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【摘 要】制冷系统的优化是指在符合工艺条件的前提下，对有限个参数进行综合调节，使得综合能耗最低。文中把冷却水泵、冷冻水泵、制冷机组看作一个有机的整体进行参数的优化和控制。讨论了在环境温度变化时，采用小流量和大流量的能耗比较，在可能的情况下，对能耗的最小值进行求解，以到达总能耗最小的目的。
【关键词】节能；制冷系统；冷却水流量；冷冻水流量
当前，环境和资源是摆在人类面前的两大难题。“十一五”规划纲要中要求实行单位能耗目标责任和考核制度，完善重点行业能耗标准和节能设计规范，进一步把单位GDP能耗降低20%作为约束性指标。节能降耗的技术和手段需要各企业去探索、研究和实践。笔者拟通过对制冷装置节能降耗影响因素的分析，探讨节能降耗的改进方向和措施。
1.制冷工艺比较
1.1压缩制冷工艺
压缩制冷是将制冷剂通过制冷压缩机及辅机由压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程组成制冷循环。
压缩制冷工艺具有流程短、制冷量大、工艺成熟的优点； 但是无论选择电动压缩机或蒸汽透平压缩机都需要使用品级较高的能源，故适合于制冷量很大的场合。
1.2吸收制冷工艺
虽然吸收制冷工艺流程较长、设备较多，但在中等规模制冷量的情况下投资费用比压缩制冷少，运行费用也较低。吸收制冷工艺具有以下优缺点。
（1）有利于热能的综合利用。吸收制冷工艺中蒸发器加热所需要的热源温度较低，故可以充分利用0.25～0.8MPa（绝）低品质饱和蒸汽，甚至使用低压蒸汽冷凝液，从而节约能量，大幅降低运行成本，特别是在低品质热源较多，供电紧张的地方，具有明显的优点。
（2）负荷调节范围大。负荷在20%～100%的范围内，吸收制冷系统均可以正常运行，而采用压缩制冷时负荷变化范围较小。
（3）维修简单，易于管理。吸收制冷装置大部分为静设备，而压缩制冷需要压缩机等复杂机组。
（4）吸收制冷也有其缺点，如冷却水耗量大，占地面积大，且经济制冷温度仅为+10～-20℃。
1.3制冷方案的选择
压缩制冷和吸收制冷各有优缺点，要根据项目具体情况选择制冷方案。如果把2种制冷方案结合起来，在大型合成氨尿素项目中，主要依靠压缩制冷提供冷量，同时配套增加1套吸收式制冷装置，利用工艺余热，提供冷量，降低循环冷却水的温度，从而降低压缩功，既利用了余热，也节省了压缩机透平高位能蒸汽消耗。
2.制冷装置优化原则
对制冷装置进行优化，首先要确定优化的原则，即要确定优化目标、优化参数、优化计算的约束条件，然后才是优化方法的确定。
2.1优化目标的确定
对制冷装置进行优化，首先要明确优化目标。
对不同的装置不同的人员所选择的优化目标都会有所不同，但一般来讲，优化的目标应该包括以下两项：（a）装置能够正常工作，达到其功能要求；（b）效率与竞技性最高。本文针对越来越受到重视的制冷空调节能问题，讨论了对给定制冷设备基础上在满足制冷要求的前提下，如何调节可变参数，使总能耗最小。因此，选取制冷空调的总能耗为优化目标函数。
2.2优化参数的选择
优化参数是指优化计算中的可变量。改变这些参数，寻找其最佳组合，即优化计算过程。
本文所选研究实例为活塞式冷水机组。活塞式冷水机组中的活塞式压缩机的性能与很多参数有关，其性能曲线是指压缩机的制冷量和功率与相关参数的关系，其主要参数是蒸发温度和冷凝温度。而对于冷却水泵和冷冻水泵来说，影响水泵能耗功率的参数为冷却水流量和冷冻水流量，因此，选择冷却水流量和冷冻水流量为水泵优化参数。
3.制冷装置节能降耗改进措施
3.1提高换热效率
（1）改善循环水水质，加强水冷器的清洗。循环水中加入杀菌剂后，细菌尸体附着在水冷器的管程表面，增大了热阻，降低了换热效率，严重时还可造成设备堵塞。
（2）改进换热器材质和换热器结构。使用石墨等高效传热材料，选用传热面更大的翅片式或螺旋板换热器，以提高换热效率与冷却冷凝效果。
（3）加强制冷剂蒸汽在换热器内的湍动，以增加导热能力。
3.2降低管道阻力降
所有制冷剂不管是蒸气还是液体状态，流过制冷回路时都会产生压降。当压力变化时，制冷剂的温度也会改变，改变多少依赖于制冷剂本身。考虑到在吸气和排气管路上的压降，要保持蒸发器和冷凝器中的合适压力，流道压降将会增加压缩机的压缩比。对于多数制冷剂来说，吸气管路的压降所造成的温度变化比排气管路压降造成的温度变化更加显著。
