CN106052230A - 一种商场超市冷链系统节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种商场超市冷链系统节能控制方法，属于冷链技术领域。本发明应用于冷链系统中用于制冷的压缩机上，包含设定吸气压力、采集压缩机参数、求解高效率点电流比、确定不同制冷负荷吸气压力目标值等等步骤。本发明能够根据对应关系将压缩机的吸气压力调整为该压缩机在当前负荷状态下所对应的高效率点吸气压力值，使得压缩机的吸气压力可以在昼夜交替、季节转换等导致制冷负荷发生变换的时候进行随动调整，从而保证压缩机运行在高效状态，达到节约用能的目的。

Description

一种商场超市冷链系统节能控制方法

技术领域

本发明涉及冷链技术领域，尤其是一种商场超市冷链系统节能控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，低温食品的消费在我国城市食品消费中的比重越来越高，我国城市低温食品的消费量也呈现出日益增长的趋势。为了保证低温食品的新鲜程度，食品的低温保存成为一项越来越重要的技术。目前，国内外广泛采用的低温食品保存技术是冷链技术。

目前，我国市面上的商场超市冷链系统主要应用于加工食品，如速冻食品，禽、肉、水产等包装熟食，冰淇淋和奶制品和快餐原料；如冷却食品，乳制品、果蔬、蛋类等。不难发现，我国市面上所有的商场超市冷链系统均采用定压控制，即设定恒定的蒸发压力目标值，当冷链系统实际蒸发压力低于目标值时，冷链系统启动；当冷链系统实际蒸发压力高于目标值时，冷链系统关闭。然而冷链系统的的制冷负荷是全年变化的，比如从夏季进入秋季，从白昼进入黑夜，冷链系统的制冷负荷均会变小，但是由于传统冷链系统蒸发压力目标值全年恒定，冷链系统无法根据制冷负荷变化调整蒸发压力目标值，使冷链系统长时间处于低效率运行，造成了能源的浪费。因此，亟需一种更加高效的商场超市冷链系统节能控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种商场超市冷链系统节能控制方法，其能够根据压缩机负荷的不同动态调整压缩机的吸气压力，使吸气压力在白天、黑夜以及不同季节有不同的取值范围，达到节能的效果。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种商场超市冷链系统节能控制方法，该方法应用于冷链系统中用于制冷的压缩机上，其包括以下步骤：

1)给压缩机的吸气压力赋予初值p₀；

2)在当前吸气压力下，使所述压缩机在不同负荷下稳定运行；其中，负荷可以用电流比K表征，K的值即为实时功率与额定功率的比值；

3)实时采集所述压缩机在不同稳定运行状态下的制冷量Q、压缩机耗功率E以及用于表征压缩机负荷的电流比K的值；

4)将当前吸气压力下的多组制冷量Q、电流比K和压缩机耗功率E的值代入能效模型ε＝Q/E＝aK²+bK+c，求出系数a、b、c，式中ε为压缩机的制冷系数；一般来说，为了求出三个变量，需要联立三个方程，因此此处取三组Q、K、E的值即可，但是，为了避免误差，也可以取更多组Q、K、E的值进行统计平均；

5)求出当前吸气压力下压缩机在高效率点运行时的电流比K’＝-b/(2a)，得到以K’表征的压缩机负荷，所谓高效率点是指压缩机在制冷系数ε取得最大值时的运行状态；

6)将吸气压力(即蒸发压力，两者近似相等，可以认为两者取相同值)增加1个单位，重复2)～5)的步骤，得到在新吸气压力下对应的新的压缩机电流比；此处所谓“一个单位”可以根据实际情况选取，选择不同的单位也就意味着将采取不同的调控精度；

7)重复步骤6)，直至所述压缩机的吸气压力达到最大值时为止，至此得到所述压缩机在高效率点运行状态下所有的吸气压力与压缩机负荷的对应关系；这样，即可根据对应关系将压缩机的吸气压力调整为该压缩机在当前负荷状态下所对应的高效率点吸气压力值(即蒸发压力目标值)，实现压缩机的变压控制，保证压缩机运行在高效状态；

8)根据上述步骤即可确定压缩机的吸气压力目标值在夏季、冬季和过渡季节(即春季和秋季)的取值范围分别为：

夏季：p_x1～p_x2；

冬季：p_d1～p_d2；

过渡季节：p_g1～p_g2；

所述压缩机的吸气压力目标值在白昼和黑夜的取值范围分别为：

白昼：p_b1～p_b2；

黑夜：p_h1～p_h2；

所谓目标值即指根据对应关系吸气压力将要被调控到的值；其中夏季吸气压力目标值的最小值p_x1小于过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1，过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1小于冬季吸气压力目标值的最小值p_d1；白昼的吸气压力目标值的最小值p_b1小于黑夜的吸气压力目标值的最小值p_h1。

