制冷系统的设计与优化控制策略

李庆波

青岛海容商用冷链股份有限公司 山东 青岛266000

一、制冷系统设计与优化控制的意义

制冷系统是现代科技发展的产物，其充分运用了多学领域知识，实现了物理空间上热能的相互转移，达到对空间内温度进行调节与控制的目的。制冷系统在长期的发展过程中形成了蒸汽制冷、空气制冷以及热电制冷等多种系统，其制冷原理之间存在一定差异。而在冷柜系统中，其多使用的是蒸汽制冷技术，即利用压缩机改变蒸汽压力，降低蒸汽体积使其压力升高，然后再将蒸汽送至冷凝器经气体液化原理使蒸汽进一步液化，再经节流阀作用转变成低压液体再进入到蒸发器，最后通过高温吸热原理使液体重新转化成蒸汽，然后再送回压缩机，如此循环往复达到制冷目的。在制冷系统的作用下，空间温度能够根据实际需求进行调节，从而给人们带来了更为舒适的生活环境。而随着时代发展，制冷系统作为能耗大户，已经与绿色环保的可持续发展产生矛盾冲突，这就需要从制冷系统的设计与控制层面着手进行优化，以在保证其制冷能力的基础上，满足现代人节能环保的相关要求，从而为绿色发展做出贡献。可以说，在当前人们生活水平日益提升的情况下，制冷系统的设计与控制优化已经成为制冷研究领域的一个重要课题，也是国家绿色发展的现实要求。

二、制冷系统的基本结构

随着制冷技术的发展，目前冷柜设备已经形成了一套固定的基本结构，即制冷系统、供电转换系统以及控制系统，这三部分共同实现制冷作用。在制冷系统中，其主要构件包含压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置四个大件，其他还有诸多次要部件，共同完成冷柜制冷的整个过程。而在制冷控制方面，其通常又包含温控与冷空两套系统。随着其研究的不断创新，目前更是进一步产生了冷剂回路、制冷剂压力、机电保护、温度、除霜、冷却水、室内外风速等各种控制调节器，使冷柜制冷系统的功能更为强大。

三、制冷系统的设计与控制优化

在冷柜制冷系统的设计方面，为使其在保证基本制冷性能的基础上进一步提升制冷效率，达到绿色节能目标，就需要针对其主要部件进行优化。

(一)压缩机的设计与优化。压缩机是制冷系统的核心，其在制冷系统中发挥着关键作用。压缩机本身的性能直接决定了其对低压气体的压缩能力，也决定了其最终的功率与能耗。而针对当前制冷系统的设计优化，也恰恰需要从压缩机的气体压缩与循环效率两方面展开。一方面，设计过程中，为了提升压缩机的气体压缩效率，一般会采取少吸快压的方式加以优化，但这就无法保证气体的输送。因此在设计时可以考虑采取多吸入管的设计思路，利用多个吸入管吸入气体，在分别将之输送到压缩机内的不同单元进行压缩处理，最后将各单元产生的蒸汽进行集中使用，如此就解决了压缩效率和气体输送的问题。另一方面，在设计上为保证制冷效率，应尽可能采用清洁制冷剂，如此不但能够保证制冷效率，还能够延长制冷系统的使用寿命。

(二)冷凝器的设计与优化。冷凝器是制冷系统中重要的换热装置，承担着高温气体的液化以及传导工作，是制冷系统对外放热的关键装置。但该装置如果出现问题，就会导致制冷系统能量损耗，使制冷系统能耗升高，不利于节能。对此，在设计过程中可以考虑采用垂直冷凝管由下至上注水的设计方式，以提升冷凝质量，有效控制能力损耗。

(三)蒸发器的设计与优化。蒸发器是制冷系统制冷目标最终达成的关键装置，其主要负责低温液体与外界的能量交换，实现汽化吸热的过程。可以说，蒸发器最终决定了制冷系统的制冷效果。在实际设计时，针对压缩机所采取的多单元工作设计思路，蒸发器需要在加热室与蒸发容积方面进行扩大设计，以满足气体输送需求，确保气液能够完全分离，避免阻塞冷凝装置。

(四)节流阀的设计与优化。节流阀主要是对流体进行收缩的关键装置，以加快流体流速，减少管道内的静压力。而为进一步增强管道内的流体收缩能力，在设计中可以提升节流阀的使用数量，使其覆盖整个管道，以达到充分收缩流体的目的。

(五)采用先进的变频制冷控制设计。在制冷系统控制优化方面，目前已经研究出多项技术，而其中最为突出的就是变频制冷技术。该技术是在制冷系统设计时为其增加相应的温度传感装置。该装置能够将制冷系统内部的热压力换算为相应的制冷温度。同时制冷系统会依靠人工智能技术为其设定出一个室内制冷温度，在室内温度达到这一温度时，传感器会控制制冷系统进行制冷量的调节，减少制冷系统运转功率，进而达到控制制冷系统能耗的目的。而在室内温度升高时，传感器感知这一温度并控制制冷系统重新调节制冷效果，提升制冷功率，从而迅速制冷，如此就可以将室内温度始终保持在一定范围内。同时由于制冷系统能够根据实际制冷需求调节运行功率，而不必始终保持最大功率，这样就能够有效实现节能效果，使制冷系统的控制更为合理。

结束语

在制冷系统的未来发展中，其仍将有更多的优化设计与控制思路产生，如当前大力倡导的新型制冷剂的应用以及现代更为智能化的控制技术的产生都将为制冷系统制冷性能的提高和控制的优化起到巨大推动作用。所以在未来发展中制冷系统的研究需要围绕节能环保相关要求进一步强化制冷系统内部设计的创新于优化，并加强更多新科技的应用，以为人们的生产生活提供更先进的制冷设备，为国家的节能环保事业做出更多贡献。