3.3惰性气的分离
制冷系统中不凝性气体主要来自以下几方面。
（1）在投产前或大修后充灌制冷剂时，未将系统内的空气彻底抽净。
（2）补充润滑油及制冷剂时操作不慎，导致少量的空气进入系统。
（3）当制冷装置在蒸发压力低于大气压力下运转时，外界的空气即有可能从不严密处，如压缩机的轴封处、各法兰连接处、阀门的填料处等进入系统。
（4）润滑油及制冷剂在很高的排气温度下也会少量分解产生一些其他不凝性气体。
制冷系统存有不凝性气体将妨碍冷凝器的传热，并使压缩机的排气压力和排气温度升高，因而使功耗随之增加，因此这些气体必须予以清除。
采用空气分离器可以排除制冷系统中不凝性气体（主要是空气） ，并同时回收制冷剂的制冷剂。
该法通常只是在大中型的制冷装置中使用，因为大中型的制冷装置中不凝性气体的数量较多，而小型制冷装置通常不设置空气分离器，直接从冷凝器、高压贮液器或排气管上的放空阀把空气等不凝气体放出，以力求系统的简化。
3.4油分离
对于小型制冷机组，如果采用油密封，则系统液氨可能带油。大量油粘在换热管外壁，增大了换热器的热阻，降低氨冷效率。此类机组应设置排油装置，每次开停车都需排油，但不能从根本上解决液氨带油问题。对于大型离心制冷压缩机，目前一般采用气体密封。如果密封气正常投用，不会有油渗入系统。
4.结语
为降低功耗，需要在流程配置、制冷剂研究、材料选择、设备管道设计、降低冷却水温度等方面进一步研究，每一项进步都会显著地降低制冷装置的能耗。在制冷剂的选择方面，需要考虑项目的具体情况。针对氨合成项目，选择氨作为制冷剂更为合适，因为合成氨精制部分产生的气氨需要进入压缩机压缩液化，而且合成氨装置的氨制冷剂来源方便。
【参考文献】
[1]陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：建筑工业出版社，2006：25-48.
[2]马娟丽，等.一次泵变频调速变流量系统的节能优化[J].能源技术，2006，27（2）：66-71.
[3]陈芝久.制冷系统热动力学[M].机械工业出版社，1998：201-232.
[4]李笑春.制冷计算[M].长沙：湖南商业专科学校出版社，1983：53-69.
【关键词】节能；制冷系统；冷却水流量；冷冻水流量
当前，环境和资源是摆在人类面前的两大难题。“十一五”规划纲要中要求实行单位能耗目标责任和考核制度，完善重点行业能耗标准和节能设计规范，进一步把单位GDP能耗降低20%作为约束性指标。节能降耗的技术和手段需要各企业去探索、研究和实践。笔者拟通过对制冷装置节能降耗影响因素的分析，探讨节能降耗的改进方向和措施。
1.制冷工艺比较
1.1压缩制冷工艺
压缩制冷是将制冷剂通过制冷压缩机及辅机由压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程组成制冷循环。
压缩制冷工艺具有流程短、制冷量大、工艺成熟的优点； 但是无论选择电动压缩机或蒸汽透平压缩机都需要使用品级较高的能源，故适合于制冷量很大的场合。
1.2吸收制冷工艺
虽然吸收制冷工艺流程较长、设备较多，但在中等规模制冷量的情况下投资费用比压缩制冷少，运行费用也较低。吸收制冷工艺具有以下优缺点。
（1）有利于热能的综合利用。吸收制冷工艺中蒸发器加热所需要的热源温度较低，故可以充分利用0.25～0.8MPa（绝）低品质饱和蒸汽，甚至使用低压蒸汽冷凝液，从而节约能量，大幅降低运行成本，特别是在低品质热源较多，供电紧张的地方，具有明显的优点。
（2）负荷调节范围大。负荷在20%～100%的范围内，吸收制冷系统均可以正常运行，而采用压缩制冷时负荷变化范围较小。
（3）维修简单，易于管理。吸收制冷装置大部分为静设备，而压缩制冷需要压缩机等复杂机组。
（4）吸收制冷也有其缺点，如冷却水耗量大，占地面积大，且经济制冷温度仅为+10～-20℃。
1.3制冷方案的选择
压缩制冷和吸收制冷各有优缺点，要根据项目具体情况选择制冷方案。如果把2种制冷方案结合起来，在大型合成氨尿素项目中，主要依靠压缩制冷提供冷量，同时配套增加1套吸收式制冷装置，利用工艺余热，提供冷量，降低循环冷却水的温度，从而降低压缩功，既利用了余热，也节省了压缩机透平高位能蒸汽消耗。
