【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）船舶制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究-航海學(xué)輪機(jī)工程

分類號 編號 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 船舶制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究 請學(xué)位： 學(xué)士 院 系： 院 專 業(yè)： 輪機(jī)工程 姓 名： 學(xué) 號： 導(dǎo)老師： 學(xué) 摘要 隨著能源問題的日益突出，船舶制冷系統(tǒng)的節(jié)能研究受到越來越多的人的重視。進(jìn)入 21世紀(jì)以來，不斷有新的節(jié)能方案日益涌現(xiàn)。而對船舶制冷系統(tǒng)的節(jié)能研究則顯得意義更加重大。這是因為船舶的空間有限，所能攜帶的日用品和能源亦是有限，因此，提高船舶制冷系統(tǒng)的節(jié)能效率是目前船舶制冷研究應(yīng)首要解決的問題。 論文對船舶的節(jié)能作了深入分析。全文分四部分。分別對船舶制冷系統(tǒng)的現(xiàn)狀做了科學(xué)的理論的研究，從船舶制冷系統(tǒng)熱力學(xué)基礎(chǔ)入手，總結(jié)了幾個主要的制冷方式；對目前常用的節(jié)能方式作了分析；以船舶冷庫為例對船舶 制冷系統(tǒng)做出了節(jié)能設(shè)計了；得出了科學(xué)的結(jié)論。 論文是通過作者翻閱大量的資料，查出精確的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上完成的。但限于作者的水平有限，論文內(nèi)部尚有值得商榷和改進(jìn)的地方。并且文中提出的方案尚無經(jīng)過實踐的檢驗，而只是一次嘗試，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。 關(guān)鍵詞： 船舶； 制冷；節(jié)能 - 2 - by s is of 1st s on it is is is s is to on of a to on up of on an of to as an of a by a of on of to s is to in is no an to be - 3 - 目 錄 緒 論 . 1 1 船舶制冷系統(tǒng)的綜合分析 . 2 汽壓縮式制冷 . 2 收式制冷 . 2 附式制冷 . 3 2 改進(jìn)制冷裝置節(jié)能的 主要措施 . 4 船舶制冷裝置運行的改進(jìn) . 4 舶制冷系統(tǒng)運行參數(shù)的調(diào)整 . 4 冷裝置運行中的節(jié)能技術(shù) . 6 舶制冷運行指標(biāo)節(jié)能分析 . 7 冷的成本核算 . 7 冷運行指標(biāo)的分析 . 8 體吸附式制冷系統(tǒng)的改進(jìn) . 8 型吸附工質(zhì)對 . 8 化吸附床傳熱 . 8 用高級制冷循環(huán) . 9 理節(jié)能和科技進(jìn)步節(jié)能 . 10 3 船舶制冷的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 . 11 冷裝置優(yōu)化設(shè)計的原則、要求與主要設(shè)計方法 . 11 冷裝置匹配含義 . 11 冷裝置優(yōu)化設(shè)計要求 . 11 冷裝置 優(yōu)化設(shè)計方法 . 11 化設(shè)計方法討論 . 12 庫節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 . 12 冷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 . 12 風(fēng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計與使用 . 13 凝器優(yōu)化配置 . 13 庫節(jié)能計算機(jī)輔助監(jiān)控管理 . 14 舶制冷系統(tǒng)的改進(jìn) . 15 汽管設(shè)計中流速的計算 . 16 汽管與蒸發(fā)器之間的聯(lián)接 . 16 交換器至壓縮機(jī)之間的聯(lián)接 . 16 結(jié)論 . 17 致謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 18 1 緒 論 節(jié)能，已經(jīng)成為 21 世紀(jì)的新主題。近幾年，尤其是美國對伊拉克發(fā)動戰(zhàn)爭以來，國際油價一路飆升。世界煤總儲量也只能夠人類使用 200 年了。能源問題已經(jīng)成為人類面臨的大敵。 作為 19 世紀(jì)開始興起的制冷技術(shù)，現(xiàn)在應(yīng)經(jīng)和人們的生活密切相關(guān)。隨著制冷技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，制冷裝置消耗的能源也在迅速增加。制冷是耗能量相當(dāng)大的幾個行業(yè)之一。目前船舶上廣泛采用的蒸汽壓縮式制冷消耗大量的電能。因此，制冷裝置的節(jié)能是我國節(jié)能工作中重要的一環(huán)。特別是在各類船舶上有 限的空間內(nèi)所攜帶的能源是有限的。因此，提高船舶制冷裝置的節(jié)能效率，對改善船舶環(huán)境、節(jié)省船舶空間等的意義十分重大。 本文主要介紹了船舶制冷系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對各種制冷方式作了比較，從能源節(jié)約方面說明了船舶制冷系統(tǒng)為什么采用蒸汽壓縮式制冷；對船舶制冷的節(jié)能提出了改進(jìn)意見；并以船舶冷庫為例對船舶制冷系統(tǒng)做了節(jié)能方面的設(shè)計；最后得出科學(xué)的結(jié)論。 