CN113720625A - 一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法。首先设定变频系统的代表性频率并制定环境工况，在某一工况下，选择一个代表性频率，充注制冷剂，得到对应的一般充注区间；根据变频系统的性能测试结果对一般充注区间反馈调整，得到对应的最佳充注区间；根据各代表性频率运行时间占比，计算变频系统在选定工况下的最佳性能参数范围；最后改变工况，重复测试后，根据各工况在一年内的时间占比，计算变频系统全年运行性能。本发明针对变频冷冻冷藏系统的不同运行频率，进行制冷剂最佳充注量及相应的性能参数测试，全面考虑了变频机组不同运行条件下的性能，以更加准确的方式测试出变频冷冻冷藏系统的性能。
Description
技术领域
本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法。
背景技术
随着能源形势日益严峻，研究人员不断地进行环境友好型制冷剂的研究，期望采用ODP(臭氧破坏指数)接近于0，GWP(全球变暖指数)尽可能低的制冷剂，实现制冷机组性能尽可能高的目标。具有风向标意义的欧盟标准针对低GWP值制冷剂制订了相对苛刻的能效提高时间表，期望尽快达到制冷设备的生态设计要求。非共沸混合制冷剂普遍具有较低的ODP和GWP值，且其可燃性低，良好的安全性能和环保性能决定了其可用于制冷系统中。目前冷冻冷藏设备普遍使用的制冷剂主要是R404A和R507A，然而随着欧洲含氟气体法的推出，R404A和R507A也将逐年减少使用量直至淘汰。
研究发现，制冷技术作为各行业应用最广泛、能耗最大的技术之一，占全球总能耗的60％，温室气体排放约1％。因此，提高制冷系统的效率，其能耗、成本以及对环境的负面影响会大大降低。目前，变频技术在空调领域中的应用已较为普遍，但应用于冷库冷冻冷藏设备的变频技术还有待改进。一方面，有些冷库的冷冻冷藏设备用变频技术，没有将系统的各部件合理地匹配，进而没有最大地利用变频技术的优点；再者没有合理的运行方式，导致设备能耗高、寿命短且制冷效率低，同时不利于保持冷库稳定的温湿度状态和冷冻冷藏物品的品质。
泰州市南风冷链有限公司的汪庆等人在《一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统》提供了一种低压压力传感器，结合旁通电磁阀及相应智能化控制系统共同作用，使压缩机能够根据所需冷负荷，实现连续自动变频调节，避免压缩机频繁启停，提高制冷设备效率。但是该研究只是优化了变频冷冻冷藏设备系统设计。
南京师范大学的王高伟等人在《一种非共沸制冷剂充注量的确定方法》提供了一种定频机组的制冷剂充注方案，即(1)进行制冷剂充注量的估算，(2)根据夏热冬冷地区的环境特点，选择至少4种工况进行制冷剂充注和性能试验，(3)对性能参测试结果进行对比分析，得出全年最佳制冷剂充注量。但是该方法仅仅是在定频下研究制冷剂最佳充注量确定的方法，考虑单一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏设备系统性能测试分析方法。该方法看可以在不同工况下能够准确测试和分析变频冷冻冷藏系统性能，以便优化变频冷冻冷藏系统性能并且能够同时准确标定其最佳制冷剂的充注范围。
本发明采用的技术方案如下：
一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，包括以下步骤：
S1.根据变频冷冻冷藏系统的变频区间、冷库所需制冷量和所在地区的气候条件，设定变频冷冻冷藏系统压缩机的代表性频率并制定变频冷冻冷藏系统的环境工况；
S2.在一个选定的工况下，依次选择一个代表性频率，从0kg开始充注非共沸制冷剂，并监测在每一个所选择的代表性频率下，变频冷冻冷藏系统的制冷量、能效比的变化情况；根据试验结果，确定每一代表性频率下，变频冷冻冷藏系统最佳制冷量对应的制冷剂充注量，以及最佳能效比对应的制冷剂充注量，然后将这两个充注量作为区间端点，从而将得到的区间作为对应代表性频率下制冷剂的一般充注区间；
S3.在S2得到的一般充注区间内，测试变频冷冻冷藏系统的蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过热度和排气温度，并根据测试结果对该一般充注区间进行反馈调整，得到每一代表性频率下最佳充注区间，并记录最佳充注区间对应的性能参数范围；
