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吉林化工学院本科毕业设计（论文）外文翻译

氨制冷系统的节能设计，改造和蒸发式冷凝器的控制

阿卜杜勒穆罕默德和凯利，工业评估中心，代顿大学

摘要

氨制冷系统通常提供了许多节能商机，因为他们的大动力消耗，运行时间长的和动态的操作。氨制冷系统的能源使用高度依赖于冷凝头的压力，而这是一个函数的蒸发式冷凝器容量和控制功能。本文研究系统能源利用中聚光能力和冷凝器的控制之间的关系。它首先开发方法来确定冷凝器的性能，然后以仿真模型模拟压缩机和冷凝器风扇的年度能源利用。，它使用工程基本面和经验两个数据，准确地捕捉压缩机，冷凝器和环境湿球温度之间的协同效应。节约能源是三种情况：安装在冷凝器风机变频驱动器，采用湿球控制方法战略和提高聚光性能。以说明气候的影响，这些模拟是两个不同的ASHRAE气候区，迈阿密，佛罗里达州和执行明尼阿波利斯，明尼苏达州，这是炎热和寒冷的气候分别。结果表明，提高表现不佳的冷凝器的性能是最经济有效的节能测量。但是节约能源从冷凝器安装变频驱动器球迷和利用湿球的方法策略取决于环境气候条件，与位置无关。接下来，内部收益率的计算方法来安装额外的聚光能力超越在为相同的两个ASHRAE气候区新建筑应用的标准做法。结果表明，安装两次基线聚光能力，内部收益率超过20 ％。综上所述，本文提出的设计，改造的综合方法在氨制冷系统蒸发式冷凝器的控制权。节约能源衍生通过使用这种方法可以显著提高氨的能量效率制冷系统。

介绍

约7.5 ％的总生产能耗用于食品加工行业，其中约21％的能量是电能(二零零六年环评)。在这些设备中，氨制冷系统是最大的能源消耗部分。制冷与冷却工艺所用电量是食品加工行业(二零零六年EIA)的用电量的27％。制冷系统使用的能量是高度依赖于冷凝压力，而这又是冷凝器容量和控制性能。因此，提高聚光能力和控制可导致显著的节能效果。

本文首先确定使用的数据从实际的聚光性能制冷控制系统。然后是开发仿真模型来计算每年的能源使用所研究的压缩机和冷凝器风扇。该仿真模型，用来计算节能三

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个节能措施(ECMS)：在冷凝器风扇安装变频器，采用湿球的方法策略，提高聚光性能。以说明气候的影响，这些仿真用于执行迈阿密，佛罗里达州和明尼苏达州明尼阿波利斯，这是炎热和寒冷的气候分别。文章最后决定回报的安装额外的容量超出标准规范的内部收益率在新的建筑应用。

系统说明

分析系统是一个两阶段的氨制冷系统具有两个低压侧压缩机和两个高级压缩机。所有的压缩机是螺杆式与滑阀控制和热虹吸油冷却。一种蒸发式冷凝器以恒定的速度从系统散发热量。对于本文的其余部分，术语系统将参考冷凝器风扇和压缩机。从冷凝器泵的能源使用小，并且不评价了本文。关键系统参数，包括电动机电流，氨的压力和温度从制冷控制系统获得。氨性数据的计算使用参考流体热力学和输运性质数据(NIST，2010)也被称为REFPROP。图中显示了制冷系统的替补的示意图。

图1。电路图制冷系统的pH值图上

计算排热到冷凝器

冷凝压力是决定系统能源利用的一个关键变量。为了准确地计算冷凝压力，冷凝器性能必须确定。在第一步骤中确定冷凝器性能是计算从压缩机排出到总热量冷凝器。在系统中的能量平衡显示了总的热拒绝了冷凝器是由低和高级压缩机加两个设置在制冷（QREF0）低和高级压缩机两者的压缩或轴功率（WS）的热量。

QCond.actual = Σ QrefLS +Σ QrefHS +Σ WSLS +Σ WsHS（1）

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所有的热拒绝从低温压缩机减去热虹吸拒绝的低级压缩机油冷却（TSOC，LS）将被转移到高压侧制度。因此，由高温压缩机提供（TRprovided，HS）的制冷是：

ΣTRprovided，HS = Σ QrefLS +Σ QrefHS +Σ WLS

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量可以使用等式4和来自控制系统的百分之制冷容量，计算如下：

QREF = Qrrated • ％容量

（5）

压缩热由高温级压缩机（WsHS）生产

来自控制系统的数据而获得的每个压缩机的电机电流。至相关电机电流轴功率（WS），电机电流和输入之间的关系权力必须得到发展。这种关系中，可以从点测量开发电机电流和输入功率在整个压缩机的工作范围。通过使用的压缩机（ὴm）的两个铭牌效率和f（A），轴功率或等价每个压缩机的压缩热量可以计算为：

WsHS = F（A）* ὴm

（6）

热虹吸油冷却（TSOC）

考虑了两阶段的低温循环在图1中表示的氨制冷系统。在状态1LS，氨进入压缩机作为饱和蒸汽和离开压缩机的过热蒸汽在状态2LS。路径1LSmref.LS •（h2a.LSh4.LS）（8）