在完成本論文的過程中，作者進(jìn)行了大量的調(diào)研和資料搜集工作，從各種有關(guān)制冷方面的書籍中得到了大量的準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在這里，作者對這些書的作者們表示衷心的感謝。 2 1 船舶制冷系統(tǒng)的綜合分 析 在現(xiàn)代制冷技術(shù)中，廣泛利用制冷劑 (液體 )在低壓下的氣化過程來制取冷量。利用這種原理的制冷方式可分為蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷和吸附式制冷。 汽壓縮式制冷 在蒸汽壓縮式制冷中，工質(zhì)的蒸汽首先被壓縮到比較高的壓力，被外部冷卻介質(zhì)冷卻而轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，再經(jīng)節(jié)流，使壓力和溫度同時降低，利用低壓力下工質(zhì)液體的氣化即可吸熱制冷。氣化后的蒸汽再由壓縮機(jī)吸人壓縮，不斷循環(huán)。圖 1-1 a)所示即為蒸氣壓縮式制冷流程，圖 1-1 b)和 c)為該循環(huán)的 圖 1汽壓縮式制冷 a）單級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng) b） c） 收式制冷 吸收式制冷特點是以熱能為動力，利用溶液的特性來完成工作循環(huán)。圖 1 吸收器中的濃氨水由溶液泵升壓后送入發(fā)生器。濃氨水在發(fā)生器內(nèi)被加熱，產(chǎn)生較高壓縮機(jī) 蒸發(fā)器 冷 凝 器 節(jié)流閥 1 2 3 4 a） b) c) T x=0 x=1 0 q0 x=0 x=1 q0 lg p s 1 2 4 5 7 1 h 4 5 p0 pk a b 4 1 2 3 5 7 1 2 3 3 溫度和較高壓力的氨蒸氣，這些氨氣進(jìn)入冷凝器被凝結(jié)為液體氨。液氨經(jīng)過膨脹閥節(jié)流，降溫降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，從通過蒸發(fā)器的冷凍水中吸取熱量而蒸發(fā)，冷凍水即可作為冷源使用。發(fā)生器中剩余的稀氨水經(jīng)減壓閥降壓后，送入吸收器進(jìn)行噴淋，稀氨水在噴淋過程中吸收從蒸發(fā)器引來的低壓氨蒸氣，成為濃氨水，然后繼續(xù)循環(huán)。 吸收式制冷需要專門的溶液分離設(shè)備，構(gòu)造復(fù)雜，造價高，不適用于顛簸震動的場合。但制冷效率高，適用于大熱量的余熱回收。 附式制冷 吸附式制冷是通過吸附劑在較低的溫度下（一般為當(dāng)?shù)貧鉁兀┪街评鋭?，在較高的溫度下脫附制冷劑，通過吸附脫附循環(huán)來實現(xiàn)。通常是固體對氣體的吸附，它的主要裝置由吸附器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥等組成 , 見圖 1 吸附式制冷的 工質(zhì)對大致可分為沸石分子篩系、硅膠系、活性炭系等。 沸石分子篩系由于它的脫附溫度較高 , 通常在 280 300，所以，一般用于高溫余熱回收。 硅膠系的脫附溫度較低 , 一般從 50左右開始脫附至 120，可以完全脫水，但不耐高溫（不超過 120）。因此，硅膠系很適合以低品位熱源為動力的吸附式制冷。 活性炭系能夠吸附水、甲醇、乙醇等許多制冷劑蒸汽，活性炭 水在 0以下很難使用，且會結(jié)冰；活性炭 甲醇有劇毒，能導(dǎo)致失明。因次，從安全和實用角度考慮，活性炭 乙醇比較適宜在低品位熱能中的應(yīng)用。 吸附式制冷結(jié)構(gòu) 簡單，無噪音，無污染，但制冷效率低，適用于顛簸震蕩場合，如汽車，船舶等，更適用于小熱量回收。如果我們能有效地提高吸附式制冷的循環(huán)效率，它將在制冷技術(shù)中有廣闊的開發(fā)應(yīng)。 以上三種制冷方式都是現(xiàn)代船舶上常用的制冷方式，各有優(yōu)缺點。但三種制冷方式都有很大地開發(fā)潛力，值得人們進(jìn)一步去研究。本文就是對這三種不同的制冷方式提出各自對應(yīng)的節(jié)能措施。 吸附 發(fā)生器 冷凝器 蒸發(fā)器 脫附 吸附 圖 1附式制冷原理圖 4 2 改進(jìn)制冷裝置節(jié)能的主要措施 船舶制冷裝置運行的改進(jìn) 舶制冷系統(tǒng)運行參數(shù)的調(diào)整 蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力 蒸發(fā)溫度的高低是根據(jù)食品加工工藝或用冷場合所需的溫 度來確定的。例如在冷庫制冷系統(tǒng)的設(shè)計中，冷卻和制冰常用 15；冷藏 28或 30；凍結(jié) 33或 40。 在實際運行中，蒸發(fā)溫度的變化與被冷卻對象的熱負(fù)荷、蒸發(fā)器的傳熱面積和壓縮機(jī)的容量有關(guān)。這三個條件中某一個發(fā)生變動時，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力相溫度必然發(fā)生相應(yīng)的變化。所以，只要調(diào)節(jié)改變這些條件，使它們相互適應(yīng)，就可以控制和調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度。 1、熱負(fù)荷的變化 當(dāng)熱負(fù)荷增大，蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)量就會大于壓縮機(jī)的吸氣量，因而蒸發(fā)壓力和溫度將上升。