S4.统计一个运行周期内，选定工况下的各个代表性频率的运行时间，根据各个频率的运行时间占比，计算变频冷冻冷藏系统在选定工况下的最佳性能参数范围；所述一个运行周期为压缩机同一频率第二次出现的时间；
S5.更改选定的工况，在更改后的工况下改变代表性频率的大小，重复步骤S2-S4，确定变频冷冻冷藏系统在不同工况下的最佳充注区间，并记录最佳充注区间所对应的性能参数范围；
S6.以一年内各个工况的运行时间占比，计算该变频冷冻冷藏系统全年的性能参数范围，以此为所测变频冷冻冷藏系统的全年运行性能。
优选的，步骤S1中，所述代表性频率为代表性频率为高频段、中频段、低频段分别运行时间最长的频率。
优选的，所述代表性频率为40Hz、60Hz、90Hz；所述工况为5℃、15℃、25℃、32℃。
优选的，步骤S2中，所述非共沸制冷剂为R448A。
优选的，所述非共沸制冷剂的充注方式为：从0kg开始充注，并以1kg为梯度逐渐增加，充注3次后，再以0.5kg为区间逐渐增加，直到制冷量和能效比都出现第一次下降时，停止充注。
优选的，步骤S3中，所述蒸发温度为变频冷冻冷藏系统中蒸发器进出口压力平均值对应的饱和温度；所述过热度为蒸发器出口过热度和压缩机进口吸气过热度；所述冷凝温度为变频冷冻冷藏系统中冷凝器进出口压力平均值对应的饱和温度；所述过冷度为冷凝器出口过冷度和膨胀阀进口过冷度；排气温度为变频冷冻冷藏系统中压缩机出口排气温度。
优选的，所述反馈调整具体为：当检测到过冷度小于3℃时，按照原充注量的1％增大制冷剂的充注量，过冷度大于或等于3℃时，则符合要求，不做修正；当检测到过热度小于5℃时，按照原充注量的1％减小制冷剂的充注量，过热度大于8℃时，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，过热度在5～8℃之间，符合要求，不做调整；当检测到排气温度大于90℃，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，排气温度小于或等于90℃，则符合要求，不做修正；
待过冷度、过热度以及排气温度均满足要求时，得到最佳制冷剂充注范围。
优选的，步骤S4中，所述计算利用加权平均法，其最佳范围的端点值计算如下：
一个周期内，各频率Bi的运行时间的占比为：
变频冷冻冷藏系统在一个运行周期内，性能参数范围的端点值为：
其中，CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一代表性频率两个端点处的性能参数，n表示变频冷冻冷藏系统代表性频率的数量，i表示每个具体的代表性频率。
优选的，步骤S6中，所述计算利用加权平均法，其最佳范围的端点值计算如下：
全年中，各环境工况Xi的运行时间占比为：
全年性能参数范围端点值为：
其中，CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一环境工况两个端点处的性能参数，n表示变频冷冻冷藏系统环境工况的数量，i表示每个具体的环境工况。
优选的，所述性能参数包括制冷量、能效比、冷凝温度、蒸发温度、过冷度和过热度。
本发明的有益效果在于：
1.本发明针对变频冷冻冷藏系统的不同运行频率，进行制冷剂最佳充注量及相应的性能参数测试，全面考虑了变频机组不同运行条件下的性能，以更加准确的方式测试出变频冷冻冷藏系统的性能。
2.本发明选择了至少四种工况进行变频冷冻冷藏系统的性能测试，能更好地贴近冷冻冷藏设备全年运行的特性，综合测试出变频冷冻冷藏系统全年运行的性能，以便在机组性能改变时做出相应措施。
3.区别于现有技术中变频冷冻冷藏系统笼统以单一频率下最佳制冷剂充注量作为变频机组的最佳制冷剂充注量的方式，本发明综合考虑了变频冷冻冷藏系统在不同频率下的最佳制冷剂充注量，能更加准确标定变频冷冻冷藏系统的最佳制冷剂充注量。
4.本发明中所得出并使用的最佳充注量不是一个点值而是一个范围值，在这个充注范围内，分别测试出变频冷冻冷藏系统在各频率下的性能参数，然后进行性能分析，可以同时兼顾变频冷冻冷藏系统安全性和节能性。