本发明的原理在于：

假设有一套冷链系统，其理论制冷循环如图1所示，其中：

点1表示制冷剂进入压缩机的状态，为饱和蒸气(温度t₀)。根据饱和压力和饱和温度的关系，该点位于P₀＝f(t₀)等压与饱和蒸气线(x＝1)的交点上。

点2表示制冷剂出压缩机时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵过程(s₁＝s₂),压力由蒸发压力P₀升高到冷凝压力P_k。

点4表示制冷剂出冷凝器的状态。它是饱和液体(温度t_k)。

由逆卡诺循环得理论制冷循环的制冷系数ε_th：

${\mathrm{\ϵ}}_{th}=\frac{t_0}{t_k-t_0},$

当从夏季进入秋季或从白昼进入黑夜时，冷链系统的制冷负荷(即压缩机负荷)变小，调大冷链系统蒸发压力目标值，此时其饱和蒸气温度为t'₀，饱和液体温度为t_k，蒸发压力为P₀’，节电率为η。

其中P₀’＝P₀+C，C为一个压力常数值。

由逆卡诺循环得理论制冷循环的制冷系系数ε'_th：

${{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}_{th}=\frac{{t^{\′}}_0}{t_k-{t^{\′}}_0},$

同理，当饱和蒸气温度为t₀时，可得实际循环的制冷系数ε_s：

${\mathrm{\ϵ}}_s=\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{p_e},$

其中φ₀为冷链系统制冷量，p_e为冷链系统的压缩机耗功率。

同理，当饱和蒸气温度为t'₀时，可得实际循环的制冷系数ε'_s：

${{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}_s=\frac{{{\mathrm{\φ}}^{\′}}_0}{{p^{\′}}_e},$

其中φ'₀为冷链系统制冷量，p'_e为冷链系统压缩机耗功率。

则在不考虑压力损失和热交换的情况下，冷链系统节电率η近似等于：

$\begin{array}{c}\mathrm{\η}=\frac{p_e-{p^{\′}}_e}{p_e}=\frac{\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_s}-\frac{{{\mathrm{\φ}}^{\′}}_0}{{{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}_s}}{\frac{{\mathrm{\φ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_s}}=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_0^{\′}}{{\mathrm{\φ}}_0}\·\frac{t_0}{t_k+t_0}\·\frac{t_k-{t^{\′}}_0}{{t^{\′}}_0}=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_0^{\′}}{{\mathrm{\φ}}_0}\·\frac{F\left(P_0\right)}{t_k-F\left(P_0\right)}\·\frac{t_k-F\left({P^{\′}}_0\right)}{F\left({P^{\′}}_0\right)}\\ =1-\frac{{\mathrm{\φ}}_0^{\′}}{{\mathrm{\φ}}_0}\·\frac{F\left(P_0\right)}{F\left({P^{\′}}_0\right)}\·\frac{t_k-F\left({P^{\′}}_0\right)}{t_k-F\left(P_0\right)}=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_0^{\′}}{{\mathrm{\φ}}_0}\·\frac{F\left(P_0\right)}{F(P_0+C)}\·\frac{t_k-F(P_0+C)}{t_k-F\left(P_0\right)}\end{array}$

其中F(P₀)为P₀＝f(t₀)的反函数。

而蒸发压力P₀与冷链系统蒸发压力目标值是一种正相关关系。

商场超市冷链系统制冷设备通常采用活塞式制冷压缩机，从图2可以看出(图2中上方的曲线表示低中速压缩机，下方的曲线表示高速压缩机)，不管是高速压缩机还是低中速压缩机，在压缩机输出压力一定的情况下，吸气压力越大，压缩比P_k/P₀越小，压缩机的指示效率η_i就越大。所以，冷链系统的运行效率也就越高，消耗的电量就越少。

通过以上分析可见，采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明得到了一种压缩机运行在高效率点时吸气压力与压缩机电流比的对应关系，能够根据对应关系将压缩机的吸气压力调整为该压缩机在当前负荷状态下所对应的高效率点吸气压力值(即蒸发压力目标值)，将现有技术中压缩机的定压控制转变为了变压控制，使得压缩机的吸气压力可以在昼夜交替、季节转换等导致制冷负荷发生变换的时候进行随动调整，从而保证压缩机运行在高效状态，达到节约用能的目的。

