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雙級壓縮與復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

郭耀君1，2，謝晶1，2，朱世新1，2，王金鋒1，2

（1上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306；2上海水產(chǎn)品加工與貯藏工程技術(shù)研究中心，上海201306）

摘要：為了探究雙級壓縮制冷系統(tǒng)與復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)哪種更適合超低溫制冷裝置，通過對雙級壓縮系統(tǒng)和復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)采用循環(huán)熱力計算的方法，比較分析了雙級壓縮與復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)的技術(shù)特性。同時從經(jīng)濟(jì)性的角度，對兩種制冷方案的理論輸氣量、制冷系數(shù)、初投資、實際運行費用進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：在相同的工況下，復(fù)疊式系統(tǒng)的壓縮比、排氣溫度和理論輸氣量均低于雙級壓縮系統(tǒng)，而復(fù)疊式系統(tǒng)的吸氣壓力和制冷系數(shù)高于雙級壓縮系統(tǒng)。在冷凝溫度為40℃、蒸發(fā)溫度為?65℃時，采用復(fù)疊壓縮實際節(jié)能可達(dá)15.13%，即在超低溫工況下復(fù)疊式系統(tǒng)更有前景。

關(guān)鍵詞：雙級壓縮；復(fù)疊式壓縮；熱力學(xué)；性能分析；壓縮機(jī)

第一作者：郭耀君（1987—），男，碩士研究生，研究方向為制冷工程。E-mail 616885141@qq.com。聯(lián)系人：謝晶，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向為食品工程。E-mail jxie@shou.edu.cn。

在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常把制冷分為普冷和低溫兩個體系。國際制冷學(xué)會第13屆制冷大會建議，將?153℃作為普冷和低溫的分界線[1]。本文所討論的超低溫比普冷低，又較低溫領(lǐng)域高，是指在食品加工貯藏、石油化工、氣體液化等工業(yè)生產(chǎn)過程所用到的?40～?80℃溫度范圍。目前，在蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中，常采用雙級壓縮或復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)來制取這樣的低溫。

目前，對雙級壓縮和復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)的技術(shù)研究主要集中在管路部件的優(yōu)化及對流程的改進(jìn)[2-4]，關(guān)于雙級壓縮和復(fù)疊式壓縮制冷的技術(shù)特性分析的相關(guān)文獻(xiàn)還不多見，其中程有凱等[5]對以R22為制冷劑的雙級壓縮制冷系統(tǒng)和以R22/R13為制冷劑的復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)進(jìn)行了比較分析，認(rèn)為在制取低于?60℃以下的蒸發(fā)溫度時，復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)在壓縮機(jī)吸氣壓力、輸氣系數(shù)等方面更具優(yōu)勢。

文獻(xiàn)[6]指出雙級壓縮制冷系統(tǒng)在制取低于?75℃以下低溫時，將由于吸氣壓力過低導(dǎo)致壓縮機(jī)不能正常工作。而本文主要針對冷凝溫度在30～40℃區(qū)間內(nèi)，蒸發(fā)溫度在?45～?70℃的低溫范圍內(nèi)，引入排氣溫度、壓縮比、制冷劑流量、吸氣壓力、理論輸氣量、制冷系數(shù)等作為兩種制冷循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，來分析這兩種循環(huán)在上述工況中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1　兩種壓縮式制冷循環(huán)的技術(shù)特性

1.1雙級壓縮式制冷循環(huán)的技術(shù)特性

氟利昂雙級壓縮制冷循環(huán)一般采用一級節(jié)流中間不完全冷卻形式[14]，目前國內(nèi)雙級壓縮系統(tǒng)制冷劑大多仍采用R22，根據(jù)《蒙特利爾協(xié)議》，R22只作過渡使用，最終將被淘汰。因此探究新的替代環(huán)保制冷劑是超低溫制冷技術(shù)發(fā)展的必要，目前常用于雙級壓縮制冷系統(tǒng)的HFC類中長期環(huán)保替代制冷劑主要有R404A、R134a、R507，其中R404A廣泛使用在商業(yè)制冷系統(tǒng)中[7]，本文即采用R404A作為雙級壓縮制冷系統(tǒng)制冷劑。圖1為R404A雙級壓縮制冷循環(huán)流程圖，圖2為R404A的雙級壓縮制冷循環(huán)的lgP-h圖，過熱度設(shè)定為20℃。

