制冷系統的設計與優化控制策略

李慶波

青島海容商用冷鏈股份有限公司 山東 青島266000

一、制冷系統設計與優化控制的意義

制冷系統是現代科技發展的產物，其充分運用了多學領域知識，實現了物理空間上熱能的相互轉移，達到對空間內溫度進行調節與控制的目的。制冷系統在長期的發展過程中形成了蒸汽制冷、空氣制冷以及熱電制冷等多種系統，其制冷原理之間存在一定差異。而在冷柜系統中，其多使用的是蒸汽制冷技術，即利用壓縮機改變蒸汽壓力，降低蒸汽體積使其壓力升高，然后再將蒸汽送至冷凝器經氣體液化原理使蒸汽進一步液化，再經節流閥作用轉變成低壓液體再進入到蒸發器，最后通過高溫吸熱原理使液體重新轉化成蒸汽，然后再送回壓縮機，如此循環往復達到制冷目的。在制冷系統的作用下，空間溫度能夠根據實際需求進行調節，從而給人們帶來了更為舒適的生活環境。而隨著時代發展，制冷系統作為能耗大戶，已經與綠色環保的可持續發展產生矛盾沖突，這就需要從制冷系統的設計與控制層面著手進行優化，以在保證其制冷能力的基礎上，滿足現代人節能環保的相關要求，從而為綠色發展做出貢獻。可以說，在當前人們生活水平日益提升的情況下，制冷系統的設計與控制優化已經成為制冷研究領域的一個重要課題，也是國家綠色發展的現實要求。

二、制冷系統的基本結構

隨著制冷技術的發展，目前冷柜設備已經形成了一套固定的基本結構，即制冷系統、供電轉換系統以及控制系統，這三部分共同實現制冷作用。在制冷系統中，其主要構件包含壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置四個大件，其他還有諸多次要部件，共同完成冷柜制冷的整個過程。而在制冷控制方面，其通常又包含溫控與冷空兩套系統。隨著其研究的不斷創新，目前更是進一步產生了冷劑回路、制冷劑壓力、機電保護、溫度、除霜、冷卻水、室內外風速等各種控制調節器，使冷柜制冷系統的功能更為強大。

三、制冷系統的設計與控制優化

在冷柜制冷系統的設計方面，為使其在保證基本制冷性能的基礎上進一步提升制冷效率，達到綠色節能目標，就需要針對其主要部件進行優化。

(一)壓縮機的設計與優化。壓縮機是制冷系統的核心，其在制冷系統中發揮著關鍵作用。壓縮機本身的性能直接決定了其對低壓氣體的壓縮能力，也決定了其最終的功率與能耗。而針對當前制冷系統的設計優化，也恰恰需要從壓縮機的氣體壓縮與循環效率兩方面展開。一方面，設計過程中，為了提升壓縮機的氣體壓縮效率，一般會采取少吸快壓的方式加以優化，但這就無法保證氣體的輸送。因此在設計時可以考慮采取多吸入管的設計思路，利用多個吸入管吸入氣體，在分別將之輸送到壓縮機內的不同單元進行壓縮處理，最后將各單元產生的蒸汽進行集中使用，如此就解決了壓縮效率和氣體輸送的問題。另一方面，在設計上為保證制冷效率，應盡可能采用清潔制冷劑，如此不但能夠保證制冷效率，還能夠延長制冷系統的使用壽命。

(二)冷凝器的設計與優化。冷凝器是制冷系統中重要的換熱裝置，承擔著高溫氣體的液化以及傳導工作，是制冷系統對外放熱的關鍵裝置。但該裝置如果出現問題，就會導致制冷系統能量損耗，使制冷系統能耗升高，不利于節能。對此，在設計過程中可以考慮采用垂直冷凝管由下至上注水的設計方式，以提升冷凝質量，有效控制能力損耗。

(三)蒸發器的設計與優化。蒸發器是制冷系統制冷目標最終達成的關鍵裝置，其主要負責低溫液體與外界的能量交換，實現汽化吸熱的過程。可以說，蒸發器最終決定了制冷系統的制冷效果。在實際設計時，針對壓縮機所采取的多單元工作設計思路，蒸發器需要在加熱室與蒸發容積方面進行擴大設計，以滿足氣體輸送需求，確保氣液能夠完全分離，避免阻塞冷凝裝置。

(四)節流閥的設計與優化。節流閥主要是對流體進行收縮的關鍵裝置，以加快流體流速，減少管道內的靜壓力。而為進一步增強管道內的流體收縮能力，在設計中可以提升節流閥的使用數量，使其覆蓋整個管道，以達到充分收縮流體的目的。

(五)采用先進的變頻制冷控制設計。在制冷系統控制優化方面，目前已經研究出多項技術，而其中最為突出的就是變頻制冷技術。該技術是在制冷系統設計時為其增加相應的溫度傳感裝置。該裝置能夠將制冷系統內部的熱壓力換算為相應的制冷溫度。同時制冷系統會依靠人工智能技術為其設定出一個室內制冷溫度，在室內溫度達到這一溫度時，傳感器會控制制冷系統進行制冷量的調節，減少制冷系統運轉功率，進而達到控制制冷系統能耗的目的。而在室內溫度升高時，傳感器感知這一溫度并控制制冷系統重新調節制冷效果，提升制冷功率，從而迅速制冷，如此就可以將室內溫度始終保持在一定范圍內。同時由于制冷系統能夠根據實際制冷需求調節運行功率，而不必始終保持最大功率，這樣就能夠有效實現節能效果，使制冷系統的控制更為合理。

結束語

在制冷系統的未來發展中，其仍將有更多的優化設計與控制思路產生，如當前大力倡導的新型制冷劑的應用以及現代更為智能化的控制技術的產生都將為制冷系統制冷性能的提高和控制的優化起到巨大推動作用。所以在未來發展中制冷系統的研究需要圍繞節能環保相關要求進一步強化制冷系統內部設計的創新于優化，并加強更多新科技的應用，以為人們的生產生活提供更先進的制冷設備，為國家的節能環保事業做出更多貢獻。