附图说明

图1是本发明的第一原理图；

图2是本发明的第二原理图；

图3为某超市全年的逐月用电量趋势图；

图4为某超市冷库单月的逐日用电量图；

图5为某超市冷库单日的逐时用电量图；

具体实施方式

为了便于对本发明方案的理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步更详细的说明。

一种商场超市冷链系统节能控制方法，其特征在于，应用于冷链系统中用于制冷的压缩机上，包括以下步骤：

1)给压缩机的吸气压力赋予初值p₀；

2)在当前吸气压力下，使所述压缩机在不同负荷下稳定运行；

3)实时采集压缩机在不同稳定运行状态下的制冷量Q、压缩机耗功率E以及用于表征压缩机负荷的电流比K的值；

4)将当前吸气压力下的三组制冷量Q、电流比K和压缩机耗功率E的值代入能效模型ε＝Q/E＝aK²+bK+c，求出系数a、b、c，式中ε为压缩机的制冷系数；

5)求出当前吸气压力下所述压缩机在高效率点运行时的电流比K’＝-b/(2a)，得到以K’表征的压缩机负荷，所述高效率点是压缩机在制冷系数ε取最大值时的运行状态；

6)将吸气压力增加1个单位，重复2)～5)的步骤，得到在新吸气压力下对应的新的压缩机电流比；

7)重复步骤6)，直至压缩机的吸气压力达到最大值时为止，至此得到所述压缩机在高效率点运行状态下所有的吸气压力与压缩机负荷的对应关系；

8)确定压缩机的吸气压力目标值在夏季、冬季和过渡季节的取值范围分别为：

夏季：p_x1～p_x2；

冬季：p_d1～p_d2；

过渡季节：p_g1～p_g2；

所述压缩机的吸气压力目标值在白昼和黑夜的取值范围分别为：

白昼：p_b1～p_b2；

黑夜：p_h1～p_h2；

其中夏季吸气压力目标值的最小值p_x1小于过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1，过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1小于冬季吸气压力目标值的最小值p_d1；白昼的吸气压力目标值的最小值p_b1小于黑夜的吸气压力目标值的最小值p_h1。

作为对比，以南方夏热冬暖地区某城市的超市为例，该超市使用传统的冷链系统设置方式，如图3、4、5所示，图3为一年中每个月份的电量消耗，图4为一个月中每天的电量消耗，图5为一天中的实时电量消耗。可见该超市冷链系统的用电量在不同时间没有明显的变化，这显然是不符合实际情况的，也就是说这种冷链系统存在较严重的能源浪费问题。

总之，本发明能够根据对应关系将压缩机的吸气压力调整为该压缩机在当前负荷状态下所对应的高效率点吸气压力值(即蒸发压力目标值)，将现有技术中压缩机的定压控制转变为了变压控制，使得压缩机的吸气压力可以在昼夜交替、季节转换等导致制冷负荷发生变换的时候进行随动调整，从而保证压缩机运行在高效状态，达到节约用能的目的。

需要说明的是，以上具体实施方式只是本专利实现方案的具体个例，没有也不可能覆盖本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的限定；因此，凡是与以上案例属于相同构思的实现方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种商场超市冷链系统节能控制方法，其特征在于，应用于冷链系统中用于制冷的压缩机上，包括以下步骤：

1)给所述压缩机的吸气压力赋予初值p₀；

2)在当前吸气压力下，使所述压缩机在不同负荷下稳定运行；

3)实时采集所述压缩机在不同稳定运行状态下的制冷量Q、压缩机耗功率E以及用于表征压缩机负荷的电流比K的值；

4)将当前吸气压力下的多组制冷量Q、电流比K和压缩机耗功率E的值代入能效模型ε＝Q/E＝aK²+bK+c，求出系数a、b、c，式中ε为压缩机的制冷系数；

5)求出当前吸气压力下所述压缩机在高效率点运行时的电流比K’＝-b/(2a)，得到以K’表征的压缩机负荷，所述高效率点是压缩机在制冷系数ε取最大值时的运行状态；

6)将吸气压力增加1个单位，重复2)～5)的步骤，得到在新吸气压力下对应的新的压缩机电流比；

7)重复步骤6)，直至所述压缩机的吸气压力达到最大值时为止，至此得到所述压缩机在高效率点运行状态下所有的吸气压力与压缩机负荷的对应关系；

8)确定所述压缩机的吸气压力目标值在夏季、冬季和过渡季节的取值范围分别为：

夏季：p_x1～p_x2；

冬季：p_d1～p_d2；

过渡季节：p_g1～p_g2；

所述压缩机的吸气压力目标值在白昼和黑夜的取值范围分别为：

白昼：p_b1～p_b2；

黑夜：p_h1～p_h2；

其中夏季吸气压力目标值的最小值p_x1小于过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1，过渡季节吸气压力目标值的最小值p_g1小于冬季吸气压力目标值的最小值p_d1；白昼的吸气压力目标值的最小值p_b1小于黑夜的吸气压力目标值的最小值p_h1。