相反，如制冷劑的蒸發(fā)量小于壓縮機(jī)的吸氣量，蒸發(fā)壓力與 溫度就逐漸下降。 2、傳熱面積發(fā)生變化 當(dāng)被冷卻對象的熱負(fù)荷及壓縮機(jī)容量不變，如蒸發(fā)器的傳熱面積減少，則制冷劑的蒸發(fā)量將隨之減少，即蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度降低。反之，如傳熱面積增大，則蒸發(fā)溫度升高。對于現(xiàn)役制冷裝置，其蒸發(fā)器的傳熱面積表而上看似乎是固定不變的。但實際上只有與液態(tài)或氣液混合狀態(tài)的制冷劑接觸的面積，才是有效的傳熱面積。換言之，當(dāng)蒸發(fā)器中沒有制冷劑或只有氣態(tài)制冷劑時，其傳熱面積等于零。因此，通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的制冷劑供液量，就可以調(diào)節(jié)實際的蒸發(fā)面積，進(jìn)面調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力。 3、壓縮機(jī)容量的變化 制冷壓縮機(jī)的容 量應(yīng)該與被冷卻對象的熱負(fù)荷相適應(yīng)。如果熱負(fù)荷不變，壓縮機(jī)的容量增大時，就會使系統(tǒng)蒸發(fā)溫度降低，甚至使壓縮機(jī)產(chǎn)生濕行程。反之，如果熱負(fù)荷不變，壓縮機(jī)的容量減小，由于壓縮機(jī)不能及時吸回蒸發(fā)器內(nèi)形成的制冷劑蒸氣，就會使蒸發(fā)壓力 (溫度 )升高。在制冷裝置的設(shè)計中，蒸發(fā)溫度是根據(jù)制冷工藝的要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，綜合考慮后確定的。實際運行的蒸發(fā)溫度是變化的。蒸發(fā)溫度偏離設(shè)計要求過高或過低都是不利的。 蒸發(fā)溫度降低，運行經(jīng)濟(jì)性差的主要原因是，蒸發(fā)壓力降低時，氣體的比體積增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)吸入的制冷劑質(zhì)量減少 ，因此壓縮機(jī)的制冷量減少。另一方而，蒸發(fā)溫度降低時，壓縮每公斤制冷劑蒸氣的功耗增加。隨著蒸發(fā)溫度降低，壓縮機(jī)的制冷量減少，能耗增大。因此，在制冷裝置的操作調(diào)節(jié)中，一般應(yīng)將蒸發(fā)溫度穩(wěn)定在設(shè)計的溫度、避免蒸發(fā)溫度不必要地過低。造成蒸發(fā)溫度過低的具體原因有如下幾方面： 1)壓縮機(jī)的制冷量大于蒸發(fā)器在同一時間內(nèi)的蒸發(fā)量。 2)被冷卻對象的熱負(fù)荷減少。 3)蒸發(fā)器內(nèi)油污增加，或表面霜層太厚，使蒸發(fā)器制冷能力降低。 5 4)蒸發(fā)器中制冷劑不足，使有效傳熱面積減少。 在操作中應(yīng)針對蒸發(fā)溫度過低的具體原因，采取相應(yīng)的措施。如除 霜、減少運轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的缸數(shù)或臺數(shù)等，使蒸發(fā)溫度處于正常。 根據(jù)上面分析可知，蒸發(fā)溫度升高對節(jié)能是有利的。因此，在滿足制冷工藝要求的前提下，適當(dāng)?shù)靥岣哒舭l(fā)溫度是合理并有利于降低運行費用。當(dāng)然，蒸發(fā)溫度過高也有不利的一面，它會對壓縮機(jī)軸封工作帶來不利，還會使壓縮機(jī)軸功率接近最大值，嚴(yán)重時可能使電動機(jī)過載。在實際運行調(diào)節(jié)中，最主要的限制是制冷工藝的要求，蒸發(fā)溫度過高將無法滿足被冷卻對象的低溫要求。 冷凝溫度和冷凝壓力 冷凝溫度與許多因素有關(guān)，在設(shè)計制冷裝置時，冷凝溫度是通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，綜合考慮確定的。冷凝溫度過高 ，將引起壓縮機(jī)排氣壓力過高，排氣溫度升高，這對壓縮機(jī)的安全運行十分不利，容易造成事故。另一方面，將使制冷裝置效率降低，能耗增加。從節(jié)能角度來說，在設(shè)計時適當(dāng)?shù)剡x取較高的冷凝溫度，即配置較大的冷凝器換熱面積，達(dá)到節(jié)能運行的目的。 從操作調(diào)節(jié)的角度，應(yīng)控制制冷裝置在盡可能低的冷凝溫度下運行，以提高制冷效率，降低運行費。 對于水冷式冷凝器，冷凝溫度決定于冷卻水的水溫、水量、水的流速、冷凝面積、壓縮機(jī)的排氣量以及空氣、油污、水垢等影響冷凝器傳熱效率的各種因素。一般情況下，水冷式冷凝器的冷凝溫度比冷卻水出口溫度高 4 風(fēng)冷式冷凝器的冷凝溫度主要決定于空氣溫度、空氣流速、冷凝面積、壓縮機(jī)排氣量，以及影響冷凝器傳熱效率的其它因素。風(fēng)冷式冷凝器的冷凝溫度一般比空氣溫度高8 蒸發(fā)式冷凝器和淋激式冷凝器的冷凝溫度，除了以上各種影響因素外，還與空氣的相對濕度等影響水的蒸發(fā)效率的因素有關(guān)。一般蒸發(fā)式冷凝器的冷凝溫度，控制在比夏季室外空氣濕球溫度高 5 綜上可見，冷凝溫度受到許多因素的影響。從操作調(diào)節(jié)的角度，要位冷凝溫度盡量低，主要從兩方面入手：一是保持換熱表面的清潔，消除影響熱交換的因素，即及時除垢、放油、排 除不凝性氣體；另一方面，就是控制冷卻介質(zhì)的流量，保證冷卻介質(zhì)均勻地流過換熱表面。因為冷卻介質(zhì)的溫度受環(huán)境溫度的影響，通常是難以調(diào)節(jié)的。當(dāng)冷卻介質(zhì)為水時，除了保證流量和流速外，特別要注意水在冷凝器中分配的均勻性。 