王 勤 張靖鵬 羅介霖 李勇華 王 輝

(1 浙江大學(xué)制冷與低溫研究所 浙江省制冷與低溫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310027；2 中國船艦研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064)

空氣作為空氣壓縮制冷系統(tǒng)的制冷劑，無毒無味，不燃燒不爆炸，來源充足且環(huán)境性能優(yōu)良。因此，空氣壓縮制冷系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，制冷量及用冷溫度易于調(diào)節(jié)，因而被廣泛關(guān)注[1]。

蘇兵等[7-8]對制冷溫度范圍為-120～-70 ℃的開式空氣制冷系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性能測試，研究了系統(tǒng)性能與部件性能(如回?zé)崞餍?、膨脹機(jī)效率)、系統(tǒng)參數(shù)(如制冷溫度等)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對特定設(shè)計(jì)工況存在最優(yōu)壓比使系統(tǒng)性能獲得最佳值。S. K.Tyagi等[9]對帶回?zé)崞鞯脑贌崾侥娌祭最D循環(huán)進(jìn)行了建模研究，采用有限熱力學(xué)的方法研究了最大輸出功和最大效率工況下各部件的運(yùn)行狀況。趙碩等[10-12]搭建了低溫空氣速凍系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了回?zé)崞鲗ρh(huán)性能的影響，在膨脹機(jī)出口溫度為-50 ℃時(shí)可以獲得4 kW的制冷量。他們還研究了不同回?zé)崃鞒虒ε蛎洐C(jī)進(jìn)口空氣含濕量的影響。何升等[13]研制了空氣循環(huán)制冷實(shí)驗(yàn)臺(tái)，最低制冷溫度可達(dá)-86 ℃，可在20 min內(nèi)降溫至-30 ℃，同時(shí)可以獲得6 kW的制冷量。

雖然目前空氣制冷的研究已獲知一些設(shè)計(jì)參數(shù)(如制冷溫度)及部件效率(膨脹機(jī)、回?zé)崞?等對性能的影響，但一些實(shí)際的因素如空壓機(jī)總壓、送風(fēng)壓差，特別是環(huán)境溫度對性能的影響尚較少見于文獻(xiàn)，而在冷庫的實(shí)際應(yīng)用中，這些因素的影響至關(guān)重要。

現(xiàn)代醫(yī)療保存技術(shù)需要較低的溫度(-40 ℃以下)，單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)受壓比和制冷劑物理特性的限制，兩級壓縮又受到蒸發(fā)壓力過低和制冷劑凝固點(diǎn)的限制，而多級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)過于復(fù)雜，維護(hù)、維修困難[14]?？諝庵评溲h(huán)系統(tǒng)雖然在普通制冷空調(diào)領(lǐng)域COP明顯低于蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，但在-80～-50 ℃范圍內(nèi)兩者相差較小，系統(tǒng)卻簡單得多[15]，同時(shí)無需除霜過程。將空氣制冷系統(tǒng)應(yīng)用于低溫冷庫中，與傳統(tǒng)的蒸氣壓縮制冷裝置相比，具有節(jié)能環(huán)保與可靠的雙重優(yōu)勢[16]。

例如，不同種類和功能的疫苗需要在不同溫度下貯藏，所需的貯藏溫度范圍較廣：如一般的甲肝、乙肝疫苗貯藏溫度為2～8 ℃，輝瑞& BioNTech新冠病毒疫苗需要-70 ℃[17]的長期貯藏溫度。除了貯藏溫度外，疫苗冷庫的溫度波動(dòng)會(huì)對疫苗的品質(zhì)產(chǎn)生較大影響，一般要求溫度波動(dòng)度<±2 ℃[17]，溫度波動(dòng)越小，疫苗儲(chǔ)存效果越好。對疫苗儲(chǔ)存溫度波動(dòng)有較大影響的因素有環(huán)境溫度變化[18]和系統(tǒng)除霜過程[19]等。

目前的疫苗冷庫系統(tǒng)主要采用蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)[20]，對于2～8 ℃和-20 ℃疫苗冷庫采用單級蒸氣壓縮系統(tǒng)。對于-70 ℃疫苗冷庫，一般采用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。此外，也有用于-70 ℃的液氮冷庫。疫苗的運(yùn)輸一般采用保溫箱(蓄冷或主動(dòng)制冷)、冷藏車(機(jī)械制冷、液氮系統(tǒng)、蓄冷系統(tǒng))和冷藏集裝箱(機(jī)械制冷)。