在雙級壓縮循環(huán)中，中間冷卻器內(nèi)的壓力被稱為中間壓力，其對應(yīng)的飽和溫度稱為中間溫度。中間壓力對系統(tǒng)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性以及壓縮機(jī)的制冷量、耗功率和結(jié)構(gòu)都有直接的影響，一般以制冷系數(shù)最大作為確定中間壓力的原則。由于制冷循環(huán)形式或者壓縮機(jī)排氣量配置不同，很難用統(tǒng)一表達(dá)式進(jìn)行最佳中間壓力的計算，因此通常以高低壓級的壓縮比相等作為原則，這樣得到的結(jié)果，雖然制冷系數(shù)不一定是最大值，但可以使壓縮機(jī)氣缸工作容積的利用率較高，此時中間壓力的計算式為式（1）[1]。利用壓焓圖根據(jù)中間壓力值，可確定中間溫度tm，中間冷卻器溫差設(shè)定為5℃，t7=tm+5。表1為雙級壓縮循環(huán)主要指標(biāo)計算公式[式（1）～式（6）]。

圖1　R404　A雙級壓縮制冷循環(huán)流程圖

圖2　R404　A雙級壓縮壓焓圖

1.2復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)的技術(shù)特性

復(fù)疊式制冷循環(huán)通常是由兩個（或數(shù)個）不同制冷劑工作的單級（或多級）制冷系統(tǒng)復(fù)疊而成。其中兩個制冷系統(tǒng)銜接的中間溫度按照高溫級和低溫級壓縮比大致相等的原則確定[1]，冷凝蒸發(fā)器中高溫級蒸發(fā)溫度和低溫級冷凝溫度的溫差取5℃。目前，復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)中高溫級環(huán)路替代R22 的HFC類中長期環(huán)保制冷劑主要為R134a、R404A，低溫級環(huán)路替代R13主要為R23、R116、R508b[8]。其中，R404A等熵壓縮指數(shù)比R22小，在換熱器內(nèi)的傳熱性能和R22很接近，相同工況下R404A壓縮機(jī)排氣溫度更低；R23單位制冷量比R13高[9]。本文復(fù)疊式制冷系統(tǒng)高溫級選用R404A，低溫級選用R23，主要指標(biāo)計算公式見表2[式（7）～式（9）]。 圖3為R404A/R23復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)流程圖，圖4為環(huán)保工質(zhì)R404A/R23復(fù)疊式系統(tǒng)的壓焓圖，高溫側(cè)過熱15℃，低溫側(cè)過熱30℃。

表1雙級壓縮循環(huán)主要指標(biāo)計算公式

表2復(fù)疊式壓縮循環(huán)主要指標(biāo)計算公式

2　兩種壓縮式制冷循環(huán)的技術(shù)分析

運用NIST REFPROP8.0軟件計算R404A和 R404A/R23分別在雙級壓縮和復(fù)疊式壓縮各個工況下的狀態(tài)參數(shù)，為了便于兩種系統(tǒng)技術(shù)分析，計算過程中，系統(tǒng)制冷負(fù)荷Q取6kW，并采用了控制蒸發(fā)溫度或冷凝溫度單一變量的方法，分析冷凝溫度、蒸發(fā)溫度分別變化對系統(tǒng)的壓縮比、吸氣壓力、排氣溫度、制冷劑流量的影響。

圖3　R404　A/R23　復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)流程圖

圖4　R404　A/R23　復(fù)疊式壓縮壓焓圖

2.1相同的蒸發(fā)溫度下，冷凝溫度不同，兩種系統(tǒng)的循環(huán)熱力分析

設(shè)定蒸發(fā)溫度?65℃，兩種系統(tǒng)的冷凝溫度分別取30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃，計算結(jié)果如圖5～圖8。

如圖5和圖6，冷凝溫度對兩種循環(huán)的影響趨勢相同，原因在于隨著冷凝溫度的增加，兩種系統(tǒng)的冷凝壓力也在增加。而同一冷凝溫度下，復(fù)疊式壓縮的壓力比和排氣溫度均低于雙級壓縮。壓縮比增加會使壓縮機(jī)的輸氣量以及效率顯著下降[10]。排氣溫度越低，壓縮機(jī)潤滑油就不容易炭化，保證壓縮機(jī)長時間潤滑良好，提高系統(tǒng)的可靠性。

