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英國制冷協(xié)會(huì)1998-1999年的總結(jié)文摘
建筑體系設(shè)計(jì)大學(xué) 南岸大學(xué) 倫敦103號(hào)街
建筑環(huán)境大學(xué) 諾丁漢大學(xué) 英國大學(xué)公寓諾丁漢2路
1999年10月25日收到
摘要
這篇文章是1998年10月到1999年4月英國制冷協(xié)會(huì)提供的7篇技術(shù)論文的精要概括.這篇文章的目的是為英國制冷協(xié)會(huì)的研究與發(fā)展指明更廣闊的道路.它的主題包括空氣調(diào)節(jié)在內(nèi)的空氣循環(huán)，液體壓力的放大，大面積沸騰制冷劑的用運(yùn)和冷凍食品最佳條件下保存的經(jīng)驗(yàn).。它也包括了熱力學(xué)制冷在最近的發(fā)展?fàn)顩r,為細(xì)胞提供制冷的可能性.這些出版物還包括了一篇由專家提出的關(guān)于提高制冷劑效率的最新研究..
關(guān)鍵詞: 制冷工業(yè) 空氣調(diào)節(jié) 科研 成果展示
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名詞術(shù)語：
V/Ud2 ————— 不擴(kuò)散流動(dòng)系數(shù)
V —————— 流入壓縮機(jī)入口的流量 單位: M3/S
U —————— 壓縮機(jī)的最高速度 單位:M/S
d —————— 汽缸的直徑 單位:M
1: 前言
為了發(fā)展制冷科學(xué),英國制冷協(xié)會(huì)在1899年成立.。從那時(shí)開始,它有了一定的發(fā)展，并且做出了在最新最前沿的制冷領(lǐng)域有重要影響的技術(shù)論文.這些文章由協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo),專家,還有一些英國制冷工業(yè)的人士所寫的。.對(duì)協(xié)會(huì)作過貢獻(xiàn)的將近有3000多個(gè)成員(他們大部分現(xiàn)在還健在)。這篇文章的目的是將協(xié)會(huì)的巨大研究推到更為廣闊的制冷協(xié)會(huì)的應(yīng)用。
它的主題包括空氣調(diào)節(jié)的空氣循環(huán)，液體壓力的放大，大面積沸騰制冷劑的用運(yùn)和冷凍
食品最佳條件下保存的經(jīng)驗(yàn).它也包括了熱力學(xué)制冷在最近的發(fā)展?fàn)顩r,為細(xì)胞提供制冷的可能性.這些出版物還包括了一偏由專家提出的關(guān)于提高制冷劑效率的最新研究。
2: 過程回顧
2.1 液體壓力的放大
MacWhirter的報(bào)告提到把液體壓力放大的放大系數(shù)用運(yùn)到制冷系統(tǒng).專家在液體流程中把封閉式通過泵來輸送制冷劑作為連續(xù)蒸汽壓縮系統(tǒng)的例子來描述液體壓力放大系統(tǒng),如圖— 1所示。加壓泵把管道中的壓力升到相當(dāng)于1到1。5巴左右。專家稱，液體壓力放大的用運(yùn)，避免了一般在管道里由于管線損失引起的壓力降。這樣以來，加強(qiáng)了節(jié)流膨脹閥的作用，提高了制冷的容量，并降低了能量消耗。
MacWhirter使用壓焓圖來闡明液體壓力放大規(guī)律，如圖——2所示。制冷循環(huán)用點(diǎn)A.B.C.D.E.F和G來表示，相關(guān)的參數(shù)如圖——1所示。
這篇有關(guān)液體壓力放大報(bào)告的優(yōu)點(diǎn)是:提高了系統(tǒng)的效率 ,提高了系統(tǒng)的容量和克服了現(xiàn)場安裝上的缺點(diǎn)。這篇權(quán)威報(bào)告還認(rèn)為 ,雖然可以通過建立基礎(chǔ)設(shè)施使效率提高,但是不能從本質(zhì)上提高系統(tǒng)的參數(shù). 長期以來的理論與實(shí)踐和系統(tǒng)的運(yùn)行都要求滿足液體壓力放大
的規(guī)律.
