冷庫制冷系統(tǒng)

【學員問題】雙源熱泵在冷庫制冷系統(tǒng)熱回收應用？

【解答】隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量要求越來越高，由于反季節(jié)消費，食品、飲品等生產(chǎn)企業(yè)倉貯等需要冷躲過渡貯存的食品、貨物越來越多，為冷躲業(yè)發(fā)展帶來了契機，冷庫是冷躲業(yè)發(fā)展的基礎，目前，全國冷庫的總容量為700多萬立方米。冷庫想達到正常的冷躲功能，利用的是空調(diào)的制冷功能，從而導致大量的熱量通過水以及空氣白白排進大氣中，沒有得到利用。同時隨著能源的緊張形勢，電熱水器以及燃油/氣熱水器由于能效較低，使得熱泵熱水器迅速得到了發(fā)展，但是人們往往忽視了它的制冷功能。因此，科萊泰克研發(fā)的雙源熱泵熱水機組能有效的將熱泵熱水器與制冷空調(diào)系統(tǒng)相結合，提供生活熱水的同時，降低了空調(diào)系統(tǒng)的冷凝溫度，極大地進步了機組的實際利用效率，節(jié)省能源，同時有利于減少溫室氣體的排放。

雙源熱泵機組先容

自然界中的水總由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫。但人們可以用水泵把水從低處提升到高處，從而實現(xiàn)水的由低處向高處活動，制冷循環(huán)同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以制冷空調(diào)裝置實質(zhì)上是一種熱量提升裝置，制冷空調(diào)裝置的作用是從四周環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），雙源熱泵熱水機組也是制冷空調(diào)裝置的一個分支。

科萊泰克雙源熱泵熱水機組（又名空調(diào)熱水一體機）集成風冷冷熱水機組以及熱泵熱水器兩大產(chǎn)品功能，采用一個水冷冷凝器作為熱水產(chǎn)生裝置，一個風冷冷凝器作為補償裝置，一個蒸發(fā)器作為空調(diào)冷水產(chǎn)生裝置（也可以作為冷卻水用途），能夠同時提供熱水以及空調(diào)冷水，具備熱水器以及制冷空調(diào)的兩個功能，因此具有其它空調(diào)系統(tǒng)以及熱水系統(tǒng)沒有的極大上風。機組也可以單獨作為熱水機或空調(diào)機使用。

如圖2所示，雙源熱泵熱水機組，主要由壓縮機、蒸發(fā)器、熱水冷凝器、翅片換熱器、膨脹閥五部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取蒸發(fā)器中的熱量）——壓縮——冷凝（放出熱量）——節(jié)流——再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將低溫介質(zhì)里的熱量轉移到水中，雙源熱泵熱水機組在工作時，與普通的空調(diào)以及熱泵機組一樣，在蒸發(fā)器中吸收低溫環(huán)境介質(zhì)中的能量QA；它本身消耗一部分的能量，即壓縮機耗電QB，通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進行放熱Qc，Qc=QA+QB，因此雙源熱泵熱水機組的效率為（QA+Qc/QB，遠大于制冷機組的QA/QB，以及熱泵系統(tǒng)的Qc/QB，由此可以看出，雙源熱泵熱水技術可以同時提供制冷以及制熱功能，可以節(jié)約大量的電能，同時還降低CO2等污染物的排放量，實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

工程概況

本項目是應“真功夫餐飲連鎖團體”的邀請，對其在東莞的物流配送中心冷庫進行系統(tǒng)化的節(jié)能改造。本冷庫地處廣東省東莞市。東莞市地處我國珠江三角洲地區(qū)，屬南亞熱帶典型的季風海洋天氣。熱和多雨、光照充足，雨量豐沛，溫差較小、夏季長、霜期短。全年均勻氣溫為20℃～22℃，日均勻氣溫均在0℃以上。冷庫原本已安裝有水冷螺桿機組做冷庫空調(diào)制冷系統(tǒng)，現(xiàn)雇主本著國家節(jié)能減排和降低運行用度考慮，想利用科萊泰克公司的雙源熱泵熱水機組往返收冷庫制冷系統(tǒng)冷卻塔中的熱量提供生活熱水，同時降低冷凍機的冷凝溫度從而降低運行電耗。