隨著新冠疫情的肆虐，亟需高效、穩(wěn)定可靠的疫苗冷庫用于大批量低溫保存和運(yùn)輸，而空氣制冷系統(tǒng)采用安全環(huán)保且來源充沛的空氣作為制冷劑，具有制冷劑可就地取材、泄漏后易補(bǔ)充的優(yōu)勢，同時(shí)規(guī)避了蒸發(fā)器除霜問題。因此，空氣制冷系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性都很高，在-70 ℃溫區(qū)具有較為優(yōu)越的綜合性能，特別適用于疫苗運(yùn)輸?shù)睦洳剀嚭屠洳丶b箱等冷鏈物流的疫苗冷庫中。然而，在-70 ℃疫苗冷庫的研究中，目前還未見采用空氣制冷系統(tǒng)方面的研究文獻(xiàn)，對其應(yīng)用潛力缺少全面的評估。

本文以-70 ℃庫溫(用于低溫疫苗冷庫)的工況為例，研究了環(huán)境溫度對空氣制冷循環(huán)的影響，并與蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)進(jìn)行了對比。此外，還給出了實(shí)際應(yīng)用中較為重要的參數(shù)(空壓機(jī)壓比、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差、送風(fēng)壓差)對空氣制冷循環(huán)的影響規(guī)律，為空氣制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與模型

1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

疫苗冷庫主要由空氣制冷系統(tǒng)、庫房系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成，冷庫的系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 疫苗冷庫空氣制冷系統(tǒng)流程圖Fig.1 Vaccine cold storage air refrigeration system

空氣進(jìn)入空壓機(jī)后被壓縮至高壓狀態(tài)儲(chǔ)存于氣罐中，當(dāng)需要被使用時(shí)氣罐打開，空氣在常溫下經(jīng)過過濾器D1粗濾，濾去空氣中的粉塵等雜質(zhì)以免造成后續(xù)過程的管路堵塞，在換熱器E中空氣被由工作空間(即庫房)中返回的冷氣預(yù)冷至露點(diǎn)之下，排除空氣中的部分水分，避免在降溫過程由于結(jié)冰導(dǎo)致管路堵塞，預(yù)冷后的空氣經(jīng)過由過濾器D2/D3和空氣干燥器F組成的過濾干燥裝置進(jìn)一步降低雜質(zhì)和水分含量。在流量計(jì)G和減壓閥H的控制下，預(yù)冷后的空氣以一定的流量和壓力輸出至膨脹機(jī)I，通過膨脹過程空氣降壓降溫至庫房系統(tǒng)所需的最低溫度，隨后進(jìn)入庫房實(shí)現(xiàn)冷卻功能，排風(fēng)攜帶的冷量可用于空氣的預(yù)冷環(huán)節(jié)，回收冷量。膨脹機(jī)做功可通過同軸用于空壓機(jī)壓縮或用于發(fā)電回收電能。最后空氣被空氣壓縮機(jī)再次吸入，完成整個(gè)制冷循環(huán)。其中，冷庫送風(fēng)和排風(fēng)應(yīng)保證冷庫內(nèi)具有一定正壓，以防止外界空氣從門封等進(jìn)入。因此，在空氣壓縮機(jī)的吸氣口設(shè)置了連通大氣的排氣口和進(jìn)氣口，以保證空氣壓縮機(jī)吸氣口的壓力維持在穩(wěn)定范圍。故整個(gè)系統(tǒng)總體上是半開式的，基本屬于閉式系統(tǒng)。系統(tǒng)中設(shè)有多個(gè)壓力傳感器和溫度傳感器，可對制冷過程進(jìn)行檢測和自動(dòng)控制。

1.2 空氣制冷系統(tǒng)熱力學(xué)模型

疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)如圖2所示。

圖2 疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)圖Fig.2 Thermodynamic cycle diagram of the air refrigeration system of the vaccine cold storage

