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关于不同制冷系统应用于冷库的探讨郭靖（松下冷机系统（大连)有限公司，辽宁大连116600）摘要：随着社会经济的不断发展，冷库储存在人民生活中有着重要的价值。当前冷库中的制冷系统有氟利昂制冷系统、氨制冷系统和复叠式制冷系统，如何结合实际的制冷需要有效选择不同的制冷系统，是当前冷库建设中需要考虑的关键问题。阐述了氟利昂制冷系统、氨制冷系统和复叠式制冷系统的特点，同时分析各自的优缺点，并提出不同系统的优化措施，以期满足冷库的制冷需要，实现健康发展。关键词：氟利昂制冷系统氨制冷系统复叠式制冷系统中图分类号：TB657文献标识码：A文章编号：2095-0748（2023）01-0122-02引言氟利昂制冷系统有着较高的安全性和稳定性，虽然会对环境造成一定的破坏，但在我国小型冷库中依然广泛使用。氨制冷系统是我国大中型冷库使用的制冷系统，目前，在自动化和智能化程度上低于发达国家，中型、大型冷库的实际运行需要消耗较高的成本，不利于氨制冷系统的有效推广。复叠式制冷系统可以对货物进行超低温快速冷冻，能有效满足人们对冷冻食品新鲜度的要求。因此，在实际应用中，需结合冷库的需求和不同制冷系统的特点选择制冷系统。1氟利昂制冷系统1.1氟利昂制冷系统特点氟利昂制冷系统适合应用于人员密集或大型商场中的中小型冷库制冷，具有以下特点：一是氟利昂制冷剂无毒、无刺激性气味，且机组配置简单、技术相对成熟。二是氟利昂制冷系统中的设备体积较小，不仅可以降低占用面积，而且整体噪音小。三是氟利昂制冷系统也有一定的缺点，一旦氟利昂制冷器发生泄漏，就会对环境产生破坏，且因为氟利昂制冷剂是无刺激性气味，很难被发现和及时检测到。另外，在同等制冷需求下，氟利昂制冷系统的效率低于氨制冷系统的制冷效率1。1.2制冷剂替代和其性质目前市场中使用氟利昂制冷系统时，在制冷剂的选择上大多使用 R22，对臭氧层的破坏较为明显，为了更好地应用氟利昂制冷系统，目前已经针对 R22制冷剂替代品进行了研究，在替代品中 ODP 的值为0，不过在 GWP 的数值上还较高。结合市场中氟利昂制冷剂的使用情况，R407C 和 R404A 是使用最常见的制冷剂替代品。虽然这些制冷剂代替 R22 不会对臭氧层产生破坏，但在实际制冷剂的替代中，需要对不同制冷剂的化学性能、物理性能进行分析，只有在充分了解不同替代制冷剂的差异性后，才可以有效利用不同制冷剂替代品。3 种制冷剂的热力性质如表1 所示。表 1 中，臭氧消耗潜能（Ozone Depletion Potential）简称 ODP；全球变暖潜能（Global Warming Potential）简称 GWP（根据 GB/T 77782017，制冷剂安全性可分为 8 类，从安全到危险分别为 A1、A2L、A2、A3、B1、B2L、B2 和 B3）。2氨制冷系统2.1氨制冷系统特点在目前的冷库制冷系统应用中，氨制冷系统的应用面最为广泛，具有以下特点：一是氨作为天然的制冷剂，在 GWP 和 ODP 上都为零，蒸发压力和冷凝压力都处于正常范围，且标准大气压下的蒸发温度和普通低温冷库冻结间的蒸发温度一致，同时冷凝压力在冷却水温 3035 中压力为 11.4 MPa，最高不会超过 1.5 MPa。二是氨的物理性质决定了在单位体积制冷剂下是氟利昂制冷量的 2 倍，因此，同等制冷量需求下，氨制冷剂的使用量更小。三是氨制冷剂也有一定的缺点，其安全等级为 B2，不仅有毒，而且空气中氨浓度超过 16后，就有遇明火爆炸的风险2。冷库制冷过程中，在使用氨制冷系统时，会采用两级压缩中间完全冷却循环，具体制冷系统原理如收稿日期：2022-05-23作者简介：郭靖（1987），女，辽宁岫岩满族自治县人，硕士，毕业于哈尔滨商业大学制冷及低温工程专业，工程师，主要从事冷库、冰雪、热泵系统设计及制冰系统研究工作。