【摘 要】
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采用复叠式制冷系统的冷库可以满足不同季节冷库运行需求,但是当冷库室内外温差变化较大及货物进出冷库导致制冷负荷波动较大时,常规复叠式制冷系统无法保证冷库能长期稳定高效运行,不利于节能环保。为了增大制冷系统高效稳定运行的温度区间,提高系统在变工况变负荷下的运行性能。本文设计出了一种高温级和低温级采用同一制冷剂的复叠式制冷系统,且系统可实现基于工况和运行负荷匹配的单级制冷循环循环模式和复叠式制冷循环模式
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采用复叠式制冷系统的冷库可以满足不同季节冷库运行需求,但是当冷库室内外温差变化较大及货物进出冷库导致制冷负荷波动较大时,常规复叠式制冷系统无法保证冷库能长期稳定高效运行,不利于节能环保。为了增大制冷系统高效稳定运行的温度区间,提高系统在变工况变负荷下的运行性能。本文设计出了一种高温级和低温级采用同一制冷剂的复叠式制冷系统,且系统可实现基于工况和运行负荷匹配的单级制冷循环循环模式和复叠式制冷循环模式切换。在高温冷库、寒冷季节或冷库低制冷负荷运行时采用单级制冷循环模式运行,在低温冷库、炎热季节或冷库高制冷负荷运行时采用复叠式制冷循环模式运行。通过对比多种制冷剂的性质,选取了R410A制冷剂作为本课题复叠式循环系统中的单一制冷剂。基于已有的研究结果,对单级制冷循环及复叠式制冷循环,在不同工况和不同负荷条件下进行了理论分析。结果表明,随着蒸发温度升高,单级制冷循环及复叠式制冷循环的系统COP均增大,且前者的增大速率大于后者。随着制冷负荷增大,单级制冷循环及复叠式制冷循环的系统COP均增大,且后者的增大速率大于前者。搭建了可实现单级制冷循环和复叠式制冷循环切换运行的系统性能测试实验台,对两种循环的运行性能进行研究。实验结果表明:相同温度工况及相同制冷负荷下,复叠式制冷循环的排气温度远低于单级制冷循环;对于复叠式制冷循环,同一制冷负荷对应多组高、低温级压缩机频率,存在高低温运行频率使系统COP最大;随着蒸发温度升高,复叠式制冷循环与单级制冷循环的系统COP均增大,且单级制冷循环的COP增大速率较大,存在以最大系统COP为控制目标的蒸发温度切换点。制冷负荷分别为3k W、4k W、5k W、6k W、7k W、8k W、9k W、10k W时,蒸发温度切换点分别为-26.8℃、-21.8℃、-16.3℃、-12.5℃、-9.5℃、-6.6℃、-2.7℃、0.9℃。随着制冷负荷的增大,复叠式制冷循环与单级制冷循环的系统COP均增大,且复叠式制冷循环的COP增大速率较大,存在最大系统COP制冷负荷切换点。蒸发温度分别为-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃工况下,对应的制冷负荷切换点分别为2.6k W、3.8k W、5.2k W、7.1k W、8.4k W、9.4k W。本研究以最优系统COP为控制目标,分别从蒸发温度和制冷负荷两种不同的条件下,设计了单级制冷循环和复叠式制冷循环两种循环模式的切换策略,为冷库在实际运行中,长期处于高效节能的运行提供了技术方案。
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