圖5　壓縮比隨冷凝溫度變化關(guān)系

圖6　排氣溫度隨冷凝溫度變化關(guān)系

圖7　吸氣壓力隨冷凝溫度變化關(guān)系

圖8　制冷劑流量隨冷凝溫度變化關(guān)系

如圖7，當(dāng)蒸發(fā)溫度為?65℃時，雙級壓縮低壓級吸氣壓力小于大氣壓，成為負(fù)壓運行，使空氣滲入制冷系統(tǒng)的可能性增加，不利于制冷機(jī)組正常工作；而復(fù)疊式壓縮系統(tǒng)吸氣壓力始終高于大氣壓，保證了機(jī)組的安全運行。圖8顯示，復(fù)疊式制冷的高溫級和雙級高壓級的制冷劑質(zhì)量流量較大。較大的質(zhì)量流量雖然加強(qiáng)了換熱器內(nèi)的換熱性能，但也會增加壓縮機(jī)的功耗以及冷凝器內(nèi)的熱負(fù)荷。

2.2相同的冷凝溫度下，蒸發(fā)溫度不同，兩種系統(tǒng)的循環(huán)熱力分析

設(shè)定冷凝溫度40℃，兩種系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度分別取?45℃、?50℃、?55℃、?60℃、?65℃、?70℃，計算結(jié)果如圖9～圖12。

圖9　壓縮比隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

圖10　排氣溫度隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

圖9和圖10不僅顯示了壓縮比和排氣溫度隨著蒸發(fā)溫度降低而增加，更表明了復(fù)疊式壓縮系統(tǒng)的壓縮比和排氣溫度低于雙級壓縮系統(tǒng)。即在?45～?70℃的蒸發(fā)溫度下，復(fù)疊式壓縮系統(tǒng)更可靠。圖8、圖12說明兩種系統(tǒng)的制冷劑質(zhì)量流量基本不受冷凝溫度和蒸發(fā)溫度變化的影響。圖11顯示了兩種制冷系統(tǒng)隨著蒸發(fā)溫度下降、吸氣壓力都下降的趨勢，只是雙級壓縮的低壓級吸氣壓力在此蒸發(fā)溫度區(qū)間內(nèi)低于大氣壓，隨著蒸發(fā)溫度的下降，空氣滲入雙級壓縮制冷系統(tǒng)的速度越來越快，此時空氣排除設(shè)備頻繁操作制冷工質(zhì)損耗增加，同時雙級壓縮系統(tǒng)功耗增大，還會經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)運行偏離設(shè)計工況狀態(tài)。

圖11　吸氣壓力隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

圖12　制冷劑流量隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

圖13　?65　℃，理論輸氣量隨冷凝溫度變化關(guān)系

圖14　40　℃，理論輸氣量隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

3　雙級壓縮與復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性分析

通過前面的理論計算分析，復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)在制取蒸發(fā)溫度?45～?70℃范圍內(nèi)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，但是從兩種制冷循環(huán)在工程應(yīng)用上的角度來分析，不僅涉及系統(tǒng)的壓縮比、吸氣壓力、排氣溫度、制冷劑流量等技術(shù)指標(biāo)，還涉及系統(tǒng)的理論輸氣量和理論制冷系數(shù)以及初投資與運行費用等經(jīng)濟(jì)性問題。

3.1理論輸氣量和制冷系數(shù)的計算分析

分別設(shè)定蒸發(fā)溫度在?65℃時，冷凝溫度分別為30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃；冷凝溫度40℃時，蒸發(fā)溫度分別為?45℃、?50℃、?55℃、?60℃、?65℃、?70℃。理論輸氣量計算結(jié)果如圖13、圖14所示。

圖13表明冷凝溫度對兩種系統(tǒng)的理論輸氣量影響不大，但是在蒸發(fā)溫度為?65℃時，雙級壓縮式低壓級理論輸氣量遠(yuǎn)大于復(fù)疊式壓縮系統(tǒng)，即它所要使用的壓縮機(jī)規(guī)格比復(fù)疊式壓縮機(jī)大，對于壓縮機(jī)占用空間要求較高，在造價上也會高出很多。如圖14，隨著蒸發(fā)溫度的降低，和其他循環(huán)的理論輸氣量相比，雙級低壓級理論輸氣量受其影響較大，增加較快。

