[实用新型]一种制冷系统优化控制实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于制冷系统节能设备技术领域，具体涉及蒸汽压缩制冷系统能耗优化控制实验装置。 

背景技术

随着人们生活水平的提高，空调系统、冷库和冷藏室等的应用越来越多、规模越来越大，其能源消耗非常巨大。制冷装置和系统为空调和冷库等提供冷源，其能耗占整个系统能耗的大部分，因此其节能潜力巨大。 

目前蒸气压缩制冷系统其冷凝压力和蒸发压力的控制都比较简单，均采用压力设定值不变即恒值控制方式，这种方式虽然简单可靠，但不利于节能。当环境温度和负荷变化时，压力设定值不能自适应的调整，从而导致系统能耗较大。 

发明内容

本实用新型为了克服目前技术上的不足，在现有压缩机、风机、水泵等部件变频调速技术的基础上，提供了一种通过改变制冷系统蒸发压力和冷凝压力设定值的方式来适应环境温度和制冷负荷的变化，从而达到制冷系统节能的目的。 

该实用新型解决目前技术问题所采用的技术方案如下：本实用新型提出了在线压力设定值优化串级控制（优化层+分散控制层）实验装置，如图1所示。当环境温度和制冷负荷变化时，通过调整制冷系统冷凝压力和蒸发设定值来达到能耗优化控制的目的。该实验装置包括电加热丝、水箱、水温控制器、压缩机、蒸发器压力控制器、计算机(嵌入式工控机)、冷凝器压力控制器、冷凝风机的变频电机、冷凝风机、冷凝器、过热度控制器、膨胀阀(电子膨胀阀)、蒸发器、冷水泵和冷水泵的变频电机，其中电加热水箱出口端与冷水泵连通，冷水泵与蒸发器进口端连通，电加热水箱入口端与蒸发器出口端连通，水温控制器与冷水泵连接，水温控制器还与电加热水箱入口端和蒸发器出口端之间的管道连接，蒸发器出口端与压缩机连通，压缩机与冷凝器入口端连通，冷凝器出口端与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器入口端连通，蒸发器压力控制器与蒸发器出口端以及压缩机连接，过度热控制器与蒸发器出口端及膨胀阀连接，冷凝器压力控制器与冷凝器入口端及冷凝风机连接，计算机与蒸发器压力控制器及冷凝器压力控制器连接。 

如图1所示，该实验装置中，用一个带电阻丝的电加热水箱来模拟制冷负荷，这样制冷负荷可通过电加热器方便地调节，其调节范围为0～10kW。整个实验系统置于一个人工环境室内，其温度可调范围为-5~40℃。 

实验装置中用计算机控制优化层和监视参数，分散控制层采用常规的PID控制器，分别是水温控制器、蒸发器压力控制器、冷凝器压力控制器和过热度控制器。 

在制冷系统中，管道中的制冷剂经膨胀阀节流，而膨胀阀的开度由过热度控制器控制，节流后的低温低压液态制冷剂经管道进入蒸发器中吸热制冷，而制冷负荷由水温控制器控制冷水泵的转速来调节，从蒸发器中出来的气态制冷剂由管道流经压缩机进行压缩增压，然后通过冷凝器冷凝放热。期间压缩机入口端的制冷剂蒸发压力与压缩机出口端的制冷剂冷凝压力依据总能耗最小实时求得其设定值，其中总能耗由压缩机、冷凝风机、冷水泵三个部件的分能耗组成。 

本实用新型的技术效果：在环境温度调至28℃、加热量（制冷负荷）调至3.8kW的额定工作条件下进行实验。首先只投入常规的分散控制系统，运行30分钟后，优化方案再投运(即将上位计算机接入控制系统)。图2 、3所示分别是优化控制投入运行前后的能耗变化和压力变化图。由图2可见，总能耗在20分钟内由1.4kW降至1.1kW，并基本稳定在此能耗水平，节能量约为20%。由图3可见，冷凝器压力由1.32MPa降至1.23MPa,而蒸发器压力由0.50MPa升至0.58MPa。可见，优化算法自动找到了该实验条件下的冷凝压力和蒸发压力最优值。 

附图说明

图1为本实用新型制冷系统能耗优化控制实验装置示意图。 

图2为优化前后能耗变化图。 

图3为优化前后压力变化图。 

具体实施方式