陳力 張劍 馬剛

(天津商業(yè)大學(xué),天津 300134)

提高蒸發(fā)溫度對超市制冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響

陳力 張劍 馬剛

(天津商業(yè)大學(xué),天津 300134)

在當(dāng)前我國的節(jié)約型社會(huì)建設(shè)如火如荼的發(fā)展過程中,對設(shè)備的利用率進(jìn)行提高以及延長設(shè)備的使用壽命已經(jīng)顯得愈來愈重要。在現(xiàn)階段我國現(xiàn)有的超市當(dāng)中通常都設(shè)有夏季供冷空調(diào)系統(tǒng)以及冬季供熱采暖系統(tǒng)和視頻儲(chǔ)存制冷系統(tǒng),最為常用的是冷水機(jī)所提供的冷源,用鍋爐來提供熱源,在冷水機(jī)組以及制冷系統(tǒng)在運(yùn)行的過程當(dāng)中會(huì)排除大量的冷凝熱,倘若是這些熱量在通過冷卻水系統(tǒng)排向大氣就會(huì)對室外空氣造成污染,環(huán)境溫度的升高也會(huì)對空調(diào)系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)的工作環(huán)境造成惡化。本文主要就是對超市的制冷系統(tǒng)在提高蒸發(fā)溫度上所造成的經(jīng)濟(jì)性影響進(jìn)行研究,希望通過此次努力對實(shí)際起到一定的指導(dǎo)作用。

蒸發(fā)溫度 超市制冷系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)性

在超市的制冷系統(tǒng)當(dāng)中主要就是由冷凝器以及壓縮機(jī)等多個(gè)相互獨(dú)立的陳列柜做構(gòu)成，在各陳列柜的溫度控制器通常是采取滯環(huán)控制的方法，而這一方法比較容易趨于一致，從而導(dǎo)致系統(tǒng)呼吸壓力在大范圍內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)，在壓縮機(jī)組以及相應(yīng)閥門出現(xiàn)同步現(xiàn)象，這樣就增加了壓縮機(jī)組的負(fù)載以及在使用壽命方面也大大的降低。

1 超市制冷系統(tǒng)的基本概述

1.1 超市制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理分析

在當(dāng)前最為常用的制冷原理是通過某些低沸點(diǎn)液態(tài)制冷劑在不同壓力下，汽化時(shí)吸熱的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的，在結(jié)構(gòu)上主要分為壓縮機(jī)以及冷凝器和蒸發(fā)器等，在壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)制冷之后的低溫低壓制冷劑氣體之后，就會(huì)被壓縮成高溫高壓氣體輸送到冷凝器，在進(jìn)行冷卻后變?yōu)槌馗邏阂后w，在經(jīng)過熱力膨脹閥的時(shí)候，經(jīng)過節(jié)流的作用就會(huì)形成低溫低壓蒸汽流入蒸發(fā)器，再從四周進(jìn)行吸熱，在風(fēng)道系統(tǒng)的作用下就會(huì)使得制冷空間的溫度得以冷卻，而蒸發(fā)后的制冷劑在回到壓縮機(jī)當(dāng)中，這樣就形成了一個(gè)循環(huán)的制冷過程，進(jìn)而達(dá)到制冷的效果[1]。

1.2 超市制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

在大型的超市當(dāng)中，為了能夠使得商品的保質(zhì)期加以有效的演唱，有些商品就需要進(jìn)行冷藏儲(chǔ)存，超市的制冷系統(tǒng)也是采用了蒸汽壓縮式制冷，其自身有著比較鮮明的特點(diǎn)，在制冷的需求方面較大，負(fù)荷變化也比較大，不同的類型商品在儲(chǔ)存的條件也會(huì)有著一定的差異，在陳列擺放也會(huì)有著一定的要求[2]。超市的制冷系統(tǒng)通常都是采取分布式控制方法，壓縮機(jī)組配備吸氣壓力控制器，冷凝器單元配備有冷凝壓力控制器，每個(gè)陳列柜也會(huì)配備過熱度控制器以及溫度控制器，冷凝壓力控制以及吸氣壓力控制兩者基本相似，但是也有采用一個(gè)變頻使用一個(gè)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)速上產(chǎn)生變化的。