1.3 假設(shè)條件

對于空氣制冷循環(huán)熱力學(xué)計(jì)算，假設(shè)條件如下：

1)給定環(huán)境溫度TH；

2)給定庫溫T0；

3)空壓機(jī)采用三級壓縮，1點(diǎn)為進(jìn)口空氣狀態(tài)點(diǎn)，絕熱壓縮至2、2′、2″點(diǎn)，每一級壓縮后都將空氣等壓冷卻至T3；

4)空氣進(jìn)入回?zé)崞鞅坏葔豪鋮s至T4后進(jìn)入膨脹機(jī)，忽略回?zé)崞鞯穆幔?/p>

5)膨脹機(jī)中為絕熱膨脹；

6)從膨脹機(jī)出來的空氣T5進(jìn)入冷庫；

7)冷庫中的氣體T6進(jìn)入回?zé)崞?，等壓升溫至T1進(jìn)入空壓機(jī)，忽略回?zé)崞鞯穆峒案鲹Q熱器阻力，送風(fēng)壓差給定。

1.4 熱力學(xué)模型

空氣制冷循環(huán)的計(jì)算過程：

空壓機(jī)進(jìn)口溫度：

T1=T3-ΔT

(1)

冷卻器出口溫度：

T3=TH+15

(2)

冷卻器按能把空壓機(jī)出口空氣冷卻至高于環(huán)境溫度15 ℃設(shè)計(jì)。

每一級空壓機(jī)的壓比：

Π3=p2″/p1

(3)

壓縮機(jī)出口焓：

h2=h1+(h2s-h1)/ηc

(4)

膨脹機(jī)進(jìn)口壓力：

p4=p2″

(5)

膨脹機(jī)進(jìn)口溫度：

T4=T6+ΔT

(6)

膨脹機(jī)出口焓：

h5=h4+(h5s-h4)ηe

(7)

膨脹機(jī)出口壓力：

p5=p6+Δp

(8)

每千克空氣在冷庫中的吸熱量即為單位質(zhì)量空氣的制冷量：

q0=h6-h5=cp(T6-T5)

(9)

由此也可以根據(jù)空壓機(jī)吸氣口的空氣密度ρ1得到單位容積制冷量：

qv=q0/ρ1

(10)

給定負(fù)荷Q0，空氣質(zhì)量流量：

m=Q0/q0

(11)

所需空壓機(jī)排量：

Vm=m/ρ1

(12)

壓縮機(jī)功耗：

Wc=m(h2-h1)=mcp(T2-T1)

(13)

膨脹機(jī)做功：

WT=m(h3-h4)

(14)

循環(huán)凈功：

Wnet=Wc-WT

(15)

循環(huán)COP：

COP=Q0/Wnet

(16)

逆卡諾循環(huán)效率：

ηC=(273.15+T0)/(TH-T0)

(17)

1.5 計(jì)算模型的檢驗(yàn)

在進(jìn)行計(jì)算分析之前，為了保證計(jì)算分析的可靠性，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)及模擬文獻(xiàn)的條件使用模型進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

由表1可知，文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果與本模型在相同條件下計(jì)算出的COP偏差小于5%。因此，證明熱力學(xué)模擬可以準(zhǔn)確地預(yù)測空氣制冷循環(huán)的性能。

表1 計(jì)算模型的驗(yàn)證[21-22]Tab.1 Validation of calculation model[21-22]

2 空氣制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析

根據(jù)以上空氣制冷系統(tǒng)熱力學(xué)模型，對影響系統(tǒng)性能的主要變量：庫溫T0、環(huán)境溫度TH、總壓比θ、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差ΔT、送風(fēng)壓差Δp進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析。

給定具體的分析條件如下：

1)庫內(nèi)壓力p0=101.3 kPa；

2)選用3臺(tái)無油螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行三級空氣壓縮，等熵效率ηc均為0.7；

3)渦輪膨脹機(jī)等熵效率ηe=0.7；

4)空壓機(jī)吸氣壓力p1=100.3 kPa。

參考文獻(xiàn)及試算結(jié)果，給定了基準(zhǔn)工況的主要變量及假設(shè)值如表2所示。取60 kW的熱負(fù)荷工況進(jìn)行計(jì)算。

表2 空氣制冷性能模擬基準(zhǔn)工況Tab.2 Air refrigeration performance simulation benchmark conditions