5.本发明所述的性能参数主要为制冷量和能效比，同时辅以安全性能参数：蒸发温度、冷凝温度、过热度、过冷度，以及输入功率和排气温度来进一步评价制冷系统性能，能够很好地反映出系统的节能性和安全性。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中变频冷冻冷藏系统的制冷量随时间的变化情况；
图3为本发明实施例中变频冷冻冷藏系统的能效比随时间的变化情况；
图4为本发明实施例中变频冷冻冷藏系统的制冷量和能效比随环境温度升高的变化情况；
图5为本发明实施例中变频冷冻冷藏系统的冷凝温度和蒸发温度随环境温度升高的变化情况；
图6为为本发明实施例中变频冷冻冷藏系统的过热度和过冷度随环境温度升高的变化情况。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做出更为具体的说明：
实施例1
某使用R448非共沸制冷剂的变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.根据变频冷冻冷藏系统的变频区间、冷库所需制冷量和所在地区的气候条件，设定变频冷冻冷藏系统压缩机的代表性频率并制定变频冷冻冷藏系统的环境工况；本实施例中代表性频率选取90Hz、60Hz、40Hz三个，环境工况按5℃、32℃、15℃、25℃选取四个。
S2.在32℃下，采用手动调试，将变频冷冻冷藏系统的运行频率调整为90Hz，进行R448A制冷剂充注实验。R448A从0kg开始欠量充注，并监测在所选择的代表性频率和工况下，变频冷冻冷藏系统的制冷量、能效比的变化情况，制冷量和能效比根据变频冷冻冷藏系统中直接读取的参数通过现有技术中空气焓差法计算得出。以最佳制冷量对应的制冷剂充注量和最佳能效比对应的制冷剂充注量作为充注区间的两个端点，得到90Hz下制冷剂的一般充注区间。
S3.在S2的充注区间下，分别测试变频冷冻冷藏系统的蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过热度、排气温度，通过测试结果的反馈，对该一般充注区间进行反馈调整，得到最佳充注区间。
上述反馈调整为：当检测到过冷度小于3℃时，按照原充注量的1％增大制冷剂的充注量，过冷度大于或等于3℃时，则符合要求，不做修正；当检测到过热度小于5℃时，按照原充注量的1％减小制冷剂的充注量，过热度大于8℃时，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，过热度在5～8℃之间，符合要求，不做调整；当检测到排气温度大于90℃，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，排气温度小于或等于90℃，则符合要求，不做修正。待过冷度、过热度以及排气温度均满足要求时，得到最佳制冷剂充注范围。
本实施例中，最终得到变频冷冻冷藏系统在90Hz下制冷剂的最佳充注区间为5.62～6.12kg；60HZ下的最佳充注区间为5.22～5.57kg，40HZ下的最佳充注区间为4.99～5.26kg。
在确定代表性频率最佳制冷剂充注范围的同时，记录最佳充注区间对应的性能参数范围，包括输入功率、蒸发温度、冷凝温度、过热度、过冷度、排气温度。为了方便对比性能参数的变化趋势，本实施例将所得到的最佳性能参数范围的上下限求平均作为最佳性能参数值。并根据空气焓差法计算出其制冷量和能效比，得到本实施例中变频冷冻冷藏系统在90Hz、60Hz、40Hz运行下，机组制冷量和能效比分别为：6.72kW、4.75kW、3.81kW和1.83、1.91、2.32
S4.统计一个运行周期内，选定工况下的各个代表性频率的运行时间，根据各个频率的运行时间占比，利用加权平均法计算变频冷冻冷藏系统在32℃下的最佳性能参数范围；所述一个运行周期为压缩机同一频率第二次出现的时间。
上述加权平均法的计算公式如下：
一个周期内，各频率Bi的运行时间的占比为：
变频冷冻冷藏系统在一个运行周期内，性能参数范围的端点值为：
其中，CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一代表性频率两个端点处的性能参数，n表示变频冷冻冷藏系统代表性频率的数量，本实施例为3个；i表示每个具体的代表性频率。