2.2 環(huán)保理想的空氣循環(huán)與空氣調(diào)節(jié)
Giles 闡述了制冷空氣循環(huán)的基本規(guī)律,具體的流程如圖——3所示. 專家指出,在19世紀(jì)所建立起來的較早的制冷系統(tǒng)的效率較低. 而且不能夠解決冰在管道里面膨脹的問題。隨著加壓式航天器的成功發(fā)展,空氣循環(huán)被發(fā)展用于航空工業(yè)，并且 Giles 闡述了這些體系。在所有的系統(tǒng)中，都說明了壓縮空氣是不合適用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的這一焦點(diǎn)問題。
近年來，以空氣為介質(zhì)的制冷循環(huán)已經(jīng)被廣泛用于航空工業(yè)。 據(jù)報(bào)道，有兩個(gè)主要問題影響了這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用. 首先,空氣不能被用做于制冷劑的這樣的一個(gè)事實(shí),如果空氣被用做制冷劑就意味著該制冷循環(huán)有一個(gè)較底的單位容積熱容量, 從而導(dǎo)致其效率的降低。 其次, 沒有在航空方面的應(yīng)用,就沒有壓縮空氣較穩(wěn)定的發(fā)展。而且,由于使用了壓縮機(jī),提高了運(yùn)行成本。
專家認(rèn)為，空氣循環(huán)系統(tǒng)壓縮機(jī)的在全負(fù)荷條件下運(yùn)行的全效率低于蒸汽壓縮式循環(huán)。然而,不象蒸汽壓縮式循環(huán)蒸汽壓縮式循環(huán)那樣，空氣循環(huán)系統(tǒng)在部分負(fù)荷條件下的運(yùn)行可以設(shè)計(jì)的象它在全負(fù)荷條件下運(yùn)行的全效率一樣。這樣，空氣循環(huán)系統(tǒng)在一般狀況下的能量節(jié)約可以控制在蒸汽壓縮式循環(huán)的15%之內(nèi)。
據(jù)專家介紹，許多研究被用來進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。兩中不同的提高單位體積熱交換的方法被采用。主要的，在比一般大氣壓力高的情況下，比一般單位體積的熱容量大的封閉式循環(huán)壓力系統(tǒng)被用來運(yùn)行空氣循環(huán)。 其次是在低壓下運(yùn)行的開式循環(huán)。這樣允許不凝氣體在空氣里蒸發(fā)與冷凝。因此，極大的提高了有效的空氣的比熱容。
Giles還認(rèn)為，機(jī)構(gòu)的影響涉及到空氣循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行。并且也影響著通過改善透平器和壓縮機(jī)來提高壓縮機(jī)的全效率。還影響到降低內(nèi)部損失以及提高熱交換的設(shè)計(jì)。圖——4顯示了在最近20年里如何革新壓縮機(jī)和對(duì)改善壓縮機(jī)的理論分析。根據(jù)這個(gè)時(shí)代的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，專家預(yù)測，通過空氣循環(huán)系統(tǒng)壓縮機(jī)的效率提高了1.3倍。
2.3 環(huán)保條件下食品冷藏的最佳選擇
Maidmeng et al匯報(bào)了最近在冷藏庫設(shè)計(jì)方面完成的調(diào)查結(jié)果。在四五年內(nèi)，這些工廠建立在舊式制冷工廠的基礎(chǔ)上。Maidmeng et al指出，這些冷藏庫由于在食品質(zhì)量保存方面名聲狼籍。主要的問題是在烘干表面的同時(shí)，食品黏附在了盛放器具上。這樣由于黏附作用造成了巨大的商業(yè)性損失。專家稱，食品保存中的這種損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)大5%之多。
專家門總結(jié)以前的研究后聲明，目的是為減少表面干燥通過建立最佳環(huán)保條件來使損失最少的實(shí)驗(yàn)被采用過。盡管這樣，在冷藏庫的設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)者仍沒有多大的改變。這是由于在熱質(zhì)交換過程沒有突破性的發(fā)展。