2.制冷装置优化原则
对制冷装置进行优化，首先要确定优化的原则，即要确定优化目标、优化参数、优化计算的约束条件，然后才是优化方法的确定。
2.1优化目标的确定
对制冷装置进行优化，首先要明确优化目标。
对不同的装置不同的人员所选择的优化目标都会有所不同，但一般来讲，优化的目标应该包括以下两项：（a）装置能够正常工作，达到其功能要求；（b）效率与竞技性最高。本文针对越来越受到重视的制冷空调节能问题，讨论了对给定制冷设备基础上在满足制冷要求的前提下，如何调节可变参数，使总能耗最小。因此，选取制冷空调的总能耗为优化目标函数。
2.2优化参数的选择
优化参数是指优化计算中的可变量。改变这些参数，寻找其最佳组合，即优化计算过程。
本文所选研究实例为活塞式冷水机组。活塞式冷水机组中的活塞式压缩机的性能与很多参数有关，其性能曲线是指压缩机的制冷量和功率与相关参数的关系，其主要参数是蒸发温度和冷凝温度。而对于冷却水泵和冷冻水泵来说，影响水泵能耗功率的参数为冷却水流量和冷冻水流量，因此，选择冷却水流量和冷冻水流量为水泵优化参数。
3.制冷装置节能降耗改进措施
3.1提高换热效率
（1）改善循环水水质，加强水冷器的清洗。循环水中加入杀菌剂后，细菌尸体附着在水冷器的管程表面，增大了热阻，降低了换热效率，严重时还可造成设备堵塞。
（2）改进换热器材质和换热器结构。使用石墨等高效传热材料，选用传热面更大的翅片式或螺旋板换热器，以提高换热效率与冷却冷凝效果。
（3）加强制冷剂蒸汽在换热器内的湍动，以增加导热能力。
3.2降低管道阻力降
所有制冷剂不管是蒸气还是液体状态，流过制冷回路时都会产生压降。当压力变化时，制冷剂的温度也会改变，改变多少依赖于制冷剂本身。考虑到在吸气和排气管路上的压降，要保持蒸发器和冷凝器中的合适压力，流道压降将会增加压缩机的压缩比。对于多数制冷剂来说，吸气管路的压降所造成的温度变化比排气管路压降造成的温度变化更加显著。
3.3惰性气的分离
制冷系统中不凝性气体主要来自以下几方面。
（1）在投产前或大修后充灌制冷剂时，未将系统内的空气彻底抽净。
（2）补充润滑油及制冷剂时操作不慎，导致少量的空气进入系统。
（3）当制冷装置在蒸发压力低于大气压力下运转时，外界的空气即有可能从不严密处，如压缩机的轴封处、各法兰连接处、阀门的填料处等进入系统。
（4）润滑油及制冷剂在很高的排气温度下也会少量分解产生一些其他不凝性气体。
制冷系统存有不凝性气体将妨碍冷凝器的传热，并使压缩机的排气压力和排气温度升高，因而使功耗随之增加，因此这些气体必须予以清除。
采用空气分离器可以排除制冷系统中不凝性气体（主要是空气） ，并同时回收制冷剂的制冷剂。
该法通常只是在大中型的制冷装置中使用，因为大中型的制冷装置中不凝性气体的数量较多，而小型制冷装置通常不设置空气分离器，直接从冷凝器、高压贮液器或排气管上的放空阀把空气等不凝气体放出，以力求系统的简化。
3.4油分离
对于小型制冷机组，如果采用油密封，则系统液氨可能带油。大量油粘在换热管外壁，增大了换热器的热阻，降低氨冷效率。此类机组应设置排油装置，每次开停车都需排油，但不能从根本上解决液氨带油问题。对于大型离心制冷压缩机，目前一般采用气体密封。如果密封气正常投用，不会有油渗入系统。
4.结语
为降低功耗，需要在流程配置、制冷剂研究、材料选择、设备管道设计、降低冷却水温度等方面进一步研究，每一项进步都会显著地降低制冷装置的能耗。在制冷剂的选择方面，需要考虑项目的具体情况。针对氨合成项目，选择氨作为制冷剂更为合适，因为合成氨精制部分产生的气氨需要进入压缩机压缩液化，而且合成氨装置的氨制冷剂来源方便。
【参考文献】
[1]陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：建筑工业出版社，2006：25-48.
[2]马娟丽，等.一次泵变频调速变流量系统的节能优化[J].能源技术，2006，27（2）：66-71.
[3]陈芝久.制冷系统热动力学[M].机械工业出版社，1998：201-232.
[4]李笑春.制冷计算[M].长沙：湖南商业专科学校出版社，1983：53-69.