如图2、3所示，本实施例中变频冷冻冷藏系统在90Hz、60Hz、40Hz的运行时间分别为：2.15min、4.27min、8.34min。由图上可以看出，频率越高，制冷量更高，这是因为频率越高，制冷剂流量就越大，制冷量也会相应增加，但是这无疑会增加输入功率，降低能效比。由此可见，变频机组相对于非变频机组，具有很大的节能性。本发明方法可为变频机组连续变频时的运行性能分析提供参考。
S5.更改选定的工况，在更改后的工况下改变代表性频率的大小，重复步骤S2-S4，确定变频冷冻冷藏系统在不同工况下的最佳充注区间，并记录最佳充注区间所对应的性能参数范围；
S6.以一年内各个工况的运行时间占比，计算该变频冷冻冷藏系统全年的性能参数范围，以此为所测变频冷冻冷藏系统的全年运行性能。
上述加权平均法的计算公式如下：
权利要求8所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S6中，所述计算利用加权平均法，其最佳范围的端点值计算如下：
全年中，各环境工况Xi的运行时间占比为：
其中，i表示每个具体的环境工况；
全年性能参数范围端点值为：
其中CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一环境工况两个端点处的性能参数，n表示变频冷冻冷藏系统环境工况的数量，本实施例为4个，i表示每个具体的环境工况。
本发明选择四个工况32℃、25℃、15℃，5℃，从高温到低温工况依次进行试验。如图4所示，四个工况下，变频冷冻冷藏系统的制冷量和能效比分别为为：4.48kW、4.91kW、5.43kW、5.92kW和2.03、2.09、2.17、2.25。从图4中可以看出，随着环境温度的升高，制冷量、能效比都呈现下降趋势，这是因为随着环境温度升高，制冷系统的冷凝温度会升高，导致其制冷量下降；同时制冷系统的功率也会增加，进一步导致能效比下降。
如图5所示，制冷剂的冷凝温度和蒸发温度都随着环境温度增加而增加。这是因为环境温度升高，制冷剂在冷凝器中向环境的散热量减少，导致冷凝压力增加，进而冷凝温度升高；环境温度升高，所需制冷剂循环流量也会随之增加，导致蒸发压力增加，蒸发温度也增加。如图6所示，制冷剂的过热度和过冷度呈现出两种相反的趋势。这是因为冷凝温度和过冷度、蒸发温度和过热度是相互抑制的关系，冷凝温度增加，过冷度也会增加；蒸发温度增加，过热度则会减少，因为制冷剂流量的增加。从高温到低温，冷冻冷藏系统的过冷度的范围是3.15～4.23℃；过热度的范围是5.75～7.17℃
由上可以看出，本发明通过在不同工况下对变频冷冻冷藏系统的最佳充注量及其所对应的最佳性能参数的确定，准确分析出变频冷冻冷藏系统在不同运行状态下的性能以及全年整体性能，为整个冷冻冷藏系统的高效安全运行提供指引，同时也为变频机组连续变频时的运行性能分析提供一种参考。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据变频冷冻冷藏系统的变频区间、冷库所需制冷量和所在地区的气候条件，设定变频冷冻冷藏系统压缩机的代表性频率并制定变频冷冻冷藏系统的环境工况；
S2.在一个选定的环境工况下，依次选择一个代表性频率，从0kg开始充注非共沸制冷剂，并监测在每一个所选择的代表性频率下，变频冷冻冷藏系统的制冷量、能效比的变化情况；根据试验结果，确定每一代表性频率下，变频冷冻冷藏系统最佳制冷量对应的制冷剂充注量，以及最佳能效比对应的制冷剂充注量，然后将这两个充注量作为区间端点，从而将得到的区间作为对应代表性频率下制冷剂的一般充注区间；
S3.在S2得到的一般充注区间内，测试变频冷冻冷藏系统的蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过热度和排气温度，并根据测试结果对该一般充注区间进行反馈调整，得到每一代表性频率下最佳充注区间，并记录最佳充注区间对应的性能参数范围；
S4.统计一个运行周期内，选定环境工况下的各个代表性频率的运行时间，根据各个频率的运行时间占比，计算变频冷冻冷藏系统在选定环境工况下的最佳性能参数范围；所述一个运行周期为压缩机同一频率第二次出现的时间；
S5.更改选定的环境工况，在更改后的环境工况下改变代表性频率的大小，重复步骤S2-S4，确定变频冷冻冷藏系统在不同环境工况下的最佳充注区间，并记录最佳充注区间所对应的性能参数范围；