总第 223 期2023 年第 1 期现代工业经济和信息化Modern Industrial Economyand InformationizationTotal 223No.1，2023DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2023.01.045表 1R22、R407C 和 R404A的热力性质表制冷剂R22R407CR404A沸点（latm）/40.6643.546.9临界温度/96.3386.7572.2临界压力/kPa4 8994 6233 733饱和蒸气压（25 ）/kPa10511641245蒸发潜热（l atm）/（kJ kg-1）235253207ODP0.03600GWP1 6981 7003 798ASHRAE 安全级别A1A1A1应用推广2023 年第 1 期图 3分布式低氨充注系统图2 所示。结合图 2 可以看出，氨制冷系统的冷库中设备较多，不仅有制冷循环设备，也要有一些辅助设备，例如油分离器、放油管、高压储液器和低压液体循环桶等。2.2氨制冷系统优化为了保证氨制冷系统的运行安全性，需要降低系统中氨的注射量，我国针对氨制冷系统中的氨注射量有明确规定，总充注量不能超过 40 t，且气体氨作为重大危险化学物品，储存量的临界值为 10 t。因此，可以使用工业制冷的分布式超低氨充注系统（ULC）来对氨的注射量进行控制，其系统原理如图 3 所示。ULC系统是模块化分布式制冷系统，能将蒸发器风扇和压缩机结合在一块，为减短制冷剂进入蒸发器的路程，使用封闭耦合式单元和自动化电子制冷剂供液控制技术实现对制冷剂的控制。另外，该系统的冷凝部分并非利用非管壳式冷凝器，而是使用融合并联板式换热器，因此，冷凝器管道中不会存有大量的氨制冷剂。该系统和传统的单级中央制冷系统比较，ULC 系统在能源消耗上可以降低 8，同时氨注射量可以减低97、用水量可以降低 4，经过试验，氨制冷系统中出现单个分布式单元损坏时，氨泄漏量最多不会超过50 kg，与传统氨制冷系统相比较，安全性更好3。3复叠式制冷系统3.1复叠式制冷系统特点降低蒸发温度才可以更好地降低冷库的温度，受制冷剂热力性质的影响，在具有较低沸点温度的同时，也有着较高的临界点温度，同时在低温制冷循环中，低温制冷剂的蒸发温度虽然较低，不过水冷冷凝器却无法满足冷凝温度的需求，为此需要利用复叠式制冷原理。具体而言，复叠式制冷循环可以分为高温部分和低温部分，且两个循环部分使用一个蒸发冷凝器，如图 4 所示。结合复叠式制冷系统低温部分的蒸发温度变化和高温部分冷凝温度变化看，低温部分的蒸发温度变化对系统 COP 的影响较大，在低温级，压缩机能耗受蒸发温度的影响较大，需要复叠式制冷系统降低低温级功耗，提高制冷效率。3.2在超低温冷库中应用在超低温冷库中，温度标准在-80-45 之间，这样的超低温可以快速制冰和快速冷冻食品。例如，可以对一些名贵海鲜产品进行有效速冻，且超低的温度可以在保存肉类时避免肉类细胞之间形成冰晶体，保证肉质的鲜美口感。在超低温冷库中对蒸发温度有限制，氨制冷剂和 CO2制冷剂不能达到需求，因此，使用 R22/R13 复叠式制冷系统，在低温部分的蒸发温度能达到-80 以下。受到氟利昂制冷剂对环境造成破坏的影响，常用 R170 制冷剂替代 R13 制冷剂，R170制冷剂具有易燃性，只能用于充液量较小的低温制冷设备中，不适合大中型冷库设备制冷，存在明显的局限性。4结语复叠式制冷系统虽然可以快速对产品进行冷冻，但当前市场中的超低温制冷剂应用，主要还是使用氟利昂制冷剂。在限制使用氟利昂制冷剂的背景下，其制冷剂的替代品也不能满足大中型冷库需要。另外，氟利昂制冷剂还会对环境造成不可逆的破坏，在同等制冷需求下，所消耗的制冷剂要远高于氨制冷系统，因此，在普通的低温冷库建设中，氨制冷系统具有较强的优势。虽然目前氨制冷系统存在着一定的危险性，不过通过技术优化可以极大地降低氨制冷剂的注射量，从而提高冷库运行的安全性，氨制冷系统将会是我国的冷链行业发展中的必经之路。参考文献1王方旭，邹同华.低温工况下不同制冷系统对比分析J.