圖1

圖2

2 超市制冷系統(tǒng)仿真模型建立探究

2.1 超市制冷系統(tǒng)中陳列柜模型建立

在陳列柜的動(dòng)態(tài)變量主要能夠分為儲(chǔ)存物的溫度以及蒸發(fā)器壁的溫度和流經(jīng)蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)量、陳列柜內(nèi)空氣的溫度，在陳列柜的模型方面主要包括蒸發(fā)器以及儲(chǔ)存物和兩者間的風(fēng)幕，根據(jù)三者間的能量守恒定律推出以下三個(gè)方程式：

在制冷劑在蒸發(fā)器當(dāng)中發(fā)生了變化的同時(shí)，根據(jù)每個(gè)狀態(tài)的表達(dá)式就能夠通過MATLAB/SIMUUNK制作出相對應(yīng)的模塊(圖1)，在每個(gè)狀態(tài)量的表達(dá)式做成了封裝之后，然后就將它們作為子系統(tǒng)加以封裝，這樣就能夠得到比較簡單的一個(gè)陳列柜子模塊，最后將這些子模塊進(jìn)行并列，加上輸入輸出和相應(yīng)的擾動(dòng)得到以下的模塊(圖2)[3]。

2.2 超市制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)模型建立

在諸多的超市制冷系統(tǒng)當(dāng)中，對于系統(tǒng)總壓縮能力最為主要的就是依靠壓縮機(jī)組當(dāng)中的壓縮機(jī)的工作個(gè)數(shù)，其模型是通過容積效率以及總位移容積進(jìn)行描述的，在冷凝器當(dāng)中的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)是能夠進(jìn)行忽略不計(jì)的，故此這樣就能夠依次連接模塊的輸入以及輸出，從而得到完整的超市制冷系統(tǒng)關(guān)于MATLAB/SIMUUNK的模型[4]。在壓縮機(jī)處理體積流率的功率以及總壓縮率則可以通過以下的方程式進(jìn)行表述：

2.3 超市制冷系統(tǒng)中吸氣管匯模型建立

在這一模型的建立方面，可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行建立方程式如下：

在吸氣壓力的基礎(chǔ)上根據(jù)這一方程式進(jìn)行建立MATLAB/SIMUUNK的表達(dá)式，而后再賦以相對應(yīng)的初值，封裝為子系統(tǒng)，那么就能夠?qū)⑽鼩夤艿膲毫δK封裝通過圖3進(jìn)行表示。

3 提高蒸發(fā)溫度對超市制冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的具體影響分析

3.1 提高蒸發(fā)溫度對超市制冷系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性影響分析

在超市的制冷系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)下，對其蒸發(fā)的溫度進(jìn)行提高能夠?qū)Χ喾矫娴脑O(shè)備產(chǎn)生影響從而影響經(jīng)濟(jì)性發(fā)生的變化。

首先，對蒸發(fā)溫度的提高對超市制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)產(chǎn)生的影響，制冷壓縮機(jī)在能效比方面會(huì)隨著蒸發(fā)溫度的提高而升高，而在冷凝溫度沒有發(fā)生變化的情況下，蒸發(fā)的溫度在進(jìn)行提升之后就會(huì)使得制冷量得以增加。同時(shí)也會(huì)對蒸發(fā)器產(chǎn)生影響，在這一影響過程中以冷凍柜作為例子進(jìn)行講述，根據(jù)冷卻定律的方程式能夠得知，冷凍柜的柜溫是零下二十?dāng)z氏度，蒸發(fā)的溫度是零下四十?dāng)z氏度，在標(biāo)準(zhǔn)的換熱溫差方面是二十?dāng)z氏度，在具體的變化規(guī)律方面，在蒸發(fā)的溫度保持不動(dòng)情況下，標(biāo)準(zhǔn)的換熱溫差是二十?dāng)z氏度，將其應(yīng)用到冷卻公式中就是Q=20hF，而在蒸發(fā)的溫度升高的i時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)的溫差就是20-i攝氏度，從而就能夠得出公式Qy=(20-iy)hFy，這樣就能夠通過Q=Qy，h的值保持不變從而建立Fy=(20/20-iy)F，在這一方程式當(dāng)中是iy表示蒸發(fā)溫度升高了y攝氏度，而F則是表示20攝氏度的陳列柜蒸發(fā)器的面積，F(xiàn)y是表示蒸發(fā)的溫度升高了y攝氏度之后的陳列柜蒸發(fā)器的面積[5]。

