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    • 使用天然制冷劑設計系統前應回答的五個問題
    •   來源:制冷快報
    • 2021-04-06
      如今,天然制冷劑得到了市場普遍認可,然而使用天然制冷劑時,行業又面臨著新的挑戰。其一如果想避免使用高全球變暖潛力的制冷劑,其“代價”并不低:比如高壓力、易燃性亦或毒性等難題將隨之而來。另一大挑戰是尋求更高效的系統。在這種情況下,選擇適當技術來優化天然制冷劑的使用就顯得至關重要。設計系統前,建議您妥善回答以下五個問題,并以此作為出發點:
     
      01
     
      哪種天然制冷劑最適合我所在的應用領域?
     
      鑒于每種天然制冷劑具有不同的特性,該問題通常較容易回答。碳氫化合物經證明是適用于小型裝置(如飲料冷柜或其他自攜式設備)的制冷劑,這些設備的制冷劑加注量非常低,從而降低了相關的可燃性的風險。從超市集中式系統到汽車空調系統,二氧化碳已經開始廣泛用于各種應用領域中。多年來,氨主要用于工業制冷,其用途還正在擴展到其它應用領域,例如作為覆疊系統的商業制冷等。在選擇制冷劑之前,建議對每個系統的要求進行詳細研究。
     
      02
     
      設備使用地將在哪里?
     
      一方面,使用二氧化碳作為制冷劑時,了解系統所在地的氣候條件很重要。一般來說,對于配備室外冷凝器/氣體冷卻器的系統,外部溫度可以確定最適當的循環類型和技術。實際上,如果外界溫度達到二氧化碳的臨界溫度(31.2°C),那么系統將以跨臨界模式工作(復疊系統和泵循環系統除外),導致效率會降低。在高溫下,可采用不同技術來提高效率:包括并聯壓縮機和噴射器等等
     
      另一方面,當使用易燃或有毒制冷劑時(如碳氫化合物有易燃性;氨具有毒性和輕度易燃),將設備安裝在室外或人員接觸不到的地方,可以更好地符合相關標準的要求,并使安裝更加安全。
     
      03
     
      需要遵循哪些法規和標準?
     
      這是需要面對的最棘手問題之一。就法規而言,目前側重于降低制冷劑對全球變暖的影響,因此,強烈建議使用天然制冷劑。這意味著,需要關注安全標準。
     
      使用天然制冷劑時應遵循的安全標準取決于應用領域、制冷劑類型和所在國家。在歐洲,通用標準(如EN 378)和產品標準(如EN 60335-2-89)適用于制冷劑加注量達到一定量的制冷設備。這些要求主要包括對使用易燃制冷劑的系統的特殊要求,當然,對使用二氧化碳的系統也有一定的要求。
     
      04
     
      我應該設計什么樣的循環類型?
     
      天然制冷劑的演變,使得每種制冷劑可適用于不同的系統類型。
     
      從二氧化碳的傳統系統開始(主要包括一臺壓縮機、一個膨脹閥和兩個熱交換器),其低效率促使市場開發出了不同的替代方案。
     
      一方面,通過設計復疊系統和泵循環系統,可以使二氧化碳保持在亞臨界狀態。二氧化碳用于第二低溫回路:包括蒸汽壓縮(復疊系統)、液態二氧化碳泵循環回路(泵循環系統)或兩者兼有的情形(混合系統)。
     
      另一方面,跨臨界二氧化碳系統可以有單蒸發器或雙蒸發器,后者被稱為增壓系統。第一種方案是在傳統系統中增加兩個閥門和一個儲液罐,以便同時控制氣冷器的壓力和蒸發器的過熱度,這對于優化跨臨界二氧化碳系統的效率至關重要。然而,通過添加并聯壓縮機,可以使該方案更加有效,從而使來自儲液罐的制冷劑不再膨脹,而是在并聯管路中直接流入壓縮機。如果在并聯壓縮的三通閥系統中添加了噴射器,那么在幾乎所有溫暖氣候下,系統性能都會得到進一步改善。簡言之,噴射器能夠利用高壓制冷劑的勢能吸入低壓制冷劑,并使其達到中壓,從而降低壓縮比和壓縮機處理的流量。使用具有多級液體接收器和零K過熱蒸發器的三通閥系統是提高增壓系統效率的另一方法。
     
      帶噴射器的二氧化碳跨臨界系統的布局
     
      就丙烷而言,與氫氟烴(HFC)制冷劑相比,配備了壓縮機、膨脹閥和兩個熱交換器的傳統循環通常具有更好的循環性能。如果制冷劑加注量高于相應安全標準允許的最大加注限值,那么還可以采用另一方案,即布置多回路系統。
     
      最后,不同類型的系統可以使用氨作為制冷劑,這已在市場上得到了成功實施。氨蒸氣吸收式制冷系統是最古老的制冷系統之一,缺點是效率低,目前仍未得到廣泛使用。單級壓縮系統包括與傳統制冷系統一樣的部件,并且具有泵和液體分離器,確保壓縮機不回液。兩級壓縮系統是工業制冷系統的下一個發展方向,適用于低溫制冷應用領域,可提供高效率和較低壓縮機排氣溫度。
     
      此外,近年來出現了低加注量氨系統。一方面,優化的系統包括傳統的工業氨制冷系統,該系統進一步通過低充注量的組件進行了優化,將成套氨系統移置到通常放于室外屋頂或地面上的小型獨立系統上,省去了大量氨庫存和管道,避免了泄漏造成的任何危險。
     
      在傳統和低加注量的復疊系統(通常在高溫側)中,也將氨列為制冷劑,當然,這限制了其在設備室的使用。
     
      R-717兩級制冷系統的P-H圖
     
      05
     
      可以提高能效嗎?
     
      如果已經選擇了要設計的循環系統方式,那么可能還需要考慮結合高效技術來實施。與有效控制和監控系統相結合,這些技術可能是實現系統最佳性能的關鍵所在。
     
      一方面,帶變頻器的變容量壓縮機提供了避免低效開關循環的最佳方法,從而降低了壓縮機的季節性效率。所以,在部分負載或低負載條件下,變頻壓縮機可根據系統要求調整其制冷能力,而不會完全停機。理想方案是將可變容量壓縮機與電子膨脹閥(EEV)結合起來,通過系統運行參數的自適應優化實現節能。
     
      還有其它部件也可以提高效率,且主要用于二氧化碳系統。過冷器利用閃蒸閥膨脹后的氣體溫度,來冷卻電子膨脹閥之前的液體制冷劑。經濟器是一種過冷器,其從系統中的某個特定點抽取少量二氧化碳,并通過膨脹閥進行膨脹,從而冷卻來自氣體冷卻器的主氣流。最后,二氧化碳制冷系統中的蒸發冷卻通過噴射微小的水粒珠來降低氣體冷卻器的溫度,這樣,因壓縮機消耗功率的降低而實現了顯著的節能。這些方案特別適合在溫暖氣候下提高二氧化碳系統的效率。
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