科技与创新，2022（5）：53-55；62.2孙炳岩，张文科，姚海清，等.不同制冷系统应用于冷库的探讨J.制冷与空调，2021，21（11）：11-15；19.3李坤，李俊明，马进，等.大型冷库中不同制冷系统能效对比的理论分析J.冷藏技术，2020，43（4）：19-24.（编辑：郭萍茹）（下转第 128 页）图 2双级压缩氨制冷系统图 4复叠式制冷循环系统冷凝器油分离器截止阀高压级压缩机中间冷却器低压级压缩机高压储液桶节流阀蒸发器氨泵低压循环桶液体管低压气体管高压气体管控制器压缩机板式储液桶中间冷却器高压储液桶回气桶蒸发器电子膨胀阀蒸汽质量传感回流器节流阀高温冷却器低温蒸发器低温压缩机蒸发冷凝器高温压缩机低压气体管高压气体管郭靖：关于不同制冷系统应用于冷库的探讨123现代工业经济和信息化第 13 卷会存在大量的能耗，设计人员将混合模拟退火算法应用到了工件传输过程中。通过这种方式，在降低机械空闲时间，提升车间能耗的基础上，进一步提升了车间产品的生产效率，为低碳高效的产品制造体系构建提供了有效的支持3。2.3优化设备材料选择在进行自动化机械设备生产制造体系时，设计人员可以从机械设备的材料、机械设备生产材料等方面入手，通过选择更具节能效果的材料的方式，进一步提升产品的节能环保效果，为产品后续平稳运行提供有效的支持，在产品生产过程中，可以通过尽量使用可回收、可再利用或者对环境造成污染较小的材料，在提升材料利用率的同时，达到保护自然环境的目的。同时，在设备设计过程中，可以通过提升材料抗磨性、耐热性等特性的方式，切实降低材料的更换率，并且避免出现零部件再替换后直接废弃造成能源浪费的情况，以便达到切实提升材料利用率，提升机械设备实用性的目的。2.4智能集成技术在自动化机械设备设计生产过程中，智能化集成技术的应用可以使机械设备的各部分系统集成为一个整体，在提升各部分之间工作配合质量的同时，还能有效降低设备运转过程中的能耗，从而为设备运转效果的提升提供有效的支持。在提升机械设备节能效果的过程中，可以通过为智能集成系统安装电能损耗监管系统、温湿度传感器、运行时间收集系统等系统的方式，对机械设备的整体运转情况进行收集，然后利用集成系统对收集到的数据信息进行分析，提前解析该自动化机械设备在整体运转过程中能源损耗情况，及时发现设备运转过程中存在的问题，便于后续处理对策的提出。同时，在将节能设计理念融入智能集成设备时，还可以通过对设备运转过程中所处的环境进行调控的方式，实现设备整体能耗的下降。举例来说，在将节能设计理念融入智能集成系统后，可以通过为系统添加光感、自动化安防等系统的方式，在明确设备运转环境变化情况的同时，通过及时将设备运转需要及时提供给工作人员的方式，保证设备运转的安全性与可靠性，为机械设备自动化效果的提升提供有效的支持4。3结语为切实提升机械制造业的整体质量水平，将节能设计理念融入自动化机械制造行业中，在降低机械制造生产对资源的消耗的基础上，可以有效满足机械制造对于社会环境发展的需要，从而达到推动行业的节能发展，减少资源浪费的目的。参考文献1兰晓峰，卢周成，梅晓雄.节能设计理念在机械制造与自动化中的应用J.南方农机，2019，50（6）：162；182.2武林虎，毕琳，王祖龙.浅析节能设计理念在机械制造与自动化中的有效应用J.内燃机与配件，2019（12）：209-210.3杨明慧.基于节能设计理念在机械制造与自动化中的应用方法分析J.河北农机，2021（11）：96-97.4朱小琴.节能设计理念在机械制造与自动化中的应用分析J.数码设计（上），2020（2）：54.（编辑：刘楠）Application of Energy-Saving Design Concepts in Machine Manufacturing and AutomationWang Zhiliang（Gansu Province Shandan Peili School,Shandan Gansu 734100）Abstract:The significance a