S6.以一年内各个环境工况的运行时间占比，计算该变频冷冻冷藏系统全年的性能参数范围，以此为所测变频冷冻冷藏系统的全年运行性能。
2.如权利要求1所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S1中，所述代表性频率为高频段、中频段、低频段分别运行时间最长的频率。
3.如权利要求2所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，所述代表性频率为40Hz、60Hz、90Hz；所述环境工况为5℃、15℃、25℃、32℃。
4.如权利要求1所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S2中，所述非共沸制冷剂为R448A。
5.如权利要求4所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，所述非共沸制冷剂的充注方式为：从0kg开始充注，并以1kg为梯度逐渐增加，充注3次后，再以0.5kg为区间逐渐增加，直到制冷量和能效比都出现第一次下降时，停止充注。
6.如权利要求1所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S3中，所述蒸发温度为变频冷冻冷藏系统中蒸发器进出口压力平均值对应的饱和温度；所述过热度为蒸发器出口过热度和压缩机进口吸气过热度；所述冷凝温度为变频冷冻冷藏系统中冷凝器进出口压力平均值对应的饱和温度；所述过冷度为冷凝器出口过冷度和膨胀阀进口过冷度；排气温度为变频冷冻冷藏系统中压缩机出口排气温度。
7.如权利要求6所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，所述反馈调整具体为：当检测到过冷度小于3℃时，按照原充注量的1％增大制冷剂的充注量，过冷度大于或等于3℃时，则符合要求，不做修正；当检测到过热度小于5℃时，按照原充注量的1％减小制冷剂的充注量，过热度大于8℃时，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，过热度在5～8℃之间，符合要求，不做调整；当检测到排气温度大于90℃，按照原充注量的1％增加制冷剂的充注量，排气温度小于或等于90℃，则符合要求，不做修正；
待过冷度、过热度以及排气温度均满足要求时，得到最佳制冷剂充注范围。
8.如权利要求1所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S4中，所述计算利用加权平均法，其最佳范围的端点值计算如下：
一个周期内，各频率Bi的运行时间的占比为：
变频冷冻冷藏系统在一个运行周期内，性能参数范围的端点值为：
其中，CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一代表性频率两个端点处的性能参数，n表示变频冷冻冷藏系统代表性频率的数量，i表示每个具体的代表性频率。
9.如权利要求8所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，步骤S6中，所述计算利用加权平均法，其最佳范围的端点值计算如下：
全年中，各环境工况Xi的运行时间占比为：
其中，n表示变频冷冻冷藏系统环境工况的数量，i表示每个具体的环境工况；
全年性能参数范围端点值为：
其中CLi和CRi分别为变频冷冻冷藏系统在单一环境工况两个端点处的性能参数，i表示每个具体的环境工况。
10.如权利要求8或9任一项所述的一种非共沸制冷剂变频冷冻冷藏系统性能测试分析方法，其特征在于，所述性能参数包括制冷量、能效比、冷凝温度、蒸发温度、过冷度和过热度。
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2021
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| CN117029899B (zh) * | 2023-10-08 | 2023-12-19 | 南通远征冷冻设备有限公司 | 一种冷冻设备仪表调试系统及方法 |
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