綜上所述，在對冷凝溫度的調(diào)節(jié)控制中，應(yīng)保證冷卻介質(zhì)有足夠的流量和流速，并且分布均勻；應(yīng)保證冷凝器換熱表面潔凈，排除影響傳熱的各種因素。使制冷裝置在盡可能低的冷凝溫度下運行。對于集中式制冷系統(tǒng)，在部分負(fù)荷時，應(yīng)特別注意調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)系統(tǒng)的水泵或風(fēng)機(jī)，避免無效的功耗。 壓縮機(jī)的吸氣溫度 壓縮機(jī)的吸氣溫 度通常由設(shè)于壓縮機(jī)吸氣端的溫度計測得。在氨制冷裝置中，吸氣過熱將使制冷系數(shù)下降，即能耗增大。另一方面，吸氣過熱將使壓縮機(jī)排氣溫度升高，直接影響壓縮機(jī)的正常運行。 6 對于 于過熱后制冷系數(shù)將增加或不變，故允許有較大的回氣過熱度。在國家標(biāo)準(zhǔn) 型活塞式單級制冷壓縮機(jī)型式與基本參數(shù)中，對采用22的中型壓縮機(jī)，考核工況的吸氣溫度采用 15。對低溫范圍的名義工況，這二種氟利昂的吸氣溫度規(guī)定為 5，中溫和高溫范圍的吸氣溫度則為 18。 除了影響制 冷系數(shù)外，壓縮機(jī)的最高吸氣溫度主要受到排氣溫度的限制。因此，壓縮機(jī)的吸氣溫度既是運行效率和能耗水平的標(biāo)志，又是安全正常運行的標(biāo)志。在實際操作中應(yīng)保持密切的監(jiān)控，及時調(diào)節(jié)，使之維持在合理的范圍之內(nèi)。 壓縮機(jī)的排氣溫度 壓縮機(jī)的排氣溫度可以通過壓縮機(jī)排氣閥處的溫度計進(jìn)行測量。排氣溫度的高低取決于吸氣壓力、排出壓力、吸人氣體的過熱度和干度。在其它參數(shù)不變的情況下，壓縮機(jī)吸、排氣壓縮比越大，排氣溫度越高；吸氣的過熱度越大，排氣溫度越高；吸氣的含濕量越大，排氣溫度越低。 壓縮機(jī)的正常排氣溫度，可以用吸入狀態(tài)和排氣壓力 在制冷劑壓 壓縮機(jī)可以用下列概算公式計算： 單級氨壓縮機(jī) 排氣溫度 0 ( ) 2 . 4 kt t t 過 熱 雙級氨壓縮機(jī) 高壓級排溫 01 ( ) 2 . 4 kt t t 過 熱 低壓級排溫 0 1 0 ( ) 2 . 4 t t t 過 熱 式中 0t 蒸發(fā)溫度 ( )； 01t 中間溫度 ( )； 冷凝溫度 ( )； t過 熱 吸人氣體的過熱度 ( )。 兩級壓縮循環(huán)的中間溫度 兩級壓縮循環(huán)的中間溫度，是指中間壓力相應(yīng)的飽和溫度，它可以由所測的中間壓力查表得到。中間壓力取決于低壓級的排氣量、中間冷卻器的蒸發(fā)量和高壓級的吸氣量。因此，中間溫度與蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、高壓與低壓壓縮機(jī)的容積比，以及影響中間冷卻器蒸發(fā)量的各因素有關(guān)。只要其中一個參數(shù)變化，中間溫度就會跟著變化。中間溫度直接影響雙級壓縮制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì) 性。在實際運行調(diào)節(jié)中，應(yīng)調(diào)節(jié)中間壓力盡可能接近最佳中間壓力，使運行的制冷系數(shù)最大，能耗最少。調(diào)整中間壓力一般采用增減壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)臺數(shù)的方法，對螺桿壓縮機(jī)還可以利用滑閥來改變?nèi)莘e配比。此外，中間冷卻器供液不足、隔熱不良，積油過多，也會引起中間壓力及中間溫度不正常地升高，應(yīng)注意排除。 冷裝置運行中的節(jié)能技術(shù) 1、適當(dāng)提高冷凝壓力 一般在一特定的制冷系統(tǒng)巾，冷凝壓力升高，壓縮比增大，壓縮機(jī)的壓縮功增大，容積效率降低。在相同制冷星下，系統(tǒng)的耗電量增加。反之，冷凝壓力降低系統(tǒng)的耗電量減少。因此，制冷系統(tǒng)在 較低的冷凝壓力下運行，一般認(rèn)為可以獲得節(jié)能的效果。 對于水冷式的冷凝器，冷凝壓力的高低取決于環(huán)境氣溫、冷凝熱負(fù)荷、冷凝器的傳熱面積、冷凝器的布水狀況和冷卻水的水量。對于一套現(xiàn)役制冷裝置，如假定上述各項條件均不變，顯然，冷凝壓力將與冷卻水的水量直接相關(guān)。冷卻水量減少，冷凝壓力將升高； 7 冷卻水量增大，冷凝壓力將降低。換言之，冷凝壓力降低固然可使壓縮功減少，但此時冷凝壓力的降低是以冷卻水量增加，即水泵耗功增加為代價的。 顯然，制冷裝置的總能耗包括壓縮機(jī)的能耗和水泵的能耗。在某些情況下，冷卻水量的增加對冷凝壓力影響不 大。例如在冷卻水量已經(jīng)足夠的情況下，再增大水量對冷凝壓力幾乎沒有影響。因此，在一定的范圍內(nèi)，可以減少冷卻水的水量，使冷凝壓力適當(dāng)升高。由于減少了水泵的能耗，這時制冷系統(tǒng)的總能耗還可降低，獲得節(jié)能的效果。 應(yīng)該指出，這種節(jié)能措施具有十分容易貫徹落實的優(yōu)點。制冷裝置的技術(shù)管理人員可以根據(jù)本系統(tǒng)的具體情況，計算出各種冷凝壓力范圍內(nèi)應(yīng)投入的水泵臺數(shù)，交給操作人員。操作人員只需按規(guī)定執(zhí)行，不需增加調(diào)節(jié)的工作量，就可實現(xiàn)節(jié)能的效益。因此，這種節(jié)能措施不僅具有不需增加投資，不需增加操作調(diào)節(jié)工作量，容易貫徹落實的優(yōu)點，而且 還減少了水泵的磨損維修工作量，值得大力推廣應(yīng)用。 2、采用較高的蒸發(fā)溫度實現(xiàn)節(jié)能 在一定的冷凝溫度下，提高蒸發(fā)溫度將使制冷系統(tǒng)的壓縮比減小、功耗減小，這對節(jié)能是十分有利的。