基于最小二乘法拟合压缩机性能曲线确定压缩机能耗数学模型的研究

郑福珍

（黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

冷库中，压缩机耗能占制冷系统耗能的80%[1]，所以如何合理控制压缩机的运行是制冷系统节能的关键。压缩机能耗除与运行时间有关外，还与库内冷风机运行环境相关。冷风机低温高湿的运行环境使得运行中出现大量结霜情况，随着霜层厚度的增加，制冷剂蒸发温度逐渐升高，此时压缩机能耗也随之动态增加，而传统只用压缩机样本中压缩机输入功率计算已经无法准确确定压缩机能耗，所以动态确定压缩机输入功率是确定压缩机运行工况下能耗的关键。

1 冷库能耗分析

压缩机运行时，电费开支是冷藏行业的主要费用，电费计算工作政策性很强，本文采用单一制电价进行计算[2]。单一制电价是不管用户用电设备容量的大小，只按供电企业安装在客户处的电能计量装置计量的客户的用电量为计费依据：客户电费=客户的分类电价×客户的耗电量。冷库耗电量=冷库降温过程中压缩机耗电量+其他耗电量。

1.1 冷库降温时压缩机耗电量计算

令降温时压缩机耗电量为z函数：

式（1）中，P为压缩机输入功率，kW； 为压缩机运行时间，h。

1.2 其他设备耗电量计算

其他耗电量包括除霜、蒸发器风扇、冷凝器水泵、冷却塔风扇等设备耗电。实际操作中，各部分耗电量等于额定功率乘以运行时间得出。

2 拟合压缩机性能曲线

2.1 拟合压缩机性能曲线意义

压缩机能耗计算首先是确定压缩机输入功率，半封闭活塞式压缩机的机体结构与开启式压缩机迥然不同，使得半封闭活塞式制冷压缩机制冷量和轴功率计算与开启式压缩机存在着差别。根据压缩机样本，只能确定蒸发温度、冷凝温度下对应的压缩机轴功率，不能应用于蒸发温度不断变化时的情况。鉴于以上原因，为了得到不同蒸发温度下压缩机轴功率，以某压缩机样本为基础，利用最小二乘法对压缩机性能曲线进行拟合，得出压缩机轴功率的函数曲线及表达式。

2.2 压缩机性能曲线拟合及误差分析

表1 冷凝温度为30℃实验用半封闭压缩机制冷量

由图1可以得出，随着蒸发温度的降低，压缩机的轴功率逐渐降低。

图1 压缩机轴功率拟合函数

开启式压缩机所配电机的输入功率是轴功率的1.1～1.5倍，而半封闭制冷压缩机目前尚未得出相应结论，暂定为1.4倍。

3 双位调节系统中降温时间的确定

3.1 双位调节系统

目前，冷库多采用双位调节自动控制系统。冷库室内温度一般是一个设计温度加上控制精度，如控制上限温度为+1 ℃，下限温度为-1 ℃。当库温达到调节器下限，调解器输出接点处断开状态，电磁阀关闭，蒸发器停止工作。此时库温开始上升，当库温达到调节器的上限时，调解器输出接点接通，电磁阀全开，蒸发器工作，库温开始下降，直到下降到调节器下限为止，如此反复[3]。由上限降到下限的时间为降温时间。

3.2 降温时间、升温时间的确定

冷库降温时间即压缩机运行时间。压缩机运行时间与压缩机输入功率的乘积为压缩机的运行能耗，现对冷库降温时间进行具体求解。假设冷库内蒸发器的传热系数为K1、传热面积为F1、围护结构的传热系数为K2、传热面积为F2、冷库内热容为C、参与冷却货物的质量为G、冷库外温度为tw、蒸发温度为tz、冷库内温度采用双位调节，上限和下限温度分别为th、tl，升温时温度为ts、降温时温度为tj、渗入热Q1、制冷剂带走的热量为Q0。

分别列写对象升温和降温两个不同的线性方程，以双位调节的幅差作为边界条件求出升温和降温所用的时间。

4 结语

本文首先通过利用最小二乘法研究得出半封闭活塞式制冷压缩机在一定冷凝温度下，不同蒸发温度下压缩机轴功率动态连续函数表达式，确定运行工况下压缩机输入功率动态值。然后对双位调节自动控制系统降温时间列写对象降温过程线性方程，以双位调节幅差作为边界条件，得出降温时间。最后根据两者确定出压缩机动态运行能耗数学模型，为采取措施节约冷库运行能耗提供充分理论依据。