制冷系數(shù)表示了單位耗功量所獲取的冷量，計算公式為式（10）。

式中，ε為制冷系數(shù)；Φ0為制冷量；Pi為指示功率，kW；ηm為壓縮機(jī)機(jī)械效率。

雙級壓縮制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)計算公式為式（11）、式（12）。

式中，P高為雙級制冷系統(tǒng)高壓級指示功率，kW；P低為雙級制冷系統(tǒng)低壓級指示功率，kW。

雙級制冷系統(tǒng)高、低壓級指示功率計算公式分別為式（13）、式（14）。

式中，Gg為高壓級制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；Gd為低壓級制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；h1、h2、h3、h4分別為狀態(tài)點1、2、3、4的焓值，kJ/kg；ηig為高壓級指示效率；ηid為低壓級指示效率；Tk為冷凝溫度，K；T0為蒸發(fā)溫度，K；Tm為中間溫度，K；tm為中間溫度，℃；tk為冷凝溫度，℃；b為系數(shù)，取0.0025。

則式（12）可改寫為式（15）。

復(fù)疊壓縮系統(tǒng)高溫級和低溫級制冷系數(shù)計算公式分別為式（16）、式（17）。

式中，ε高為復(fù)疊高溫級制冷系數(shù)；ε低為復(fù)疊低溫級制冷系數(shù)；gΦ為復(fù)疊高溫級制冷量，kW；0Φ為復(fù)疊低溫級制冷量，kW；gP為復(fù)疊高溫級指示功率，kW；dP為復(fù)疊低溫級指示功率，kW。

復(fù)疊制冷系統(tǒng)高、低溫部分指示功率計算公式分別為式（18）、式（19）。

式中，Gg為高溫級制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；Gd為低溫級制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；h2、h3、h2'、h3'分別為狀態(tài)點2、3、2'、3'的焓值，kJ/kg；ηig為高溫級指示效率；ηid為低溫級指示效率；Tk為低溫級冷凝溫度，K；T0為低溫級蒸發(fā)溫度，K；Tk'為高溫級冷凝溫度，K；T0'為高溫級蒸發(fā)溫度，K；t0為低溫級蒸發(fā)溫度，℃；t0'為低溫級蒸發(fā)溫度，℃；b為系數(shù)，取0.0025。

則式（16）、式（17）可改寫為式（20）、式（21）。

本文所選用的3臺壓縮機(jī)樣本在特定工況下的壓縮機(jī)機(jī)械效率如表3、表4所示。

表3 40℃冷凝溫度下，不同蒸發(fā)溫度所對應(yīng)的壓縮機(jī)機(jī)械效率

表4?65℃蒸發(fā)溫度下，不同冷凝溫度所對應(yīng)的壓縮機(jī)　機(jī)械效率

由表3可知，在40℃的冷凝溫度下，隨著蒸發(fā)溫度的升高，不同型號的壓縮機(jī)機(jī)械效率均增大。其中，在相同的蒸發(fā)溫度下，單機(jī)雙級壓縮機(jī)的機(jī)械效率均比復(fù)疊高低溫級壓縮機(jī)機(jī)械效率小，復(fù)疊高低溫級壓縮機(jī)的機(jī)械效率較為接近，無顯著差異。

由表4可知，在?65℃的蒸發(fā)溫度下，隨著冷凝溫度的升高，不同型號的壓縮機(jī)機(jī)械效率均減小。其中，在相同的冷凝溫度下，單機(jī)雙級壓縮機(jī)的機(jī)械效率均比復(fù)疊高低溫級壓縮機(jī)機(jī)械效率小，復(fù)疊高低溫級壓縮機(jī)的機(jī)械效率較為接近，無顯著差異。

圖15、圖16給出了在不同的工況下兩個系統(tǒng)的制冷系數(shù)隨冷凝溫度和蒸發(fā)溫度變化的計算結(jié)果。圖15顯示在?65℃的蒸發(fā)溫度下兩個系統(tǒng)的制冷系數(shù)均隨冷凝溫度的升高而呈現(xiàn)減小趨勢，且同一工況下雙級壓縮的制冷系數(shù)總是小于復(fù)疊高低溫級的制冷系數(shù)，在下文確定的運行工況下即40℃冷凝溫度、?65℃蒸發(fā)溫度時，雙級壓縮的制冷系數(shù)約為復(fù)疊高低溫級制冷系數(shù)的1/2，因此復(fù)疊壓縮制冷系統(tǒng)占用一定的熱力學(xué)優(yōu)勢。圖16顯示在40℃的冷凝溫度下兩個系統(tǒng)的制冷系數(shù)均隨蒸發(fā)溫度的降低而呈現(xiàn)減小趨勢，且同一工況下雙級壓縮的制冷系數(shù)總是小于復(fù)疊高低溫級的制冷系數(shù)。