根據(jù)科萊泰克熱泵與東莞市氣溫條件，估算機組的能效比：

機組運行季節(jié)均勻環(huán)境溫度（℃）均勻冷水溫度（℃）機組能效比

冬季12℃12℃3.2（空調(diào)+熱水）

春、秋季

（過渡季節(jié)）22℃18℃4.3（只需供熱水）

夏季30.1℃22℃5.2（空調(diào)+熱水）

與鍋爐相比，科萊泰克雙源熱泵熱水設備占地面積小，不用建鍋爐房，設備利用率高，一機冬夏兩用，可安裝在任何位置，包括天面、設備房等透風良好的場所。

安全性高：科萊泰克雙源熱泵熱水機組，不同于電、燃油、燃氣等常規(guī)制冷的熱能轉換設備，而是熱量的搬運設備，完全實現(xiàn)水電分離，不存在漏電、觸電的現(xiàn)象，也不存在其它安全隱患。系統(tǒng)采用全面安全保護裝置，包括配置避雷及漏電接地保護裝置等，無任何危險隱患，性能可靠　。

科萊泰克雙源熱泵熱水機組可全自動運行，平時不需要專門的職員看護。不需專職的鍋爐技術職員，節(jié)省設備的治理與維護用度。雙源熱泵熱水機組綠色環(huán)保產(chǎn)品，空氣源一種潔凈的可再生能源，對環(huán)境的影響較小。

設計思路

原制冷系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的螺桿機，利用冷卻塔對冷凝水進行冷卻，存在以下題目：①冷凝水溫較高，導致制冷系統(tǒng)的冷凝壓力較高，從而使得壓縮機的壓縮比很大，壓縮機的功耗增大，大大縮短了壓縮機的使用壽命；②冷卻塔會有大量的熱量白白的散失到大氣中，導致城市的熱島效應；③原使用的鍋爐系統(tǒng)供熱水，不僅運行用度高，而且對環(huán)境污染嚴重，鍋爐系統(tǒng)安全性低，還需專門的職員看管。

熱回收系統(tǒng)即通過增加熱回收設備（科萊泰克雙源熱泵熱水機組），如圖3所示，一邊利用水管將熱回收設備與制冷系統(tǒng)中的冷卻塔連接起來，另一邊利用水管將回收設備與水箱連接，當雙源熱泵熱水機組運行時，即可從冷卻塔的水中吸熱，把吸收的熱量傳遞到衛(wèi)生熱水（水箱）中往，此方法不僅很好的回收了冷卻塔中的熱量，通過降低空調(diào)系統(tǒng)的冷凝溫度來降低壓縮機的壓縮比，從而降低壓縮機的運行功率，延長原有機組的使用壽命；避免城實的熱島效應，還可產(chǎn)生大量免費的生活熱水，達到節(jié)能的效果。

改造前與改造后的經(jīng)濟性比較

根據(jù)客戶提供的數(shù)據(jù)，原制冷系統(tǒng)，采用兩臺螺桿機組，制冷劑為R22，壓縮機的制冷量為167KW/臺，冷卻塔的水流量196m3/h.

改造前：

假設改造前冷凝水進進冷卻塔的溫度為35℃，流出冷卻塔的水溫為30℃，冷卻塔的溫差為△t=5℃。

根據(jù)上述條件，制冷螺桿機組的工作溫度為：

1）。冷凝溫度tc≥tw+△tc=35+△tc，在此冷凝溫度取tc1=40℃；

2）。蒸發(fā)溫度te≤tx-△te=-20-△t，在此蒸發(fā)溫度取te1=-25℃。

1）制冷量Qc1=167KW/臺，壓縮機功率：P1=75.0KW/臺，E.E.r1=2.23，壓縮機的排氣量：A1=463.0m3/h.

改造后：

假設增加的熱回收設備從冷卻塔的進水溫度為30℃，通過機組熱回收后，從雙源熱泵熱水機組流出的水溫為24℃，與冷卻后的水混合進進螺桿機組，假設混合后的水溫為28℃，根據(jù)上述條件，增加熱回收設備后制冷螺桿機組的。冷凝溫度為：tc≥tw+△tc=28+△tc，在此冷凝溫度取tc1=35℃；

2）冷凝溫度：Pk2=35℃，蒸發(fā)溫度：Pc2=-25℃，制冷量：Qc2=167KW/臺，壓縮機功率：P2=67.0KW/臺，E.E.r2=2.49，壓縮機的排氣量：A2=443.8m3/h.