根據(jù)冷庫用戶需求，確定T0、TH、θ、ΔT、Δp等主要變量在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析中在合理范圍內(nèi)變化。

在穩(wěn)態(tài)性能分析中，僅改變T0、TH、θ、ΔT、Δp中基準(zhǔn)工況的一個(gè)參數(shù)，固定其它4個(gè)參數(shù)不變，確定COP、qv、Vm及T5的變化趨勢。

常規(guī)冷庫所用雙級復(fù)疊式制冷系統(tǒng)作為對比，計(jì)算假設(shè)條件如表3所示。

表3 雙級復(fù)疊式制冷系統(tǒng)性能模擬基準(zhǔn)工況Tab.3 Two-stage cascade refrigeration performance simulation benchmark conditions

2.1 總壓比對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

對于空氣制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)的總壓比是影響性能的關(guān)鍵因素之一。壓縮機(jī)的壓比會(huì)影響COP和制冷量，同時(shí)還會(huì)受到最高壓力限制及排氣溫度限制。

固定基準(zhǔn)工況中的T0、TH、ΔT、ΔP不變，僅改變?chǔ)?，得到不同θ下COP和qv、Vm和T5的變化，分別如圖3及圖4所示。

圖3 COP、qv隨θ的變化Fig.3 Variations of COP and volumetric cooling capacity with pressure ratio

圖4 Vm、T5隨θ的變化Fig.4 Variations of air flow and expander exhaust temperature with pressure ratio

由圖3和圖4可知，隨著θ的增大，COP不斷減小，在θ最小時(shí)具備最大COP，但此時(shí)qv小，空氣流量較大，所需的設(shè)備較大。目前的商用無油螺桿空壓機(jī)排氣壓力大多為0.7～1.3 MPa。為減小設(shè)備，并在一定程度上保證COP，壓縮機(jī)排氣溫度又不至于過高，同時(shí)空壓機(jī)壓比與膨脹比是相等的，考慮到商用膨脹機(jī)的膨脹比限制，將θ定在8，采用三級壓縮的空壓機(jī)較為合適。

2.2 庫溫對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

固定基準(zhǔn)工況中的θ、TH、ΔT、Δp不變，僅改變T0，得到不同T0下COP與qv的變化，分別如圖5和圖6所示，圖6同時(shí)給出了復(fù)疊式制冷的COP和qv隨T0的變化。

圖5 兩種制冷系統(tǒng)的COP隨T0的變化Fig.5 Variations of COP for the two refrigeration system with storage temperature

圖6 兩種制冷系統(tǒng) qv隨T0的變化Fig.6 Variations of volumetric cooling capacity for the two refrigeration system with storage temperature

由圖5可知，隨著T0的減小，空氣制冷與復(fù)疊制冷的COP與qv均不斷減小。但空氣制冷系統(tǒng)的COP與qv隨T0降低的減小程度相比于復(fù)疊式制冷更小。在蒸發(fā)溫度較高時(shí)，空氣制冷的COP明顯小于蒸氣壓縮制冷，而T0為-70 ℃時(shí)空氣制冷的COP相比于復(fù)疊制冷差距縮小至25.8%，已接近復(fù)疊制冷的COP水平。

因此，空氣制冷系統(tǒng)可作為-70 ℃新冠疫苗冷庫潛在的較優(yōu)選擇，因?yàn)榭諝庾鳛橹评鋭┚哂邪踩h(huán)保、來源充沛且可就地取材的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于疫苗運(yùn)輸?shù)拇笮屠洳剀嚭屠洳丶b箱等冷鏈物流設(shè)備。

2.3 環(huán)境溫度對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、ΔT、Δp不變，僅改變TH，得到不同TH下COP和qv的變化，如圖7所示。

圖7 兩種制冷系統(tǒng)的COP隨TH的變化Fig.7 Variations of COP for the two refrigeration system with ambient temperature TH

隨著TH升高，T1升高，COP降低，T2升高，導(dǎo)致冷卻器負(fù)荷增加，壓縮機(jī)功耗增大，工況越不利。因此TH升高會(huì)影響空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行，在高溫下需做好設(shè)備的冷卻，避免設(shè)備在高溫下運(yùn)行，對系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。