3.2初投資與運行費用的比較分析

3.2.1研究對象與運行參數(shù)確定

以某正在建造的小型超低溫制冷試驗臺為研究對象，制取蒸發(fā)溫度?65℃，上海夏季空氣室外計算日平均溫度為30℃，冷凝溫度取40℃[11]，該實驗臺總負(fù)荷為6kW，進(jìn)行兩種系統(tǒng)的初投資和運行費經(jīng)濟(jì)性對比。

3.2.2壓縮機(jī)選型及能耗計算

根據(jù)文獻(xiàn)[12]對兩種系統(tǒng)壓縮機(jī)進(jìn)行選型計算，雙級和復(fù)疊式制冷壓縮機(jī)分別選用比澤爾的6缸和4缸系列，配置方案見表5。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]對兩種系統(tǒng)壓縮機(jī)進(jìn)行能耗計算，由于不同企業(yè)對冷庫運行的時間需求不同，因此壓縮機(jī)全年運行的時間也不同，本文假設(shè)全年分別運行100天（2400h）、150天（3600h）、200天（4800h），上海市工業(yè)用電平均價格取0.83 元/(kW·h)[13]，不同運行時間下的兩種配置方案的壓縮機(jī)能耗見表6。

圖15　?65　℃，制冷系數(shù)隨冷凝溫度變化關(guān)系

圖16　40　℃，制冷系數(shù)隨蒸發(fā)溫度變化關(guān)系

表5壓縮機(jī)選型配置方案

3.2.3兩種配置方案的綜合分析

經(jīng)濟(jì)性分析包括初投資和運行費用。由表5可知，根據(jù)目前市場價格，所選的復(fù)疊式壓縮系統(tǒng)2臺壓縮機(jī)報價之和比雙級壓縮單臺壓縮機(jī)少8000元，即在壓縮機(jī)初投資方面，采用復(fù)疊式壓縮比采用雙級壓縮有一定的成本優(yōu)勢。當(dāng)然，因復(fù)疊式制冷系統(tǒng)管路復(fù)雜也會增加一部分費用，可以近似認(rèn)為兩個系統(tǒng)在初投資方面比較接近。

由表6中可見，在冷凝溫度取40℃、蒸發(fā)溫度取?65℃、制冷量取6kW時，復(fù)疊式壓縮較雙級壓縮節(jié)能可達(dá)15.13%；而圖13表明，復(fù)疊式較雙級理論制冷系數(shù)增大了111.8%。分析造成這個差別的原因在于，循環(huán)的理論計算沒有考慮系統(tǒng)摩擦、熱量散失等不可逆因素。當(dāng)然，復(fù)疊式壓縮也有不足之處，從工程應(yīng)用角度與雙級壓縮相比，復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作更復(fù)雜等；但是從系統(tǒng)運行費用角度來看，對于一個小型超低溫冷庫制冷負(fù)荷為6kW的制冷裝置，按照年運行時間2400～4800h，年節(jié)電可達(dá)2952～5904kW?h，節(jié)約電費2450.16～4900.32元。顯然，采用復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)的節(jié)能效益還是可觀的。

通過以上理論分析計算，復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)在熱力學(xué)效率以及系統(tǒng)運行中節(jié)能效益占有一定優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用運行中仍有以下不足[15]：

表6不同配置方案的壓縮機(jī)全年能耗

（1）復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成，且存在因復(fù)疊溫差造成的不可逆損失；

（2）因使用兩臺壓縮機(jī)產(chǎn)生的維護(hù)運行成本極大升高，操作復(fù)雜；

（3）而低溫部分制冷劑非常昂貴，以R23為例，為200元/kg（不含運費）；而雙級壓縮系統(tǒng)制冷劑較為廉價，以R404A為例，為50元/kg（不含運費）。