通過以上數(shù)據(jù)比較得出，通過雙源熱泵機組降低螺桿機組的冷凝水進水溫度，在保持制冷量不變的情況下，可減少螺桿機組壓縮機的排氣量，從而降低其冷凝壓力和壓縮比，同時降低了壓縮機的運行功耗，有效的提升了機組的能效比，延長螺桿機組的使用壽命。

熱水工程設備選型

珠三角地區(qū)，全年冷水計算均勻溫度15℃，熱水計算參數(shù)55℃，最高升溫40℃，

天天熱水用量為40m3，每噸水最高升溫40℃，所需熱量為：

40m3×40℃×1000Kcal/T·℃=1600000Kcal

折算為電當量kWh為：1600000kcal÷860kcal/kWh=1860.46kWh，

充分考慮機組抗疲憊，機組天天工作時間按12小時計算，機組所需制熱功率為：1860.46KWH÷12H=155.04KW，

該冷庫的熱回收設備共選用科萊泰克雙源熱泵熱水機組2臺25匹機組（型號為CAM-100XB，每臺制熱量90.0KW，均勻輸進功率18.86KW），作為冷庫熱回收系統(tǒng)主機。

經(jīng)濟性分析

科萊泰克雙源熱泵熱水機組經(jīng)濟性比較

每噸熱水本錢比較（見表1）：（以15℃的冷水，加熱至55℃的熱水，需要40000千卡的熱量為例）：

各種加熱裝置的本錢比較

加熱設備種類推算依據(jù)均勻燃料費

電加熱40，000千卡÷774千卡/度=51.68度×0.65元/度

1.00元/度=33.59元/噸

51.68元/噸

液化石油氣40，000千卡÷7020千卡/kg=5.70kg×7.00元/ kg=39.90元/噸

自然氣40，000千卡÷5460千卡/ m3=7.33 m3×3.5元/ m3=25.66元/噸

柴油鍋爐40，000千卡÷6695千卡/kg=5.97 kg×6.8元/ kg=40.60元/噸

雙源熱泵熱水機組40，000千卡÷3010千卡/度=13.29度×0.65元/度

1.00元/度=8.64元/噸

13.30元/噸

投資評估

根據(jù)該冷庫實際情況和當?shù)靥鞖鈼l件等綜合估算，使用“科萊泰克熱泵機組加熱”或“燃氣鍋爐加熱”從下表可以對比出未來熱水加熱用度情況：

加熱設備名稱按天天用40噸熱水計算年運行用度累計（元）

科萊泰克熱泵機加熱用度14.25萬元/年（還可降低冷庫螺桿機組的運行用度）

燃氣鍋爐加熱用度37.46萬元/年

從上面估算結果可以看出：科萊泰克熱泵機組與燃氣鍋爐比較，在設備投資額基本相等的情況下；其他方面相比，科萊泰克熱泵機組的上風非常明顯，主要體現(xiàn)為三個方面：

1）、適用范圍廣：熱泵適用溫度范圍在-5～43℃，并且一年四季全天候使用，不受陰、雨、雪等惡劣天氣和冬季夜晚的影響，都可正常使用。

3）、運行本錢低：在此方案中，與常規(guī)的鍋爐加熱相比，科萊泰克熱泵熱水機組的熱效率遠遠高于鍋爐系統(tǒng)。全年均勻下來，常規(guī)鍋爐輔助加熱系統(tǒng)全年耗能比熱泵產(chǎn)品全年總耗能要高出很多。

4）、安裝方便：熱泵占地空間很小，外形與空調(diào)室外機相似，可直接接保溫水箱或與供熱管網(wǎng)連接，適合于大中城市的高層建筑，對于大型中心供熱題目，熱泵是最好的選擇。

經(jīng)綜合對比采用了科萊泰克熱泵機組作為該冷庫中心熱回收工程的主機；天天加熱40噸水估算；使用1.0年內(nèi)（37.46萬元/年-14.25萬元/年+3.02萬元/年）×1.0年=26.23萬元，直接節(jié)省的運行用度相當于初期投資本錢。

結論：通過對上述工程實例分析，我們可以看出雙源熱泵熱水機組是一種新型的高效、環(huán)保、安全的節(jié)能產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以作為空調(diào)機和熱水機一體化運行，也可作為雙源熱泵進行熱回收制取熱水。該產(chǎn)品可以有效地解決目前國內(nèi)有關部分對節(jié)約能源、環(huán)保、安全等各方面較棘手的題目，可廣泛應用于傳統(tǒng)的中心空調(diào)的冷卻水冷凝熱熱回收，解決了冬季無冷凝廢熱（空調(diào)停運）的制取熱水題目，利國利民，值得大力推廣應用。

以上內(nèi)容均根據(jù)學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。

YUYKK-1冷庫制冷系統(tǒng)實訓考核裝置

冷庫制冷系統(tǒng)實訓考核裝置

一、產(chǎn)品結構

桌身部分：采用優(yōu)質(zhì)鋼板做骨架，經(jīng)過機械加工成型，外表面噴涂彩色環(huán)氧聚塑，整機既堅固耐用，又美觀大方。桌子的底部采用帶剎車的萬向輪，移動和固定兩相宜，方便調(diào)整設備的擺放位置。