TH變化，由于回?zé)崞骼涠诉M(jìn)口溫度恒為-20 ℃，回?zé)崞鞯臒岫顺隹跍囟葹?15 ℃，即對膨脹機(jī)的運(yùn)行工況沒有影響，膨脹機(jī)的出口溫度恒為-95.1 ℃，即冷庫進(jìn)出口的狀態(tài)參數(shù)恒定(進(jìn)出口焓差恒定)，但壓縮機(jī)吸氣口的空氣密度會(huì)下降(每升高10 ℃，降低3%)。而制冷量最終為空壓機(jī)排量、吸氣口密度與冷庫進(jìn)出口空氣焓差的乘積。因此，TH的上升會(huì)帶來制冷量的下降。

對于圖7和圖8所示的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)工況，當(dāng)TH上升10 ℃(由30 ℃升至40 ℃)，COP降低15%，qv降低8%；而空氣制冷系統(tǒng)COP降低5%，qv下降3%(吸氣密度下降導(dǎo)致)。

圖8 兩種制冷系統(tǒng)qv隨TH的變化Fig.8 Variations of volumetric cooling capacity for the two refrigeration system ambient temperature

因此，空氣制冷系統(tǒng)qv、COP隨冷凝溫度變化均遠(yuǎn)小于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，因此在應(yīng)對環(huán)境變化時(shí)的性能穩(wěn)定性較好，不易使庫溫產(chǎn)生較大波動(dòng)，這對疫苗的儲(chǔ)存是非常有利的。

2.4 回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

在空氣制冷系統(tǒng)中，回?zé)崞鞯膿Q熱也會(huì)影響其循環(huán)性能。保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、TH、Δp不變，僅改變?chǔ)，得到不同ΔT下COP和qv的變化，如圖9所示。

圖9 COP和qv隨ΔT的變化Fig.9 Variations of COP and volumetric cooling capacity with pinch point temperature differences of regenerators

隨著ΔT減小，回?zé)崞鞯幕責(zé)嵝Ч儾?，循環(huán)COP提高，qv增加。所以，ΔT越小，換熱效果越好，循環(huán)性能越優(yōu)。但ΔT的減小需要增加回?zé)崞鲹Q熱面積，會(huì)帶來成本和空間上的增加，在合適的成本及空間允許的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)增加回?zé)崞髅娣e以減小夾點(diǎn)溫差。

2.5 送風(fēng)壓差值對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

在冷庫中，需要保持一定的送風(fēng)壓差保持正壓以防止倒流。送風(fēng)壓差也會(huì)在一定程度上影響循環(huán)性能。

保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、ΔT、TH不變，僅改變?chǔ)，得到不同Δp送風(fēng)壓差下COP和qv的變化，如圖10所示。

圖10 COP、 qv隨Δ p的變化Fig.10 Variations of COP and volumetric cooling capacity with supply air pressure difference

由圖10可知，隨著Δp的增大，COP降低，qv降低，空氣流量增大，工況越不利。

而對于空氣制冷系統(tǒng)，空氣本身作為制冷劑，提高Δp需要提高膨脹機(jī)的出口壓力，這會(huì)提高膨脹機(jī)出口溫度(即冷庫送風(fēng)溫度)，減少制冷量。即對于空氣系統(tǒng)，提高Δp是以犧牲系統(tǒng)性能為代價(jià)的。因此，在滿足庫內(nèi)正壓的情況下，需要盡可能地減小Δp。疫苗這類藥品對溫度的均勻性要求很高，需要采用送風(fēng)管道對貨架送風(fēng)或孔板送風(fēng)，這需要適當(dāng)增加Δp以克服管道阻力，會(huì)一定程度上降低性能。

而采用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的冷庫，空氣與制冷劑是不同的流路，Δp需要由風(fēng)機(jī)額外提供，也會(huì)增加較大的風(fēng)機(jī)功耗。此外，該類風(fēng)機(jī)設(shè)備在-70 ℃低溫環(huán)境下的運(yùn)行需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，并將電動(dòng)機(jī)置于冷庫外，會(huì)給復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的制造和維護(hù)帶來困難。