問題是蒸發(fā)溫度取決于被冷卻對象，調(diào)高蒸發(fā)溫度往往影內(nèi)到需冷卻對象的制冷工藝要求。因此，調(diào)整蒸發(fā)溫度必須以不影響被冷卻對象的工藝要求為前提。 以冷藏庫為例，從節(jié)能的角度，適當(dāng)?shù)靥岣咭恍鞙厥墙?jīng)濟(jì)合理的。例如，可以把庫溫提高到 至 計算表明，當(dāng)用 庫溫代替 庫溫時，由于蒸發(fā)溫度升高，將節(jié)約電能達(dá) 國際 制冷學(xué)會 1986 年提出的“凍結(jié)臺品加工與貯運推薦條件” (第三版 )，對冷庫的貯藏溫度提出了具體的指導(dǎo)性意見。當(dāng)選擇貯藏溫度時，必須考慮冷庫的用途。散裝貯藏的冷藏庫和生產(chǎn)性冷庫，最好應(yīng)控制在 更低的庫溫，以盡量減少質(zhì)量變化。分配性冷庫因為周轉(zhuǎn)量比較高，所以通常可將庫溫控制在 范圍。但如要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，推薦使用 庫溫。 在我國，凍結(jié)構(gòu)冷藏間的溫度一般為 蒸發(fā)溫度采用 少數(shù)小型冷庫采用庫溫 在冷藏庫的實際營運中，可以根據(jù)貯存食品的品種、質(zhì)量要 求和貯存期的長短，采用不同的蒸發(fā)溫度。對于貯存期較短，質(zhì)量對低溫要求不太高的情況，可以適當(dāng)提高蒸發(fā)溫度，達(dá)到節(jié)能的效果。 另外，在冷負(fù)荷較小時，采用較高的蒸發(fā)溫度運行進(jìn)行節(jié)能。其原理是：一般制冷裝置都按滿負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計，而實際在滿負(fù)荷 (即設(shè)計負(fù)荷 )運行的時間并不長，大部分時間是在小于設(shè)計負(fù)荷的條件下運行。在部分負(fù)荷即耗冷量減少時，提高蒸發(fā)溫度，可以利用成小蒸發(fā)器的傳熱溫差，達(dá)到同樣的降溫效果。 舶制冷運行指標(biāo)節(jié)能分析 冷的成本核算 制冷的成本主要由制冷裝置的耗能和折舊費用兩部分組成。對于廣 泛應(yīng)用的壓縮式制冷，其消耗的能源是電能。根據(jù)制冷的用途不同，制冷的溫度不同，不同制冷裝置全年的利用率各不相同。因此，不同應(yīng)用場合下制冷成本也各不相同。 一般來說，制冷的成本核算包括壓縮機(jī)車間所發(fā)生的一切費用，其成本項日如下： 1)動力用電 包括壓縮機(jī)用電，制冷劑泵和冷卻水泵用電。 8 2)輔助材料 包括制冷劑、冷凍油、氯化鈉或氯化鈣等。制冷劑消耗量按每月充注數(shù)計算至年度終了累計總數(shù)。冷凍油按耗用數(shù)減去尚能使用酌回收油計算。 3)固定資產(chǎn)折舊費 機(jī)器房房屋和壓縮機(jī)制冷設(shè)備的折舊費用及大修理費用。 4)車間經(jīng)費 制冷裝置維修費用和其它管理費用。 由于各制冷系統(tǒng)的單位冷量耗電量不同，因此制冷成本應(yīng)以與各產(chǎn)品耗用冷量相應(yīng)的用電量按比例分配比較合理。 冷運行指標(biāo)的分析 根據(jù)制冷裝置的用途不同，其部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可能有所不同，但主要的運行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是一致的。通常進(jìn)行分析的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有制冷量、耗冷量、單位冷量耗電星、單位產(chǎn)品耗電量等。 通過對各項運行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的列表分析，可以找出對能耗指標(biāo)或成本等指標(biāo)的影響因素。例如，冷庫中冷藏的成本比較穩(wěn)定，不因貯藏量的多寡有較大變化。因此，冷庫庫房利用率 高時，冷藏品單位成本下降，以單位成本計算的總成本也下降。 應(yīng)該指出，制冷裝置的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的制定、核算和分析，是為了更有效地完成生產(chǎn)任務(wù)。各項指標(biāo)之間往往是相互制約的，必須進(jìn)行綜合平衡，以免影響整個經(jīng)濟(jì)效果。例如不能單純?yōu)榱斯?jié)約用電，使制冷溫度升高。但是，力求節(jié)約用電，提高制冷裝置利用率和勞動生產(chǎn)率，是降低制冷裝置運行成本的關(guān)鍵。 節(jié)約用電主要決定于制冷機(jī)器與設(shè)備的先進(jìn)性、完好程度、操作管理是否合理等因素。另外許多情況下還與制冷裝置的利用率有關(guān)。例如對于冷庫來說，因為由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量不因庫內(nèi)貯存量的 多少而變化，充分利用庫房容量，不僅可以使分?jǐn)偟矫繃嵣唐返恼叟f費減少，單位產(chǎn)品耗冷量、耗電量降低，還可以使冷藏品的干耗率減少。因為食品在同一貯藏期內(nèi)的絕對干耗量，僅與庫外侵入并被食品吸收的熱量有關(guān)。 體吸附式制冷系統(tǒng)的改進(jìn) 對吸附式制冷系統(tǒng)的研究基本內(nèi)容包括吸附劑 統(tǒng)內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)和各種循環(huán)的熱力學(xué)性質(zhì)等方面。 型吸附工質(zhì)對 已研究的吸附工質(zhì)對主要有：活性炭 氨、沸石 膠 屬氫化物 理吸附）和氯化鈣 學(xué)吸附）等，目前應(yīng)用較多的是前兩者。 活性炭纖維是一種新型的吸附劑。