雖然，雙級壓縮系統(tǒng)在熱力學(xué)效率方面不如復(fù)疊系統(tǒng)，但在實際生產(chǎn)特別是在很多金槍魚延繩釣船速凍裝置中依舊使用活塞式雙級壓縮制冷系統(tǒng)的原因是：

（1）雙級壓縮系統(tǒng)流程較為成熟，在較低的蒸發(fā)溫度下系統(tǒng)中需要更改的零件不多；

（2）電子膨脹閥和熱交換器換熱效率的提高使整個系統(tǒng)的運行性能得到一定的提高；

（3）制冷裝置的能效比及設(shè)備的日常運行維護(hù)費用并非生產(chǎn)領(lǐng)域制冷裝置設(shè)計的首要問題，操作簡單、穩(wěn)定、安全是制冷系統(tǒng)最重要的。

4　結(jié)論

在給定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，通過理論計算比較了復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)和雙級壓縮式制冷系統(tǒng)在壓縮比、排氣溫度、吸氣壓力和制冷劑質(zhì)量流量等技術(shù)特性方面的差異，并結(jié)合實際案例的理論輸氣量和制冷系數(shù)、設(shè)備報價，分析了這兩個系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)實用方面的區(qū)別。

（1）在?65℃蒸發(fā)溫度下，兩個系統(tǒng)的壓縮比和排氣溫度隨著冷凝溫度增加而增加，吸氣壓力和制冷劑質(zhì)量流量隨冷凝溫度增加變化不大，其中在相同的冷凝溫度下，復(fù)疊式系統(tǒng)以上指標(biāo)優(yōu)于雙級壓縮系統(tǒng)。

（2）在40℃的冷凝溫度下，兩個系統(tǒng)的壓縮比和排氣溫度隨著蒸發(fā)溫度降低而增加，吸氣壓力隨著蒸發(fā)溫度降低而降低，制冷劑質(zhì)量流量隨冷凝溫度增加變化不大，其中在相同的蒸發(fā)溫度下，復(fù)疊式系統(tǒng)以上指標(biāo)優(yōu)于雙級壓縮系統(tǒng)。

（3）通過計算理論輸氣量與制冷系數(shù)，復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)表現(xiàn)出一定優(yōu)勢，更適合超低溫制冷技術(shù)的推廣；而通過對某小型超低溫制冷試驗臺兩種系統(tǒng)壓縮機(jī)的初投資和運行費用的計算比較，發(fā)現(xiàn)采用復(fù)疊壓縮實際的節(jié)能可達(dá)15.13%，即復(fù)疊式系統(tǒng)在冷凝溫度40℃、蒸發(fā)溫度?65℃工況下更合適。

（4）盡管復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，但在實際生產(chǎn)中并沒有得到有力的推廣和替代雙級壓縮，但隨著CFC及HCFC工質(zhì)的禁用，替代工質(zhì)技術(shù)日漸成熟，自動化元件的不斷完善，以及復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)向著更高效、更緊湊的方向發(fā)展，復(fù)疊式壓縮制冷的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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應(yīng)用技術(shù)

Techno-economic analysis of two-staged compression and cascade compression refrigeration system

GUO Yaojun1，2，XIE Jing1，2，ZHU Shixin1，2，WANG Jinfeng1，2

（1College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China；2Shanghai Engineering Research Center of Aquatic Product Processing and Preservation，Shanghai 201306，China）

Abstract：In order to choose a suitable method for ultra-low temperature refrigeration system from two-staged compression and cascade compression，the two refrigeration systems’technical characteristics were analyzed comparatively using theoretical calculations of two-stage and cascade refrigeration system.Both theoretical displacement and theoretical coefficient of the two systems were compared in the economic aspect.Results indicated that compared to two-stage system，compression ratio and exhaust temperature of cascade system were lower and suction pressure and cooling coefficient were higher.At condensing temperature 40℃and evaporation temperature?65℃，the energy consumption reduction of cascade system can reach to 15.13%，indicating that the performance of cascade system could be better in the ultra-low temperature condition.

Key words：two-stage compression；cascade compression；thermodynamics；performance analysis；compressor

基金項目：國家農(nóng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化資金項目（2013GB2C000156）及上海市科委項目（13dz1203702）。

收稿日期：2015-03-11；修改稿日期：2015-04-02。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.08.046

文章編號：1000–6613（2015）08–3194–08

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號：TB 61+5