桌面部分：采用25mm厚高度纖維板外貼進口防火板，PVC截面封邊，桌面鴨嘴型設計。桌面具有耐磨、耐熱、耐污、耐煙灼、耐火、耐菌、防霉、抗靜電及易清潔等特點。

控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)外殼由全鋼精加個而成，整體環(huán)氧聚塑噴涂，面板采用鋁板噴涂彩色蝕刻技術。面板上裝有各種測量儀表，顯示來自小型冷庫系統(tǒng)能趕上的被測點參數(shù)，包括電壓、電流、溫度、壓力等指標。此外集合PLC、觸摸屏、機電線路控制系統(tǒng)，學員可以方便測量各種電類信號。

二、技術參數(shù)

額定功率：800W；

額定電壓：AC380V，50Hz；

制冷量：約600Kcal/n；

控溫：高溫庫可以控制在5℃ 左右，低溫庫可以控制在-15℃左右；

壓縮機功率：3PH；

防護等級：IP44；

安全保護：過壓、過流、漏電保護措施。

三、系統(tǒng)說明

冷庫教學實驗臺由二個部分組成。

制冷系統(tǒng)。主要元件有電磁閥,熱力膨脹閥,手閥,蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥,機組等,還有相應的壓力表、數(shù)顯溫度表等。在該設備上進行實驗，可以讓學生徹底了解蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥的作用和使用方法。

蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理是由一臺制冷機組同時向二個或二個以上的冷庫供應冷量,各庫要求的蒸發(fā)溫度(蒸發(fā)壓力)也不同,因為高溫庫的蒸發(fā)溫度較高,低溫庫的蒸發(fā)溫度較低,壓縮機工作時吸氣壓力是根據(jù)低溫庫的蒸發(fā)壓力,因此吸氣壓力較低。這時,那些需要保持較高蒸發(fā)溫度(即高溫庫)的蒸發(fā)器出口管路上便裝上蒸氣壓力調(diào)節(jié)閥(即背壓閥),使閥前的壓力保持在調(diào)定的范圍內(nèi),經(jīng)過閥的節(jié)流,使閥后的壓力和吸氣壓力相同,這樣就保證了系統(tǒng)中各個蒸發(fā)器在各自不同工況下正常運轉。本系統(tǒng)使用的制冷劑為R22。

電氣控制系統(tǒng)。一機兩庫教學實驗臺匹配了相應的電氣控制系統(tǒng)，從制冷系統(tǒng)到電氣控制系統(tǒng),都是圍繞數(shù)學而設計的。通過本臺實驗,能較熟悉進行操作、排除故障,通過對這套設備的學習，學生可以達到勞動部有關部門頒發(fā)的制冷工等級的中級水平。

四、故障點說明

本系統(tǒng)中設計了多個故障點，主要有：壓縮機故障模擬、啟動器故障模擬、過載保護器、溫控器故障模擬、門燈故障模擬、化霜繼電器故障模擬及相應的電路故障模擬等。

五、結構說明

實驗臺架采用不銹鋼材料制作，底部安裝有4個萬向輪。故障箱設置在實驗系統(tǒng)的后面機柜內(nèi)，由教師進行故障點的設置。操作面板上安裝有電氣保護元件、電源指示等、過流保護、各種溫度表、壓力表、控制開關等。

六、能完成的實訓項目

冷庫電氣控制實訓練；

冷庫溫度自動調(diào)節(jié)裝置的調(diào)試；

冷庫實訓系統(tǒng)故障的檢測和排除；

制冷專用工具的基本操作；

冷庫系統(tǒng)的檢漏和維護；

冷庫制冷系統(tǒng)的維修操作。

小型冷庫的電氣控制

小型冷庫的電器故障的設置和檢修

小型冷庫制冷系統(tǒng)啟動、運行那個、調(diào)試、保護技術

小型冷庫運行工況和運行參數(shù)的自動化檢測及分析

小型冷庫系統(tǒng)故障的設置和檢測

PLC可編程控制器的技術應用

組態(tài)技術應用

七、基本配置

序號 名稱 型號 單位 數(shù)量 備注

1. PLC控制系統(tǒng) LIDE CPU224 套 1

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) EM231 套 1

3. 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng) MCGS 7寸 套 1

4. 風冷制冷機組 五匹 套 1

5. 冷風機 套 2

6. 溫控器 F2000 只 2

7. 智能顯示儀表 套 1

8. 鋼制實訓臺 1500×750×780mm 張 1

9. 風冷式制冷機組 3P 套 1

10. 拼裝式冷庫 1950×1950×2200mm 套 1

11. 智能監(jiān)控軟件 套 1

12. 配套易損器材 套 1

13. 工程材料 套 1

14. 配套資料袋 套 1

外界能量使熱量從溫度較低的物質(zhì)（或環(huán)境）轉移到溫度較高的物質(zhì)（或環(huán)境）的系統(tǒng)叫制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)可分為蒸氣制冷系統(tǒng)、空氣制冷系統(tǒng)和熱電制冷系統(tǒng)。其中蒸氣制冷系統(tǒng)又可分為蒸氣壓縮式、蒸氣吸收式和蒸氣噴射式等多種類型。