采用活性炭纖維作吸附劑可使吸附 /解吸時間縮短為活性炭系統(tǒng)的 1/10，因而可使循環(huán)周期大大縮短，這對吸附式制冷系統(tǒng)做得緊湊意義很大。另外其制冷性能系數(shù)（ 比活性炭系統(tǒng)有 15%以上的提高。 化吸附床傳熱 吸附床中熱傳遞的強(qiáng)化可提高吸附 /解吸速率，縮短循環(huán)周期。這可以從改善吸附介質(zhì)的傳熱性能和采用先進(jìn)的吸附床結(jié)構(gòu)兩方面來考慮。 可將顆粒大小不同的兩種吸附劑混合起來以減少吸附床的松散性，或在吸附床中加入導(dǎo)熱性好的金屬物質(zhì)或石墨等，都可以提高吸附床的導(dǎo)熱性能，但這些方 法效果不顯著。 另一種途徑是將吸附劑加工成圓片或圓柱等塊狀結(jié)構(gòu)。這既有利于減少吸附劑與換熱壁面的接觸熱阻，也改善了吸附床的傳熱性能，并增加吸附劑的填充量。研究表明，以塊 9 狀吸附床代替顆粒吸附床是一種行之有效的方法，但是如何在滿足熱導(dǎo)率要求時保持其傳質(zhì)率是一個值得注意的問題，對于以水或甲醇等為制冷劑的真空系統(tǒng)尤其應(yīng)予以重視。壓力系統(tǒng)制冷劑（如氨等）由于吸附劑內(nèi)外存在較大壓差，使其傳質(zhì)性能遠(yuǎn)比真空系統(tǒng)（如水、甲醇等）好得多。 而對于吸附床的結(jié)構(gòu)，一個有效的增加吸附床傳熱的方法是減少吸附床厚度，并增大和外界的換熱面 。這通過在吸附床中插入金屬肋片或金屬管實現(xiàn)，肋片很薄，不到 1互間的間隔也只有幾毫米。還有一種設(shè)計是將片狀吸附劑與金屬片粘貼，從而大大減少接觸熱阻，但問題在于金屬與黏接劑的熱膨脹系數(shù)不同，如何保證在多次加熱與冷卻循環(huán)后粘貼的牢靠還有待進(jìn)一步研究。為增大吸附床的換熱面積，已設(shè)計出多種吸附床結(jié)構(gòu)，用得較多的是翅片管式，此外還有板式、板翅式、螺旋板式等。在增大換熱面的同時，也使系統(tǒng)的金屬比熱容大為增加，因此需采用回?zé)嵫h(huán)才能達(dá)到較高的效率。 用高級制冷循環(huán) 吸附制冷的基本型循環(huán)采用 1個吸附器， 在吸附過程中產(chǎn)生冷效應(yīng)，吸附結(jié)束后必須有一個解吸過程使吸附劑狀態(tài)還原，這時將停止制冷，這限制了其應(yīng)用。然而若采用太陽能驅(qū)動，則這種間隙式制冷與太陽能高度匹配。這種太陽能制冷系統(tǒng)的特點是：白天加熱解吸對應(yīng)制冷劑冷凝，晚上冷卻吸附對應(yīng)制冷劑蒸發(fā)制冷。為了連續(xù)制冷，可以采用 2個或多個吸附器交替工作。這在余熱回收利用中具有重要意義。 當(dāng)前最常用的高級制冷循環(huán)有連續(xù)回?zé)嵫h(huán)、熱波循環(huán)、對流熱波循環(huán)和雙效復(fù)疊式循環(huán)四種。在連續(xù)回?zé)嵫h(huán)裝置中， 2 個吸附器交替運行時，其中 1 臺吸附器在吸附時可通過流體將一部分顯熱和吸附熱傳給 另一臺正在解吸的吸附器以實現(xiàn)回?zé)幔虼丝晒?jié)省一部分熱量，提高了循環(huán)的效率。對活性炭 蒸發(fā)溫度、吸附溫度和冷凝溫度分別為 30的工況下，采用連續(xù)回?zé)嵫h(huán)可使 0%左右。在熱波循環(huán)中吸附床設(shè)計成沿流體流程存在很大的溫度梯度，可以看作由一系列能獨立進(jìn)行熱交換的小吸附床組成，兩個吸附床反相運行，各自只有一小部分進(jìn)行熱交換，另一部分保持其溫度，這樣能最大限度地利用吸附過程放出的熱量，更充分地回?zé)帷Ｑ芯勘砻?，熱波循環(huán)在現(xiàn)有系統(tǒng)中實現(xiàn)起來很困難，為了獲得較高 的 循環(huán)流體的流速必須很小，相應(yīng)系統(tǒng)能量密度將很低，增加吸附床的熱導(dǎo)將使系統(tǒng)性能有一定改善，但難度很大。而對流熱波循環(huán)是一種吸附床內(nèi)強(qiáng)迫對流以改善吸附床傳熱、傳質(zhì)性能的循環(huán)方式，即利用制冷劑氣體和吸附劑間的強(qiáng)制對流，使用循環(huán)泵將氨等高壓制冷劑蒸氣直接加熱、冷卻吸附劑而獲得較高的熱流密度，因床內(nèi)的傳熱條件良好，在較短的時間內(nèi)即可將吸附床加熱或冷卻到預(yù)定溫度。雙效復(fù)疊式循環(huán)是利用兩個工作在不同溫度范圍內(nèi)的循環(huán)來提高吸附熱的利用率，如用以沸石 甲醇為工質(zhì)對的低溫循環(huán)。采 用分子篩 水分別作為兩級循環(huán)的工質(zhì)對以及兩級循環(huán)都采用分子篩 水在 100 220溫區(qū)工作，低溫級分子篩 水在 30 100溫區(qū)工作，其中 100為中間溫度。通過選擇合適的加熱溫度和中間溫度及兩級冷凝壓力可使 到 10 理節(jié)能和科技進(jìn)步節(jié)能 管理節(jié)能是通過各種管理手段，在不投資或少量投資的情況下，杜絕能源浪費，減少各種非正常的能源消耗，達(dá)到節(jié)能日的。這是一種最經(jīng)濟(jì)的節(jié)能方式，尤其在管理落后的企業(yè)中，是效 益顯著的節(jié)能方法。 企業(yè)的能源消耗可以用下式表達(dá)： n b c s f s W W W W 式中 制冷裝置的綜合能耗量； 設(shè)備 (或產(chǎn)品 )標(biāo)準(zhǔn)能耗； 工人非正常操作浪費的能源； 因維護(hù)保養(yǎng)不善設(shè)備損壞造成的能耗； 運輸、保管及其它非正常消耗； 設(shè)備狀況個良，運行中浪貨的能源。 由上式可見，在構(gòu)成制冷裝置能耗的各項因素中，除 外，其余均屬應(yīng)當(dāng)節(jié)省下來而浪費掉的能源。管理節(jié)能的主要任務(wù)，就在于用各種管理手段，減少這些能源的浪費，可見這種節(jié)能效益的獲得是最經(jīng)濟(jì)的。