实验室节能制冷系统

姜敬德，郭 佳，徐 倩

( 1.上海出入境检验检疫局 机电产品检测技术中心，上海 200135；2. 上海理工大学，上海 200093 )

实验室节能制冷系统

姜敬德1，郭 佳2，徐 倩1

( 1.上海出入境检验检疫局 机电产品检测技术中心，上海 200135；2. 上海理工大学，上海 200093 )

随着产品的日益发展，检测水平的提高，越来越多的检测实验室普及在检测机构、工厂实验室内，对于恒温类环境室的普及，研究其节能性显得愈发关键，笔者经过多年的检测经验和设备的设计经验，总结并设计完成了一套可行的新型的节能实验室制冷系统。

新型；节能；制冷系统

目前，国内环境可控温实验室在设计建造环温控制系统时，主要根据实验室内的最大热负荷进行实验室制冷系统和匹配电加热的设计和选型。相对的，并没有考虑实际应用中实验室的热负荷量的变化。环境控制系统的运行功率也不能根据实验室内热负荷的改变而相应调整，导致制冷系统总是以大功率的状态进行过度输出，而电加热又需要以大的加热量来平衡，导致了能源的严重浪费和实验成本的增加。本文着重研究根据实验室热负荷的变化，制冷系统自动进行输出冷量的调节，同时也就相应的降低电加热的平衡电热输出。

1 传统系统概述

对于传统的制冷系统，压缩机把系统内制冷剂进行气态压缩后，直接进入冷凝器进行热量的排散，制冷剂温度降低后，进入膨胀阀进行减压降温，变为低温低压的气体后，进入室内蒸发器吸收房间内的热量，完成房间降温的需求，之后制冷剂重新回入压缩机进行压缩排气。因整个系统的装置都是按照最大固定热负荷进行配置，无法根据房间内吸收的热量值进行调节，所以制冷系统并不能一直在额定的负荷下工作，对于能源有了极大的浪费。

2 新系统设计

针对原有实验室制冷系统能源消耗问题，本文设计完成了一套可行的新型的节能制冷系统，主要包括室内蒸发器、两台并联制冷压缩装置、外置风冷冷凝器、第一旁通管路、第二旁通管路等，见图1。通过旁通管路的增加，充分利用系统内的余热，来替代原有实验室使用的回气温度电加热，同样满足控制压缩机吸气温度稳定的要求。通过两台并连的制冷压缩机代替现有的单机活塞式单级压缩系统，实现环境控制系统的输入功率的可调节。

图1 新型的节能的室内制冷系统结构示意图Ⅰ-第一旁通管路 Ⅱ-第二旁通管路 Ⅲ-第三旁通管路 Ⅳ-第四旁通管路 1-室内蒸发器2-制冷压缩装置 3-外置风冷冷凝器 4-入口温度检测装置 5-第一旁通阀 6-喷液膨胀阀7-第三旁通阀 8-油分离器 9-油过滤器 10-油镜 11-气液分离器12-气滤 13-微调电磁阀 14-微调针阀 15-粗调电磁阀 16-粗调针阀

本系统中的室内蒸发器、制冷压缩装置、外置风冷冷凝器相互连接形成主管道。室内蒸发器的出口连接至制冷压缩装置的入口，制冷压缩装置的出口连至外置风冷冷凝器，外置风冷冷凝器的冷凝液出口连接室内蒸发器的入口，制冷压缩装置的入口设置有入口温度检测装置，出口设置有排温检测装置。

