超市冷柜用压缩机组节能的研究

王福春

摘 要：对超市制冷机组采用变频控制能够很好地应对超市冷冻冷藏负荷波动大的特点，节能的同时合理控制压缩机的启停次数，减少了电力线路电压波动、压缩机机械部件的磨损，降低了用户的维护成本并延长了机组的使用寿命。本文重点就超市冷柜用压缩机组节能进行了研究和分析。

关键词：超市冷柜；压缩机组；节能效果

超市多機并联压缩机使用变频器后，可以很好地和超市制冷负荷变化较大特点匹配。笔者在实际测试中3台机组可以变频后节能3.97%～16.7%，具体的节能效果需要看原来机组的能量调节级数；变频压缩机使用后减少了压缩机的启停次数，一定程度上可以减少压缩机的故障率；减少了压缩机启动对外部电网的影响；降频运行时机组的噪音震动都有改善；使用变频机组后压缩机的吸气压力有了提高，机组运行的COP有提高；陈列柜的柜内温度波动更小，更符合食品安全要求；使用变频机组后陈列柜的换热温差更小，冷柜结霜量更小，除霜的能耗会更小，结霜量的减少也意味冷柜换热效果更好。

1.超市定频制冷机组运行特性

一般情况下，超市的整体制冷系统根据冷柜使用温度分为冷冻（-22℃）、冷藏（0℃）系统两部分，根据冷冻和冷藏系统负荷的大小和经济性考虑，通常配冷冻和冷藏用半封闭活塞并联机组各一套。而超市制冷系统与工业制冷和家用制冷相比，末端冷柜侧的负荷波动较大，因为超市分为营业时间和闭店时间，同一天内冷柜在这两个时间段内的负荷最大相差达70%以上；而且超市机组多为风冷冷凝，受室外冷凝温度的影响，冬季和夏季同一台压缩机组制冷量会最大相差30%以上；冷柜所处的室内卖场温度也夏季空调设计温度25℃，湿度65%，冬季室内环境设计温度20℃，湿度50%，冷柜所处环境温湿度度的不同也会使冷柜需求的冷量也不同，冬季和夏季负荷最大会相差40%以上；而且中国国内超市人流在节假日会比平常高2倍以上，同一季节内因节假日关系，冷柜内物品的取放次数，补货次数也会相差巨大，也会导致冷柜冷量负荷相差巨大。以上各种因素的叠加造成同一超市卖场，同一组冷柜、制冷机组设备，因为时间因季节气候、早晚温差和卖场内人流、物流等因素影响，系统热负荷在15%～100%变动，所以整个制冷系统要不断地调节系统的制冷量以适应负荷变化，普通的并联制冷机组一般通过压缩机的开停个数调节来分级满足不同冷量需求，对制冷机组要求高的超市会要求在压缩机侧增加能量调节阀使压缩机头的冷量达到原来的33%或50%的以增加制冷能级调节数量。对应超市制冷负荷变化时制冷机组需要通过开关不同的压缩机，或者开停压缩机上的能量调节阀，机组上的压缩机数量越多或能量调节阀的数量越多，意味着冷量可调节级数愈多，机组与负荷变化的匹配越好。但是这种调节毕竟是有级的能调，在特定的工况的冷量需求下，还会有机组冷量与冷柜需求冷量不匹配的情况，会造成冷柜的温度波动巨大，而且为保证冷柜侧温度，压缩机会频繁启停。

2.超市多机并联变频机组运行分析

本文中实际使用变频机组的项目是沈阳的一家超市，共计3台机组，低温系统冷柜温度-22℃冷冻机组型号LTA，中温系统冷柜温度0℃冷藏机组MTB， 高温系统冷库温度10℃冷机组MTC，变频前冷柜温度。3台机组均配置工频、变频切换开关，可以根据运转需要进行工频、变频切换，并在变频故障时自动切换到工频运转，考虑到并联机组本身结构，避免某些频率产生结构共振，所以本项目压缩机的变频频率在28～55Hz。对比的运转过程取使室外环境温度、室内环境温度相当，客流量相当时，从而冷柜侧的负荷相当，机组侧运转数据具备可比性。运转数据为工频和变频交替记录的方式，记录仪器为系统自带的DANFOSS公司SC255型监控系统，温度探头、压力探头分别为DANFOSS自带的AKS系列 PT1000型温度探头和AKS-33型压力传感器，分别记录冷柜的柜温，压缩机组侧的吸气压力、吸气温度、电功率表采用正泰DT-666型进行实际消耗能量的记录。取其中MTB制冷系统中的一组对比数据进行分析，以系统中冷柜代号为MTB-10的一组冷柜为例，从实验数据可以看出，在机组变频后，冷柜的吸气压力在同样的时间段内波动更小，波动次数也更少，并且在机组变频运行后吸气压力在比工频运转更高了。冷柜在使用温度不变的条件下，实现了平均换热温差的降低，温差低后冷柜的结霜量会更少，除霜的功耗会更小。而吸气压力的提高意味压缩机平均运行平均蒸发温度的提高，机组的COP值提高，而且冷柜侧吸气压力的平稳意味着机组吸气压力平稳，压缩机的启停次数会更少。从SC255记录的压缩机启停次数显示，变频前压缩机的启停次数每天平均在82次，变频后同台压缩机的启停次数下降为12次每天，明显减少了压缩机的启停次数。变频后LTA制冷系统的整体能耗降低了约3.97%，变频后MTB制冷系统的整体能耗降低了约6.4%，变频后MTC制冷系统的整体能耗降低了约16.7%。多机并联机组变频节能虽然不象单机的节能效果那么巨大可以达到30%以上，但是实际测量也能达到4%～17%的节能效果。LTA机组节能比率最小，因为工频机组上装了1个能调阀，已经具备6级冷量调节，MTC机组节能最大因为原来机组只有2个能级，所以变频后节能比率也大。

3.结束语

从实际项目运行分析中，可以看出超市并联系统使用变频后，与常规的活塞并联机组相比，有以下特点：压缩机组在变频运转时，相比工频运转可以达到3%～17%的节能效果。变频压缩机可以实现调节范围内的无级调节，使压缩机组始终运行在最佳点，机组吸气压力得到提升，从而提高压缩机的COP减少耗能。另外，变频启动时，逐步升频启动减小了启动时能耗。变频机组使陈列柜和冷库温度波动幅度更小，冷柜的柜内温度更加恒定，使储存食品更加符合存储条件，更加满足食品安全要求。

参考文献：

[1]石毅登.采用变频技术的制冷装置的优势分析[J].制冷与空调，2013

[2]朱兴旺.冷藏陈列柜多机并联压缩机组节能 [J].流体机械，2014