圖3

表1

表2

其次，在蒸發(fā)溫度溫度進(jìn)行提高之后會(huì)對超市制冷機(jī)組的成本造成很大的影響，這其中就有對低溫壓縮機(jī)成本的影響以及冷凍島柜蒸發(fā)器成本的影響和對超市冷藏柜綜合成本的影響。其中在低溫壓縮機(jī)的成本方面造成的影響可以通過實(shí)際的例子進(jìn)行分析，以一組兩米寬十米長的冷凍島柜作為例子進(jìn)行分析，在超市的環(huán)境溫度達(dá)到二十七攝氏度的時(shí)候，其濕度在百分之七十，而冷凍島柜如果是按照零下四十?dāng)z氏度的蒸發(fā)溫度進(jìn)行選配壓縮機(jī)，那么柜溫就會(huì)在零下十八攝氏度到零下二十?dāng)z氏度，在負(fù)荷上將會(huì)達(dá)到7.32千瓦[6]。通過進(jìn)行計(jì)算選擇某一品牌的三十匹壓縮機(jī)就能夠?qū)χ评湎到y(tǒng)的要求得以滿足。而把蒸發(fā)溫度進(jìn)行提高到零下三十五攝氏度的時(shí)候，冷凍島柜的數(shù)量不變的情況下，這一品牌的十五匹壓縮機(jī)就能夠滿足超市制冷系統(tǒng)的需求，在成本上能夠大大的得到節(jié)約，在將蒸發(fā)溫度提高到零下三十五攝氏度采取十五匹的壓縮機(jī)就能夠節(jié)約成本就能夠節(jié)約七千多元的資金。

另外，在蒸發(fā)溫度提高的同時(shí)對超市制冷系統(tǒng)中的冷凍柜蒸發(fā)器的成本也產(chǎn)生了很大的影響，在單臺(tái)的冷凍島柜蒸發(fā)器換熱面積方面可以通過下表1進(jìn)行簡要的了解，當(dāng)把蒸發(fā)溫度進(jìn)行提高的時(shí)候在十米長的冷凍島柜蒸發(fā)器的成本增加如表2。

然后是對超市的冷藏柜的綜合成本所帶來的影響，在蒸發(fā)溫度進(jìn)行提高的同時(shí)會(huì)使得機(jī)組的壓縮機(jī)在成本上得到降低，但是蒸發(fā)器的成本則會(huì)隨之而增加，在這兩者之間有著對應(yīng)的關(guān)系，在蒸發(fā)溫度得以變化的同時(shí)壓縮機(jī)的成本以及冷柜成本之間的關(guān)系也會(huì)隨之而發(fā)生變化。當(dāng)蒸發(fā)溫度提高1攝氏度的時(shí)候冷凍島柜的成本在27287元，在2攝氏度時(shí)綜合成本在25385元，在4攝氏度時(shí)綜合成本在20867元，在5攝氏度時(shí)綜合成本是81155元，在10攝氏度時(shí)綜合成本在59471元，14攝氏度時(shí)綜合成本在19095元，總體來說，在蒸發(fā)溫度的提高量保持在1—14攝氏度的時(shí)候，冷凍島柜制冷系統(tǒng)在綜合成本方面是降低的，在蒸發(fā)溫度處在5攝氏度的時(shí)候，在綜合成本上的降低是最大的，而在14攝氏度則是最低，當(dāng)蒸發(fā)溫度超過了14攝氏度的時(shí)候綜合成本則處在上升的趨勢[7]。