外置风冷冷凝器的冷凝液出口与室内蒸发器入口之间相连的主管道还通过第一旁通管路连至制冷压缩装置的入口，第一旁通管路上设置有第一旁通阀和喷液膨胀阀，第一旁通阀的控制端与排温检测装置相连，喷液膨胀阀与入口温度检测装置相连。制冷压缩装置与外置风冷冷凝器之间相连的主管道通过第二旁通管路连至室内蒸发器的入口，第二旁通管路上设置有第二流量控制阀组。制冷压缩装置包括两台并联连接的制冷压缩机，制冷压缩装置的出口与第二旁通管路之间的主管道还连接第三旁通管路。第三旁通管路的一端与制冷压缩装置的出口相连，另一端连接至制冷压缩装置的入口，第三旁通管路上还设置有第三旁通阀；第三旁通阀配置为在制冷压缩装置启动阶段开启预设时间。第三旁通管路与第二旁通管路之间的主管道上还设置有油分离器和第四旁通管路；油分离器的入口连接第三旁通管路一侧的主管道，油分离器的气体出口连接第二旁通管路一侧的主管道；第四旁通管路的一端连接油分离器的油出口，另一端连接室内蒸发器的出口与制冷压缩装置的入口之间的主管道。第四旁通管路上设置有油镜和油过滤器。室内蒸发器与制冷压缩装置相连的主管道上还设置有气液分离器；第一旁通管路、第三旁通管路、第四旁通管路依次连接于室内蒸发器与制冷压缩装置相连的主管道上，且第一旁通管路最靠近室内蒸发器的出口；

制冷压缩装置还设置有保护电路、排温报警电路和自动复位电路。外置风冷冷凝器的冷凝液出口与第一旁通管路之间还设置有储液器；储液器配置有安全阀；第一旁通管路与室内蒸发器入口之间的主管道上还设置有一电磁阀。第二流量控制阀组包括并联连接的粗调节能阀组和微调节能阀组，粗调节能阀组包括串联连接的粗调电磁阀和粗调针阀，微调节能阀组包括串联连接的微调电磁阀和微调针阀。

3 新旧制冷系统耗能对比

图2 采用新制冷系统的实验室节能比

在不同的环境温度下，对于新旧两套制冷系统的实验室房间内放置于相同数量的冰箱产品进行了24小时的实验室耗能实验。根据新旧两套制冷系统的实验室耗能进行比较发现，改造后的新系统节

能效果相当明显(见图2)。节能的主要原因有：

(1)系统改造后新压缩机的冷量和功率降低，进而相应的电加热平衡热量降低；

(2)旁通管路的存在，使得回气温度通过系统余热进行调节，节省了回气电加热的耗能。

(3)水冷系统改为风冷系统，较小功率的风冷风扇替代了冷却水塔的的大功率水泵和风机。

4 技术关键及创新

与现有技术相比，本次新型的节能室内制冷系统具有如下的有益效果：

节能的室内制冷系统利用两台并连的制冷压缩机代替现有的单机活塞式单级压缩系统，实现环境控制系统的输入功率的可调节。节能的室内制冷系统考虑环境负载，同时利用风冷冷凝器替代水冷冷凝器。节能的室内制冷系统利用热气旁通原理替代回气电加热控温，改变压缩机进气温度，进而维持整个系统的平衡，达到压缩机组工作的最高效率，实现节能的目的。

该系统能够在室温较高的制冷初期为室内提供大温差的低温冷风，而在室温降低至接近预设制冷温度后调整冷风温度，在不改变制冷压缩装置的情况下为室内提供小温差的冷风。新型的节能室内制冷系统避免了制冷系统总是以大功率的状态进行过度输出，而电加热又需要以大的加热量来平衡的问题，为恒温类环境室的节能提供了积极和有益的参考。

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Energy-saving Indoor Refrigeration System

JIANG Jingde1,GUO Jia2,XU Qian1

( 1.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shanghai 200135；2.University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093 )

With the development of products,the detection level of the increase,more and more testing room and the environment in the detection mechanism and the factory laboratory.The popularity of environmental chamber for the temperature,study the energy saving was increasingly critical,after testing experience and equipment design experience for many years,summarizes and designs a set of feasible new energy-saving lab refrigeration system.

New type；Energy saving；Refrigeration system

2016-11-7

姜敬德(1983-)，男，工程师，研究方向：制冷系统设计。Email：jiangjd@shciq.gov.cn

ISSN1005-9180(2017)02-078-03

TB61+5 文献标示码：B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.02.017