通常，制造商报告的体积流量的空气速率，标称容量，并且热抑制因子（HRF）。体积流量是用于使用计算的质量流率空气的密度在标准条件。该HRF，这既是外部空气湿球温度计的功能温度（TWB）和饱和冷凝温度（Tcond），用于确定在额定容量冷凝器对于一个给定TWB和Tcond为（Manske，Reindl和2001年克莱因）：

额定电容容量=标称容量/ HRF（TWB，Tcond）（10）

等式9b和10可以适用于制造商的规格为蒸发冷凝器，以确定对于一个给定的湿球Tcond和效力之间的关系范围。有效性被发现是线性相关的Tcond为： effM = E0

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由于蒸发式冷凝器的运行期间的实际容量已计算的，实际效果可以适合于在等式11的形式的线。测量效力与从所研究的系统Tcond数据被绘制时，无论是蒸发式冷凝器，风机和水泵是在图3满负荷生产。额定制造商从式（11）效果也绘制在同一张图来比较的有效性上一个新的蒸发式冷凝器，以其中一个已经服役了几年。图3表示该蒸发式冷凝器性能已劣化随着时间的推移。实际容量比制造商的额定容量少约40％。此信息可以被用作用于模拟程序的校准参数。例如，在图3中，冷凝器容量为一个新的冷凝器将约为1.69倍，目前的实际能力。

图3。实际和制造商有效性的蒸发式冷凝器

模拟年能源消耗

每年的能量使用的制冷系统的是压缩机和冷凝器的总和风机能耗。冷凝压力是必须正确地计算一个关键的变量正确模拟压缩机和冷凝器风扇的能源使用。以下步骤概述一方法计算压缩机功率，冷凝压力和冷凝器风扇电源。

计算压缩机输入功率

一个给定的压缩机在一定范围抽吸的额定轴功率（bhprated）和冷凝温度可以从制造商处获得。此数据可以被嵌入到一个二阶多项式方程的交互项来确定额定满载

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轴功率在给定的吸气和冷凝温度（Manske 2000），如：

bhprated = P0 + P1 • Tcond + P2 • TSUC + P11 • Tcond ² + P22 • TSUC ² + P12 • Tcond • TSUC（12）

在该制冷系统中的压缩机，像许多制冷系统中，在操作碱/修剪方式，表示过去压缩机接通的每个阶段是修剪压缩机。式（4），它类似于公式12中，示出的满负荷容量压缩机吸入的函数和冷凝温度下，该压缩机运行。知道制冷负荷（参考负载）和碱的量被操作（Σ TRBase），则该部分的容量修剪压缩机的压缩机定阶段（FCTrim）可以计算如下：

FCTrim =（参考负载6789

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红色=压缩机的能耗，蓝=冷凝器风扇能源，绿色=节能，广场=投资回报率，VFD =常数变速冷凝器风扇，所需时间约=利用湿球的方法和策略PERFOR =提高聚光性能。

在新建筑应用安装额外的电容容量

冷凝器是因为结构支撑，管道和控制成本来安装。因此，这是很少的成本效益来安装额外的冷凝器为唯一目的能量效率。然而，在新建筑中安装额外的冷凝器容量可以成本效益。近似的安装成本与变频驱动和湿球的做法冷凝器控制是指在公式23。增量成本（元）= 17 ·增容（MBH）+ 12,000（23）

在添加额外的冷凝器时收益率（IRR）内部收益率图9显示容量时，冷凝器的寿命是20年，能源涨价率是3 ％。内部收益率计算用于安装的50 ％的额外容量，100％，150 ％和200 ％，比7000 MBH基线能力。在这两个位置，内部收益率超过20％加倍聚光能力。因此，增加聚光能力似乎是一个非常有吸引力的选项的新建筑。

图9。返回的安装额外的电容容量内部收益率

红色=增量成本，绿色=每年节约能源成本，回报广场=内部收益率

小结与讨论

本文开发了一种方法，利用数据来校准聚光性能制冷控制系统。此校准冷凝器性能的仿真中使用模型计算所研究的年度能源使用的系统。该仿真模型是然后用来计算节能三的ECM ：在冷凝器风扇安装变频器，采用湿球的方法策略，提高聚光性能的两个不同的ASHRAE气候区。

重要的结果是：

1．制冷系统的总功耗是强烈依赖于冷凝器大小，性能和控制。

2．对于现有系统，提高了蒸发式冷凝器性能可能是最成本效益的节能措施。目视检

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[4] Manske，K.A.，Reindl酒店，D.T.和克莱因2001年S.A.公司。在工业“蒸发式冷凝器的控制制冷系统制冷24 “国际杂志： 676-691。

[5]米切尔，J.W.博朗，J.E.，1998。“设计，分析和空间调节设备的控制和

系统”。威斯康星大学麦迪逊分校。

[6] 标准与技术，2010年全国学院，参考流体热力学和运输属性数（REFPROP）8.0版 [7] 国家可再生能源实验室，2005年，“用户手册TMY3s ”，http://rredc.nrel.gov/solar/old_data/nsrdb/1991-2005/tmy3/ [8] Stoecker，威尔伯特，1998年，工业制冷手册。麦格劳13-