為了克服這樣的缺陷，專家建議采用熱力學(xué)模型來優(yōu)化熟菜冷藏的環(huán)境。這個(gè)模型綜合了建立在制冷系統(tǒng)和熟菜冷藏庫的環(huán)境中發(fā)生的熱質(zhì)交換過程。通過即考慮食品重量損失的價(jià)值也考慮到壓縮機(jī)的成本和能量的消耗，熟菜冷藏庫設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性研究正在開展。研究的結(jié)構(gòu)如圖——5所示。總結(jié)傳統(tǒng)文獻(xiàn)的結(jié)果表明，有可能選擇出更為理想的儲(chǔ)藏環(huán)境。如圖——6所示，圖表所指的熟菜冷藏庫可以把放在其上的損失減少65%左右。最后，專家們討論了最優(yōu)的環(huán)境關(guān)鍵是損失最小。
2.4 空氣調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制制冷的新發(fā)展
Blachhurt提出了在空氣調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制制冷的新發(fā)展。 在英國，早在13年前，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)被起用。在協(xié)會(huì)中，早在1990年被提出。在低于周圍環(huán)境情況下，產(chǎn)生“自由冷量”的一種方法如圖——所示。它由壓縮機(jī)，冷凝器，4個(gè)閥門構(gòu)成。不使用壓縮
機(jī)通過循環(huán)制冷劑到冷凝器可以產(chǎn)生在周圍環(huán)境條件允許下的“自由冷量”。但是，通過正中方法，由于被冷凍水與周圍環(huán)境的溫度不同，而造成了壓力差。據(jù)Blachhurt報(bào)道，對(duì)于冷卻器而言，在一般情況下產(chǎn)生的系統(tǒng)用行系數(shù)大約在10到13。
直到1998年，在英國有17項(xiàng)措施將理想制冷量提高到45兆瓦特。在這些文獻(xiàn)中，Blachhurt提到了2種新理想制冷系統(tǒng)的研究。這2種系統(tǒng)代表了理想設(shè)計(jì)的新發(fā)展。他們被應(yīng)用在英國鐵路局和國際西部總銀行。
英國鐵路局提到的主要麻煩是該系統(tǒng)是用氨設(shè)備組成的。首先，有毒而且有可爆性的氨的使用，是其在設(shè)計(jì)方面受到限制。盡管這個(gè)缺陷被提高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)克服，然而，仍有不少技術(shù)難題要克服。為了使取得“自由冷量”最大化，要求蒸發(fā)器中的制冷劑與水的溫度差越小越好。在前面提到制冷系統(tǒng)里，蒸發(fā)器中的銅管子在很小的溫度差下，為了增加其面積以及提高熱交換而被鋁所覆蓋。由于氨對(duì)銅管子有腐蝕作用，專家宣稱，很薄的鋁渡層成功的應(yīng)用在316根不銹鋼管子上。這樣以來，熱交換系數(shù)可以和完全用銅管子的理想系統(tǒng)相比。為了克服油的滲漏問題，專家建議在自動(dòng)化蒸餾管徑循環(huán)系統(tǒng)里，使用高質(zhì)量的潤滑油。
專家通過計(jì)算得到，在這種情況下的理想制冷系數(shù)可以達(dá)到10.5 。在通常狀況下為14到8.5之間。在業(yè)主以20年為周期的運(yùn)行成本累計(jì)中，這種系統(tǒng)節(jié)能被證實(shí)是另一種的55%，而TEWI分析表明，產(chǎn)生的CO2比另一種少40%
國際西部總銀行的麻煩是僅有一個(gè)理想制冷箱的使用，這樣以來，麻煩歸結(jié)到從理想狀況大批機(jī)械制冷方式上的延遲上。如圖——8所示。這個(gè)缺點(diǎn)在使用冷卻水的循環(huán)后，建立一個(gè)高溫庫的方式來解決。
運(yùn)行實(shí)踐顯示出，它的制冷系數(shù)大概在7左右。經(jīng)過一個(gè)簡單的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較得，這種方式的資金回收期大概是4到5年。
2.5 自由冷量的頂部下送