管理節(jié)能確實可以在不投資或少量投資的情況下。獲得明顯節(jié)能效果。 另外應(yīng)該說明，在設(shè)備和技術(shù)狀況一定的情況下、管理節(jié)能是有一定限 度的。由能源消耗表達(dá)式可見，當(dāng)一切浪費的能源都得到了控制，剩下的僅有設(shè)備或產(chǎn)品的合理消耗，這時管理節(jié)能就達(dá)到了極限，要進(jìn)一步提高節(jié)能水平，就只有靠科技進(jìn)步節(jié)能。由于技術(shù)和工藝的改進(jìn)，可能使能耗呈較大幅度的下降，從而根本改變設(shè)備和產(chǎn)品的耗能狀況，即改變了 技術(shù)或工藝的改進(jìn)常常可收到十分明顯的節(jié)能效益，因此科技進(jìn)步是節(jié)能的根本出路。應(yīng)該說明，在新設(shè)備、新工藝的條件下，又會產(chǎn)生新的非正常消耗。因此，管理節(jié)能又是長期的不斷發(fā)展的。 由此說明，制冷科技的進(jìn)步與制冷 裝置的管理存在密切的關(guān)系。由于管理水平的提高，不斷取得管理節(jié)能效益，同時又發(fā)現(xiàn)和提出了需要解決的技術(shù)問題。通過科技進(jìn)步，解決了生產(chǎn)中的技術(shù)問題，或提高了技術(shù)水平，又促進(jìn)了管理水平的提高。 在船舶壓縮式制冷裝置中消耗的主要是電能。在船舶用電的總節(jié)電效益中，通過加強(qiáng)管理可收到的節(jié)電效益約占 30；通過改進(jìn)工藝過程，實行一些基本不花錢的技術(shù)措施，可收到的節(jié)電效益約占 40，通過改造或增加設(shè)備且耗費較大的投資，可以收到的節(jié)電效益約占 30。這種估計雖然精確性不是分高，但從而也可認(rèn)識到管理節(jié)能的重要性。 11 3 船舶制冷 的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 船舶制冷系統(tǒng)主要分為船舶冷庫和船舶空調(diào)系統(tǒng)。其中船舶冷庫又分為菜庫和肉庫。兩者要求的溫度不同：蔬菜和水果是是有生命的，因此在抑制細(xì)菌生長的同時還要盡量保鮮；而肉庫則盡量低溫，但是溫度也有限制。溫度過低則肉中細(xì)胞的水分全部凍結(jié)，不利于肉制品的長期放置。 冷裝置優(yōu)化設(shè)計的原則、要求與主要設(shè)計方法 冷裝置匹配含義 制冷裝置由多個部件組成，制冷裝置的匹配意味著其各部件必須在相同的流量下工作，工況才能穩(wěn)定。從各部件的靜態(tài)特性曲線上看，其匹配點就是各部件靜態(tài)特性曲線的交點，如要實現(xiàn)最 佳匹配，必須綜合考慮制冷裝置的效率、運行費用、設(shè)備的壽命及結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素。因此，制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計是綜合性的課題。 冷裝置優(yōu)化設(shè)計要求 保證制冷裝置穩(wěn)定運行： 穩(wěn)定性是匹配的首要問題，匹配首先必須保證制冷裝置穩(wěn)定運行，以免制冷裝置在供液、壓力及溫度等方面出現(xiàn)不平衡，即產(chǎn)生振蕩。而制冷裝置匹配與否，必須在運行中驗證，所以，穩(wěn)定性問題又是動態(tài)問題。 保證制冷裝置效率與經(jīng)濟(jì)性最高： 制冷裝置優(yōu)化設(shè)計除了保證穩(wěn)定運行外，還應(yīng)根據(jù)優(yōu)化原則，找出制冷裝置及各部件均能滿足的參數(shù)條件，以使制冷裝置保持在最高效率 下運行，并獲得最佳經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)優(yōu)化理論，制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計是在一定約束條件下實現(xiàn)規(guī)定目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題，即保證制冷裝置穩(wěn)定運行條件下，尋求最高效率的條件。它一般由目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化變量、約束條件和優(yōu)化算法四部分組成。對制冷裝置而言，必須綜合考慮設(shè)備的投資及運行費用，解決制冷裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)最優(yōu)化問題，從而滿足熱效率和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)化。 冷裝置優(yōu)化設(shè)計方法 1、靜態(tài)特性曲線法 靜態(tài)特性曲線法是工程上已在應(yīng)用的一種方法，其運作時，匹配點雖能落在各部件靜態(tài)特性曲線的交點上，但該點不一定是最佳匹配點。 因此，用靜態(tài)特性曲線法優(yōu)化設(shè)計時，需使其匹配點落在壓縮機(jī)最高效率點附近，通過對熱力膨脹閥與蒸發(fā)器匹配點的調(diào)整，使蒸發(fā)器蒸發(fā)面積利用率最大，制冷裝置的經(jīng)濟(jì)性最高。 2、熱動力學(xué)法 熱動力學(xué)法是國內(nèi)外制冷界深入研究和廣泛采用的方法。制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計與運行涉及兩個問題，一是優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與約束條件；二是需要一臺自適應(yīng)多參數(shù)控制器配合工作。 