1.制冷系統(tǒng)方案設計的意義

制冷系統(tǒng)方案設計是設計工作中一個關鍵的環(huán)節(jié)，其方案的選用直接關系到制冷裝置建造費用、操作管理的方便程度、機器設備的先進性及經(jīng)常運轉費用的高低等。因此，在選擇、確定方案時，應從先進性、實用性、經(jīng)濟發(fā)展諸方面考慮，因地制宜地選出合適的設計方案。

2.制冷系統(tǒng)方案設計的依據(jù)

1）制冷裝置服務對象，如冷庫、空調(diào)、工藝用水等。

2）建設規(guī)模和投資限額。

3）生產(chǎn)工藝要求。

4）當?shù)厮臍庀髼l件，如冷卻水溫、水量、水質(zhì)等。

5）制冷裝置所處環(huán)境。

3.制冷系統(tǒng)方案設計原則

1）滿足生產(chǎn)工藝要求。

2）盡量選用新工藝、新技術、新設備。

3）制冷系統(tǒng)在運行安全可靠的前提下盡量簡單，操作管理方便。

4）投資合理，不僅要考慮一次投資和經(jīng)常運轉費用，還要考慮到技術、經(jīng)濟及發(fā)展問題。

總之，要使所選方案安全可靠、方便靈活、技術先進、經(jīng)濟合理。

4.蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的基本構成

（1）單級壓縮系統(tǒng)的基本構成 由制冷原理可知，壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器是構成壓縮式制冷系統(tǒng)必不可少的四大部件，把它們依次用管道連接起來，就形成了一個最基本的單級壓縮系統(tǒng)。制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過壓縮、冷凝、節(jié)流，蒸發(fā)四個過程，即可完成一個制冷循環(huán)。

（2）雙級壓縮系統(tǒng)的基本構成。雙級壓縮由低壓級壓縮機（低壓缸）、高壓級壓縮機（高壓缸）、中間冷卻器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成的雙級壓縮系統(tǒng)的基本構成。其循環(huán)是：低壓級壓縮機由蒸發(fā)器吸入低壓蒸氣，壓縮至中間冷卻器，在中間冷卻器內(nèi)被冷卻，再由高壓級壓縮機吸入并升壓至冷凝壓力送入冷凝器，在冷凝器中被冷凝成液體，再經(jīng)節(jié)流閥供至蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，如此循環(huán)。中間冷卻器內(nèi)的冷源是由高壓液體經(jīng)節(jié)流后提供。

（3）綜合系統(tǒng)的基本構成 實際制冷裝置中，有單級壓縮系統(tǒng)，也有雙級壓縮系統(tǒng)，還有既有單級也有雙級的綜合系統(tǒng)。此時的綜合系統(tǒng)并不是由兩個獨立的單、雙級系統(tǒng)合并而成，一般情況下，由于單、雙級壓縮冷凝壓力的一致性，實際上綜合系統(tǒng)可以看成是單級系統(tǒng)和雙級系統(tǒng)共用冷凝器而構成的。

（4）壓縮系統(tǒng)的基本構成是制冷系統(tǒng)中比不可少的。但使用中的制冷系統(tǒng)為了提高運行的安全性和改善運行的經(jīng)濟性，增設了諸如貯液器、油分離、氣液分離器、排液桶、低壓循環(huán)桶、液泵、調(diào)節(jié)站、安全閥等設備和閥件，構成了比基本構成復雜得多的實際制冷系統(tǒng)。

5.蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)原理圖

用管線、閥件圖例繪制的，能簡單的表示出實際制冷系統(tǒng)中機器、設備、閥件、儀表之間互相關系的圖稱制冷系統(tǒng)原理圖。從制冷系統(tǒng)原理圖上可以看出機器、設備的規(guī)格、型號、規(guī)格、數(shù)量，制冷系統(tǒng)的規(guī)模、特性，系統(tǒng)的合理性與先進性等。因此，閱讀制冷系統(tǒng)圖是了解制冷裝置的重要手段。