实验室节能项目

冰箱性能测试装置制冷系统节能

改造方案

****研究院****研究室

2025年2月

一、项目背景

冰箱实验测试装置一直是各制冷企业中占比较大的能源消耗之一，各家制冷企业对测试装置的节能也逐渐得到重视。随着制冷技术的发展与运用，制冷装置的节能技术也逐渐成为研究重点课题。

****工厂测试实验室众多，23****实验室测试月均耗电量接近100万度电，这其中压缩制冷以及电热及湿度控制系统占据了主要的能耗。如果能从这些环节中挖掘节能潜力，****事业部层面有可观的节能改善空间。

二、测试系统能耗分析

****实验室由恒温室、空调柜、制冷机组、设备电源、测控系统（含控制柜）、计算机及打印机等组成。空调柜和制冷机组来控制恒温室的温度、湿度、风速，****测试所需的温、湿度和风速要求；设备电源用于给被测样机供电，****测试所需的电压、频率；测控系统包括热电偶记录仪、温湿度采集仪、采集仪表等，其通过控制柜将空调柜、制冷机组与计算机相连接，并通过计算机上安装的软件实现人机交换。

****实验室的测试间温度控制主要由空气处理系统来完成，空气处理系统是温度场均匀性的有效保障，主要设备有空气处理机组、压缩冷凝机组、风道导流组织系统、温湿度取样装置等。在空气处理机内，有电加热提供测试间所需要的热源，压缩冷凝机组提供测试间所需要的冷源，根据试验工况的特点，通过调节冷热供给，实现所需的测试间工况温度。

****实验室中，环境温度控制一般是固定冷源投入，根据环境温度自动调节电加热的投入量，实现环境温度所需的冷热平衡。在这种模式中，当冷源投入过多时，需要额外消耗电加热产生的热能来平衡，因此在实验过程中，会产生较多的能源浪费。如果实现冷量无级调节，可有效减少热源的投入量，从而达到节能的目的。

****工厂实现冷量的无级调节的方式是压缩机变频调速，主要的缺点就是变频压缩机在低频下会出现散热困难和油循环障碍的问题，压缩机运行稳定性较差。一般来说，压缩机不宜长期在低于30Hz 下运行。而对于冰箱试验室工况测试时间较长，在其过程中压缩机若出现变频故障，试验室温度会产生波动，从而试验也会因此中止，出现更大能源浪费，因此，压缩机变频调速系统并不适合使用在冰箱测试场景中，需要考虑更为合适的节能方案。

三、技术方案

通过对能耗构成的有效分析，针对冰箱性能测试装置稳态运行能耗以及工况变化能耗的特性，智研院在冷热平衡能耗方向上提出了制冷系统的冷量无级调节自适应控制解决方案，可有效减少热量的平衡能耗。

制冷系统的冷量无级调节自适应控制系统中，采用电子膨胀阀、热气旁通阀、吸气冷却膨胀阀、蒸发压力调节阀等关键阀件，并且采集压冷机组的温度、压力以及测试工况的环境温湿度进入PLC控制系统中，控制系统依据测试间测试热负荷大小以及压冷机组自身运行状态，自动调节制冷剂的流量分配，从而调节制冷剂在蒸发器中的蒸发量，使之与测试间热负荷相适应。

压缩机排出的气体分成两路，一路用于冷凝成为过冷液体，另一路为热气，选择冷凝液体的一部分为测试间热负荷提供平衡冷量，另一部分与热气混合至压缩机吸气状态。

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上述方案具有以下优点：

n 可实现压缩冷凝机组的冷量从10%～100%的无级调节，可大幅减少热源平衡能耗；

n 有效减少了调温过冲，提升工况过渡过程效率，从而减少工况变化过渡过程的能耗；

n 系统可实时监测压缩冷凝机组的运行状态，给设备维护提供在线监测保障，减少压缩冷凝机组的故障，也有效减少了工况变化能耗；

n 同时测试间环境温度所需要的热源及冷源根据工况所需来实时综合调节，有效的减少了冷热平衡所需的负荷。

四、控制系统

制冷系统的冷量无级调节自适应控制系统采用PLC+HMI控制方式，在HMI界面上可分为多级授权，对设备的运行、监控以及设备参数修改等方面进行不同授权操作。

控制系统具有以下功能：

n 系统可分为本地和远程操作，在本地/远程切换界面中，用户可以选择压冷机组是由本地的触摸屏直接操作，还是由远程控制柜上的触摸屏操作。

n 有多组电磁阀及电子膨胀阀，因此在电磁阀强制界面中，用户可以根据实际需要强制变容量压冷机组电磁阀的开启，（一般多用于压冷机组抽真空时用）。

n 系统运行时，需要相关参数进行设置，压冷机组参数设定页面中，用户可根据实际情况设置相关参数。如压冷机组停机后需延时时间、过热度过低时停机时间、主液电磁阀延时启动时间、蒸发压力阀延时启动时间，断线时过热度PID输出值、吸气压力PID输出值和调节表PID输出值。

n 为便于监控压缩机的运行状态，在过热度曲线和吸气压力曲线查看页面，可实时查看当前过热度和吸气压力的曲线趋势以及过程值。