3.2 對其經(jīng)濟(jì)性影響的理論分析

針對以上的實(shí)例繼續(xù)進(jìn)行分析，當(dāng)蒸發(fā)溫度達(dá)到5攝氏度的時(shí)候，壓縮機(jī)的成本的降幅達(dá)到最大，對于超市的陳列柜制冷系統(tǒng)來說，在對其數(shù)量得以確定之后，對其蒸發(fā)的溫度要能夠合理的進(jìn)行提升，同時(shí)選擇的制冷壓縮機(jī)的匹數(shù)也會(huì)變小，而機(jī)組的輸入功率也會(huì)變小，在制冷設(shè)備的日常運(yùn)轉(zhuǎn)方面所產(chǎn)生的費(fèi)用也會(huì)得到有效的降低，這樣對超市的利潤就能夠得到最大化的增加，在超市的蒸發(fā)溫度提高到十五攝氏度的時(shí)候，采取15匹機(jī)組能夠一年節(jié)省十五萬元左右的資金。對蒸發(fā)溫度的提高可能夠?qū)⒄舭l(fā)器翅片的表面結(jié)霜量得以有效的減少，這就在除霜上的耗電量得到了大幅度的減少，從而達(dá)到了節(jié)能節(jié)約成本的目的。

3.3 超市制冷系統(tǒng)的新技術(shù)性能優(yōu)勢

在并聯(lián)機(jī)組的技術(shù)應(yīng)用上能夠提供比較多的能量調(diào)節(jié)級數(shù)，也就是三臺(tái)壓縮機(jī)所組成的并聯(lián)系統(tǒng)，能夠提供多達(dá)七級能量的調(diào)解能力，所以采取并聯(lián)機(jī)組在超市的制冷系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用能夠從整體上提高效率，降低電能的消耗。這一系統(tǒng)對啟動(dòng)電流也在很大程度上得到了降低，從而減少了對電網(wǎng)的沖擊，在并聯(lián)機(jī)組這一技術(shù)上能夠使得集中控制的實(shí)現(xiàn)變得有可能，在對解調(diào)器以及電話線進(jìn)行調(diào)制的過程中，超市的連鎖商能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，這樣就能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并加以有效的解決，在維護(hù)的效率方面得到了提高，也能夠?qū)τ捎诔霾疃鴰淼母哳~費(fèi)用得到了有效的降低。

另外還能夠有效的將可靠性得到有效的增強(qiáng)，對壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)以及停止得到了避免，這樣就延長了電機(jī)的使用壽命，當(dāng)其中的某臺(tái)壓縮機(jī)發(fā)生了故障之后也不會(huì)影響其它的壓縮機(jī)正常運(yùn)行，這樣就能夠有效的對制冷系統(tǒng)的連續(xù)制冷有了保證[8]。

同時(shí)也能夠?qū)鋬龉竦臏囟炔▌?dòng)起到了降低的作用，在食品的保險(xiǎn)品質(zhì)方面得到了有效的提高，在超市的食品保存需要恒定的溫度，倘若是溫度的波動(dòng)超過了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那么食品就會(huì)很容易發(fā)生變質(zhì)，在壓縮機(jī)實(shí)施了實(shí)時(shí)的匹配動(dòng)態(tài)負(fù)載之后，蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力平穩(wěn)，就會(huì)對溫度的控制有著保障，這樣對食品的保存品質(zhì)也能夠得到有效的提高。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對超市制冷系統(tǒng)在提高蒸發(fā)溫度對其經(jīng)濟(jì)性的影響的分析可以看出，要對其進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化才能夠更有效的為超市的收益得以最大化的體現(xiàn)，另外在制冷系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要能夠?qū)ν浆F(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)行避免，以此來降低系統(tǒng)的損耗，這也是在今后需要進(jìn)行研究的一個(gè)重點(diǎn)。在對其蒸發(fā)溫度進(jìn)行提高的過程中也要能夠合理的實(shí)施，這樣才能夠有效的實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

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