循环水池，降低冷却水温度。

由于夏季环境温度高，冷却水温度达30度， 机组制冷效率大大降低。且冷负荷较高，机组长期过载，降低冷却水温度是解决机组过载和节约电耗的最好办法。而夏季公司内最方便、经济的冷源就是深井水，深井水温度约在21-23℃。将部分深井水引入冷却循环水池，并将部分高温冷却水引入生产水池，保持冷却循环水量平衡，使冷却水温度降低4-5℃。下表为制冷机组在负荷和开台基本相同的情况下，不同冷却水进口温度时的冷碱水机组运行记录。（见下表）

以上测量数据表明，在吸气压力不变，负荷均为100%（即制冷量基本相同）的情况下，通过降低冷却水温度，可使机组电耗大大降低。冷却水入水温度每下降1℃，电机功率降低约8KW。

3.1.3根据制冷机组的开台，合理调节冷却循环水泵和冷却塔的开台。由于用冷部位较多，且用量波动较大，机组负荷不稳定。有时满负荷运行4台机组，突然机组负荷降低至50%以下，因此有必要停运机组及其附属循环泵和冷却塔的开台，以减少电耗。因此，要根据负荷波动情况和机组开台数量，制定详细的开停机控制方案。

3.2定期清理冷凝器、蒸发器。

由于冷却水系统为开式循环，水中容易进入杂质，且冷却塔填料老化、冷卻水中存在藻类等，都会随冷却水进入循环。制冷机组冷凝器换热管管径较小仅19mm，冷却水中稍大的填料、杂质及藻类都会堵塞冷凝器的换热管，使通过机组冷凝器的冷却水量减小。影响冷凝器的换热效果。实践证明冷凝器换热温差每升高1℃，机组电耗增加2.5%以上。为解决该不利因素，我们制定每半年对制冷机组冷凝器进行清理。

冷媒水管道中有时也会存在锈渣、泥沙等杂质，久而久之也会在蒸发器换热管处淤积，影响冷媒水的流量，影响制冷机组的制冷量。根据实际运行情况，制定蒸发器换热管每年清洗一次。

3.3保证制冷剂与冷冻机油的分离效果。

如果润滑油进入到制冷系统，将造成热交换效率下降，制冷量降低，功耗增加。因此，在制冷循环系统中必须保证油分离器的分离效果，使用低温流动性好的冷冻机油，并应随时回油，以使蒸发器和冷凝器经常保持良好的传热效率。

3.3.1检修或更换油分离器凝聚滤芯

油分离器中主要的油氟分离部件就是凝聚滤芯，如果凝聚滤芯垫圈不严或损坏都会造成油氟分离不好，造成润滑油进入蒸发器、冷凝器，影响换热效果，降低制冷效率。因此，必须定期检查和更换油分离器凝聚滤芯。

3.3.2保证油温。

制冷机组运行时，油温一般保持在35℃-55℃之间，如果温度过低，影响油分离器的分离效果。影响蒸发器、冷凝器的换热，降低机组制冷效率。

3.4防止空气进入制冷系统

制冷机组检修和维护保养过程要严格按照检修和维护保养规程操作。检修完成后，必须抽真空。维护保养必须按保养规程操作，严防空气进入制冷系统中。

一旦空气进入制冷系统，要将所有制冷剂抽至冷凝器，然后静置一段时间后，从冷凝器上部的放空管排放，直至有较凉的气体排出后关闭放空阀停止排气。

3.5实施无泄漏控制

由于任何介质的泄漏都会造成能耗的增加，实施无泄漏控制，可大大降低系统电耗，减少介质的浪费。因此，检漏工作应作为一项长期国策实施下去，包机到人，并且加大泄漏的考核。

4.总结

通过以上分析，我认为要真正实现制冷系统节能运行，首先要制定合理的运行方案。制定方案的过程中，不但要注意冷机在实际运行中的效率，还要综合考虑冷水机组、冷却水循环泵、冷冻水循环泵及冷却塔的运行耗电量。除此，机组的定期维护、保养和周检也是保证机组运行效率的有效手段。只有这样才能大大提高制冷系统的制冷效率，节约大量的电耗，还可以减少机组故障率，延长机组使用寿命。