基本思路與方法：首先應(yīng)建立制冷裝置及各部件動態(tài)模型，然后聯(lián)立求解這些動態(tài)方程組。在此基礎(chǔ)上 ,選定某一目標(biāo)函數(shù)，確定實現(xiàn)該目標(biāo)函數(shù)的約束條件，保持制冷裝置 12 在某一基本工況下處于最佳 匹配狀態(tài)。例如，若選“蒸發(fā)器蒸發(fā)面積利用率最大”為目標(biāo)函數(shù)，可令干度 x ( , t )在蒸發(fā)器出口處為 1，求出流量 G 并以此流量推算熱力膨脹閥、冷凝器及壓縮機(jī)的有關(guān)參數(shù)，但由于此時壓縮機(jī)不一定處于最佳工作點，故還需反復(fù)迭代修正，此外，制冷裝置運行時干度 x ( , t) = 1 點是運動的，因此 ,還應(yīng)推出干度動態(tài)方程 x ( , t) 以求取 x ( , t) = 1 狀態(tài)點，并確定蒸發(fā)器中兩相區(qū)的分布，以便選擇最佳工況，使制冷裝置達(dá)到最佳匹配狀態(tài)。 制冷裝置參數(shù)的綜合控制：為使制冷裝置在外負(fù)荷干擾下能始終保持在 最佳匹配點，還需配置一臺計算機(jī)來綜合控制，其關(guān)鍵是應(yīng)給出一個專用的控制程序，以蒸發(fā)器進(jìn)出口溫差、壓縮機(jī)吸排汽壓力和冷間溫度為輸入信號，通過控制程序發(fā)出控制信號，就能對蒸發(fā)器供液閥及回汽閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時對壓縮機(jī)電機(jī)及冷凝器冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。一旦實現(xiàn)了制冷裝置參數(shù)的綜合控制，就能適應(yīng)各種工況，獲得任意工況下的最佳匹配。 化設(shè)計方法討論 靜態(tài)特性曲線法屬穩(wěn)態(tài)設(shè)計法，它是在制冷裝置達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時分析各部件之間的靜態(tài)匹配關(guān)系，此法工作量較小，對于兩部件的靜態(tài)匹配較有實效，但對于多部件的匹配則有較大局限 性，而且，這種靜態(tài)匹配的觀點還會受到種種限制。例如，對蒸發(fā)器而言，負(fù)荷變化極易使其離開匹配點，如果蒸發(fā)器負(fù)荷增加后，制冷裝置產(chǎn)冷量不足，又無相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，則其蒸發(fā)壓力和出口過熱度將增大。因此，制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計不應(yīng)只停留在靜態(tài)分析或經(jīng)驗匹配上，而必須用制冷系統(tǒng)熱動力學(xué)的觀點，研究制冷裝置及各部件變工況時的動態(tài)特性，找出相關(guān)參數(shù)的定量關(guān)系，然后從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)制冷裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)的最佳匹配。這樣，不僅實現(xiàn)了制冷裝置的穩(wěn)態(tài)最優(yōu)化，而且實現(xiàn)了動態(tài)最優(yōu)化。 庫節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 冷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計 1、設(shè)計中的優(yōu)化目標(biāo) 從節(jié)能角度來說，制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)愈大愈好，若以節(jié)能作為設(shè)計的優(yōu)化目標(biāo)，則會得到所設(shè)計系統(tǒng)的熱交換設(shè)備愈大愈好的結(jié)論，這在實際上是不經(jīng)濟(jì)的，因此，實際設(shè)計時，應(yīng)把制冷系統(tǒng)的總費用作為系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù) , 即： 11i R P t式中 : 制冷系統(tǒng)中第 i 個設(shè)備的成本費 (元 )； 第 i 個設(shè)備每年折舊費的百分比 (%)； n 制冷系統(tǒng)中設(shè)備數(shù)； t 制冷系統(tǒng)每年的運行時數(shù)； 從上式可以看出 , 采用較大 的熱交換設(shè)備和節(jié)能而較貴的壓縮機(jī)，則經(jīng)常費用低，但初投資貴。因此，在一定條件下總可以找到總費用最低的設(shè)計參數(shù)。 2、設(shè)計變量及常量 設(shè)計變量及常量有：制冷劑循環(huán)效率、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、中間溫度、排氣溫度、吸氣溫度、制冷壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、工質(zhì)泵型號、臺數(shù)、容量以及管路管徑等。實際優(yōu) 13 化設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計冷庫的實際情況先確定大部分參數(shù)作為常量，選用較少的參數(shù)作為變量。 風(fēng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計與使用 1、冷風(fēng)機(jī)的蒸發(fā)面積 冷凍間一般選用冷風(fēng)機(jī)為冷分