綜合分析，空氣制冷系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)出氣狀態(tài)來改變送風(fēng)壓差，雖然會(huì)一定程度上犧牲一定的制冷性能，但相比于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，減少了風(fēng)機(jī)設(shè)備成本與功耗，在結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)上更加簡單。

3 結(jié)論

本文研究了適用于-70 ℃疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)性能，得到了環(huán)境溫度、庫房溫度和若干重要設(shè)計(jì)參數(shù)(空壓機(jī)壓比、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差、送風(fēng)壓差)對空氣制冷系統(tǒng)的影響規(guī)律，并與蒸氣壓縮復(fù)疊式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了對比。得到結(jié)論如下：

1)環(huán)境溫度為35 ℃時(shí)，采用三級壓縮(總壓比為8)和回?zé)崞?夾點(diǎn)溫差為5 ℃)的空氣制冷系統(tǒng)在庫溫-70～10 ℃范圍內(nèi)的COP為0.23～0.38，基本呈線性變化。庫溫為-70 ℃時(shí)，在相同的環(huán)境溫度及換熱器夾點(diǎn)溫差條件下，空氣制冷系統(tǒng)比復(fù)疊式制冷系統(tǒng)COP小25.8%。由于空氣作為制冷劑具有安全環(huán)保且可就地取材的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于疫苗運(yùn)輸?shù)睦洳剀嚭屠洳丶b箱等長途冷鏈物流設(shè)備。-90 ℃或更低溫區(qū)的冷庫，采用空氣制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更加顯著，值得進(jìn)一步探索。

2)空氣制冷系統(tǒng)的制冷量和COP受環(huán)境影響小。環(huán)境溫度升高10 ℃時(shí)COP僅降低5%，制冷量下降3%，變化程度遠(yuǎn)小于復(fù)疊式制冷循環(huán)。因此環(huán)境的變化對采用空氣制冷系統(tǒng)的疫苗冷庫的庫溫波動(dòng)影響很小，同時(shí)沒有除霜過程造成的庫溫波動(dòng)，非常有利于疫苗儲(chǔ)存。

3)空氣制冷系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)出氣狀態(tài)來改變送風(fēng)壓差，對疫苗冷庫進(jìn)行均勻送風(fēng)，送風(fēng)壓差越高，COP與制冷量越小。雖然提高送風(fēng)壓差會(huì)影響制冷系統(tǒng)性能，但相比于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)減少了風(fēng)機(jī)設(shè)備成本與功耗，結(jié)構(gòu)更加簡單，調(diào)節(jié)更加方便。

符號(hào)說明

cp——定壓比熱容，kJ/(kg·℃)

h1、h2——空壓機(jī)入、出口焓，kJ/kg

h2 s——等熵壓縮的出口焓，kJ/kg

h4、h5——膨脹機(jī)入、出口焓，kJ/kg

h5 s——等熵膨脹的出口焓，kJ/kg

h6——冷庫空氣的出口焓，kJ/kg

m——空氣質(zhì)量流量，kg/s

p1——第一級空壓機(jī)吸氣口壓力，kPa

p2″——空壓機(jī)三級壓縮后的排氣口壓力，kPa

p4——膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，kPa

Δp——空氣從膨脹機(jī)出口至冷庫的送風(fēng)壓差，kPa

qv——單位容積制冷量，kJ/m3

q0——單位質(zhì)量制冷量，kJ/kg

Q0——冷庫負(fù)荷，kW

T0——冷庫庫溫，℃

TH——環(huán)境溫度，℃

T1、T2——空壓機(jī)進(jìn)、出口溫度，℃

T3——空壓機(jī)排氣冷卻后溫度，℃

T4、T5——膨脹機(jī)進(jìn)、出口溫度，℃

T6——冷庫出口空氣溫度，℃

ΔT——回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差，℃

Vm——空壓機(jī)排量，Nm3/min

Wc——壓縮機(jī)功耗，kW

WT——膨脹機(jī)做功，kW

Wnet——循環(huán)凈功，kW

Π——空壓機(jī)壓比

θ——三級空壓機(jī)總壓比

ηc——空壓機(jī)的等熵效率

ηC——逆卡諾效率

ηe——膨脹機(jī)的等熵效率

ρ1——空壓機(jī)吸氣口密度，kg/m3