Butler和Alamdari報(bào)告指出，近年來自由冷量的頂部下送由于具有節(jié)約能耗，控制簡單，熱舒適感好而飛速發(fā)展。它們同時(shí)和二為一的與通風(fēng)系統(tǒng)一起數(shù)量增加。這種系統(tǒng)的新鮮涼爽的空氣貼附著地面引入。通過與通風(fēng)引入的空氣相混合，逐漸使室內(nèi)通風(fēng)換氣，從而提高了室內(nèi)空氣的品質(zhì)。
作者回顧了自由冷量的頂部下送和通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)合研究。他們指出，包括計(jì)算流體力學(xué)的研究表明，隨著通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行的自由冷量的頂部下送比簡單的通風(fēng)換氣系統(tǒng)效果要好的多。如圖——9和圖——10所示。然而，Jessp在制冷方面有許多設(shè)計(jì)上的改變。他指出他所設(shè)計(jì)的控制臺(tái)希望可以進(jìn)行跟蹤控制。為了達(dá)到這個(gè)目的，在事跡方面，他部分的分析了其發(fā)展的新前景。梁在形式上是缺乏的。作者提供了最少的信息目錄，以上的列舉也、包括在內(nèi)。建立在最大性能系數(shù)下遠(yuǎn)行的 基礎(chǔ)上，被控制臺(tái)的 高效率所代替。但是，好多拿來能良好量在使用中損失，甚至與制冷壓縮機(jī)的消耗差不多。
專家分析了較好的工程事例分析提到的不足重要如下：
1.不允許有液體制冷油的影響：
2.接受器及發(fā)生器中的水的蒸汽，沒有辦法把液體與整齊完全分離：
3.系統(tǒng)的效率較低
在一般較好的工程實(shí)踐中，效率提高的建議被采用。如圖——13所示。他討論了用45O較90O彎頭的系統(tǒng)要好的多。最后，作者還提出了MSO和EIF的建議。
3. 結(jié)論
本出版物回顧了1998年到1999年里由制冷協(xié)會(huì)出版的技術(shù)論文，涉及的主題包括空氣調(diào)節(jié)的空氣循環(huán)，液體壓力放大，大面積沸騰制冷，冷凍食品包藏的最佳條件的熱力學(xué)制冷
哈改善提高控制臺(tái)效率的方法。從論文中達(dá)到的重要結(jié)論是：
蒸汽壓縮中的液體壓力放大系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到證明并且報(bào)道指出，已經(jīng)在回答程度打夯提高了他的效率與容量?？諝庋h(huán)字冷的發(fā)展已經(jīng)成為主題。但是，對(duì)于直接的蒸汽壓縮制冷循環(huán)，在制冷系數(shù)上進(jìn)一步發(fā)展與提該是需要的。冷凍食品包藏的最佳環(huán)境也提上日程。這被用來利用熱力學(xué)的模型優(yōu)化冷藏庫的設(shè)計(jì)。從而在成本上節(jié)約了65%。自由冷量制冷的發(fā)展也在進(jìn)行。當(dāng)理想制冷被成功的應(yīng)用到創(chuàng)造高效率系統(tǒng)時(shí)。也進(jìn)行了各種各樣的研究。冷凍梁系統(tǒng)的研究也在進(jìn)行。與此同時(shí)，蒸發(fā)器里的自由冷量的應(yīng)用的調(diào)查白該指出，也取得了較大的成果。大面積沸騰制冷劑混合物的應(yīng)用，將有效的改善需要的制冷性能，提高其容量。最后，本論文包括了一些頭觀提高制冷控制運(yùn)行的可靠性的論文。
總覽全問，大部分的文章是由英國的制冷協(xié)會(huì)提供的。1999/2000年的程序及規(guī)劃的論文表明，論文主要包含了以下方面：制冷，熱藏，在冷庫里進(jìn)行氧排除的技術(shù)，使用空氣循環(huán)進(jìn)行建筑物采暖與制冷，最有利的制冷取締品的研究和對(duì)自由冷量應(yīng)用的歷史回顧。
鳴 謝:
作者感謝英國制冷協(xié)會(huì)地這些技術(shù)性論文的授權(quán)使用以及對(duì)原作者論文的引用。他們有，M.Ruduery女士——英國制冷協(xié)會(huì)，Brueep先生和A.GIGIEL先生——制冷技術(shù)中心。
參考文獻(xiàn)（略）
選自《國際制冷雜志》 2001年137——138期
2002/3/29
（完）