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使用天然制冷剂设计系统前应回答的五个问题

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如今,天然制冷剂得到了市场普遍认可,然而使用天然制冷剂时,行业又面临着新的挑战。其一如果想避免使用高全球变暖潜力的制冷剂,其“代价”并不低:比如高压力、易燃性亦或毒性等难题将随之而来。另一大挑战是寻求更高效的系统。在这种情况下,选择适当技术来优化天然制冷剂的使用就显得至关重要。设计系统前,建议您妥善回答以下五个问题,并以此作为出发点:  


如今,天然制冷剂得到了市场普遍认可,然而使用天然制冷剂时,行业又面临着新的挑战。其一如果想避免使用高全球变暖潜力的制冷剂,其“代价”并不低:比如高压力、易燃性亦或毒性等难题将随之而来。另一大挑战是寻求更高效的系统。在这种情况下,选择适当技术来优化天然制冷剂的使用就显得至关重要。设计系统前,建议您妥善回答以下五个问题,并以此作为出发点:

 

0 1
哪种天然制冷剂最适合我所在的应用领域?

鉴于每种天然制冷剂具有不同的特性,该问题通常较容易回答。碳氢化合物经证明是适用于小型装置(如饮料冷柜或其他自携式设备)的制冷剂,这些设备的制冷剂加注量非常低,从而降低了相关的可燃性的风险。从超市集中式系统到汽车空调系统,二氧化碳已经开始广泛用于各种应用领域中。多年来,氨主要用于工业制冷,其用途还正在扩展到其它应用领域,例如作为覆叠系统的商业制冷等。在选择制冷剂之前,建议对每个系统的要求进行详细研究。
0 2
设备使用地将在哪里?


一方面,使用二氧化碳作为制冷剂时,了解系统所在地的气候条件很重要。一般来说,对于配备室外冷凝器 / 气体冷却器的系统,外部温度可以确定最适当的循环类型和技术。实际上,如果外界温度达到二氧化碳的临界温度( 31.2 ° C ),那么系统将以跨临界模式工作(复叠系统和泵循环系统除外),导致效率会降低。在高温下,可采用不同技术来提高效率:包括并联压缩机和喷射器等等
另一方面,当使用易燃或有毒制冷剂时(如碳氢化合物有易燃性;氨具有毒性和轻度易燃),将设备安装在室外或人员接触不到的地方,可以更好地符合相关标准的要求,并使安装更加安全。

0 3
需要遵循哪些法规和标准?


这是需要面对的最棘手问题之一。就法规而言,目前侧重于降低制冷剂对全球变暖的影响,因此,强烈建议使用天然制冷剂。这意味着,需要关注安全标准。
使用天然制冷剂时应遵循的安全标准取决于应用领域、制冷剂类型和所在国家。在欧洲,通用标准(如 EN 378 )和产品标准(如 EN 60335-2-89 )适用于制冷剂加注量达到一定量的制冷设备。这些要求主要包括对使用易燃制冷剂的系统的特殊要求,当然,对使用二氧化碳的系统也有一定的要求。

0 4
我应该设计什么样的循环类型?

天然制冷剂的演变,使得每种制冷剂可适用于不同的系统类型。
从二氧化碳的传统系统开始(主要包括一台压缩机、一个膨胀阀和两个热交换器),其低效率促使市场开发出了不同的替代方案。
一方面,通过设计复叠系统和泵循环系统,可以使二氧化碳保持在亚临界状态。二氧化碳用于第二低温回路:包括蒸汽压缩(复叠系统)、液态二氧化碳泵循环回路(泵循环系统)或两者兼有的情形(混合系统)。
另一方面,跨临界二氧化碳系统可以有 单蒸发器或双蒸发器 ,后者被称为增压系统。第一种方案是 在传统系统中增加两个阀门和一个储液罐 ,以便同时控制气冷器的压力和蒸发器的过热度,这对于优化跨临界二氧化碳系统的效率至关重要。然而,通过添加 并联压缩机 ,可以使该方案更加有效,从而使来自 储液罐 的制冷剂不再膨胀,而是在并联管路中直接流入压缩机。如果在并联压缩的三通阀系统中添加了 喷射器 ,那么在几乎所有温暖气候下,系统性能都会得到进一步改善。简言之,喷射器能够利用高压制冷剂的势能吸入低压制冷剂,并使其达到中压,从而降低压缩比和压缩机处理的流量。使用具有多级液体接收器和零 K 过热蒸发器的三通阀系统是提高增压系统效率的另一方法。
带喷射器的二氧化碳跨临界系统的布局
就丙烷而言,与氢氟烃( HFC )制冷剂相比,配备了压缩机、膨胀阀和两个热交换器的 传统循环 通常具有更好的循环性能。如果制冷剂加注量高于相应安全标准允许的最大加注限值,那么还可以采用另一方案,即布置 多回路系统
最后,不同类型的系统可以使用氨作为制冷剂,这已在市场上得到了成功实施。 氨蒸气吸收式制冷系统 是最古老的制冷系统之一,缺点是效率低,目前仍未得到广泛使用。 单级压缩系统 包括与传统制冷系统一样的部件,并且具有泵和液体分离器,确保压缩机不回液。 两级压缩系统 是工业制冷系统的下一个发展方向,适用于低温制冷应用领域,可提供高效率和较低压缩机排气温度。
此外,近年来出现了 低加注量氨系统 。一方面,优化的系统包括传统的工业氨制冷系统,该系统进一步通过低充注量的组件进行了优化,将 成套氨系统 移置到通常放于室外屋顶或地面上的小型独立系统上,省去了大量氨库存和管道,避免了泄漏造成的任何危险。
在传统和低加注量的复叠系统(通常在高温侧)中,也将氨列为制冷剂,当然,这限制了其在设备室的使用。
R-717 两级制冷系统的 P-H
0 5
可以提高能效吗?

如果已经选择了要设计的循环系统方式,那么可能还需要考虑结合高效技术来实施。与有效控制和监控系统相结合,这些技术可能是实现系统最佳性能的关键所在。
一方面, 带变频器的变容量压缩机 提供了避免低效开关循环的最佳方法,从而降低了压缩机的季节性效率。所以,在部分负载或低负载条件下,变频压缩机可根据系统要求调整其制冷能力,而不会完全停机。理想方案是将可变容量压缩机与 电子膨胀阀( EEV 结合起来,通过系统运行参数的自适应优化实现节能。
还有其它部件也可以提高效率,且主要用于二氧化碳系统。 过冷器 利用闪蒸阀膨胀后的气体温度,来冷却电子膨胀阀之前的液体制冷剂。经济器是一种过冷器,其从系统中的某个特定点抽取少量二氧化碳,并通过膨胀阀进行膨胀,从而冷却来自气体冷却器的主气流。最后,二氧化碳制冷系统中的 蒸发冷却 通过喷射微小的水粒珠来降低气体冷却器的温度,这样,因压缩机消耗功率的降低而实现了显著的节能。这些方案特别适合在温暖气候下提高二氧化碳系统的效率。



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