氨间接制冷替代直接制冷技术分析

陈昀 1 赵春晨 2 王华明 3

1. 天津市冰科制冷设备有限公司 300400 2. 天津市第一商业学校 300180 3. 天津昱立空调设备安装工程有限公司 300400

摘 要：氨因具有良好的热物性而广泛应用在大中型冷库中，但氨的安全问题制约了氨的发展和应用，采用氨间接制冷技术可减少氨的充注量，同时实现人氨分离的目的，提高了系统运行的和生产维护人员安全性，同时优良的载冷剂的使用可有效提升系统的运行性能。本文总结了氨直接制冷系统和间接制冷系统在国内的应用现状和挑战，从环保、能耗、安全等方面分析氨间接制冷替代直接制冷可行性及在国内的发展前景。

关键词：氨间接制冷系统；氨直接制冷系统；能耗；安全性

引言

间接制冷技术一方面减少氨的充注量，限制了氨的流动空间，另一方面也使人、食品与氨分离开来，显著提高了生产安全性，也消除了因氨泄露造成的产品损失。本文将分析氨间接制冷替代直接制冷的可行性，从节能性、环保性等方面探讨间接制冷系统的优越性并提出现阶段存在的一些问题。

1.氨间接制冷和直接制冷系统介绍

在氨直接制冷系统中，制冷剂将冷量直接传递给需冷区域，传热效率高，系统简单，如图1所示。在氨间接制冷系统中，制冷模块集中于机房，制冷模块通过换热器吸收载冷模块的热量，被冷却的载冷剂流入储液器，储液器起到调节流量的作用，然后载冷剂泵将载冷剂送到需冷区域吸收热量，最后进入换热器进行放热，完成载冷循环，如图2所示。间接制冷系统相比之下，减少制冷剂管道长度，也不存在蒸发器中积油和回油难等问题，但是增加了载冷剂泵和换热器，管路更复杂，因此设计计算时须加以考虑附加设备带来的不利影响，可以看出直接制冷系统与间接制冷系统各有优缺点。

图1直接制冷系统 图2 间接制冷系统

2.氨间接制冷系统的应用

陈建刚^[1]等提出了一种在中小型氨冷库直接制冷改间接制冷的改造方案，以乙二醇为载冷剂，最大程度保留原系统的设备，增加了乙二醇换热设备和分配设备，乙二醇换热设备块功能是给乙二醇供冷及化霜时供热，乙二醇分配设备用来储存及输送乙二醇，改造前后示意图如图3、图4所示。

图3 改造前系统示意图 图4改造后系统示意图

改造后系统除了减少氨系统充注量，人和氨系统接触次数等优点外，还具备了保障冷库供液均匀，降低了库温波动，采用乙二醇闭式循环降低了泵的耗功。改造后的间接制冷系统运行一段时间后发现，冷库结霜相比于改造前均匀许多，说明换热情况明显优于改造前，相同工况下系统的能效比没有发生明显变化，但系统的充氨量见少了12倍，间接制冷系统能够完全满足使用要求。间接制冷系统还具有蓄冷、控温精确，易于控制的特点。上海津沛物流通过改造氨系统为间接制冷系统，夜晚系统工作，将冷量储存于载冷剂中，白天系统不工作，利用载冷剂冷量维持冷藏间在-18℃，充分利用了谷电期电价低的优势，降低了用电成本。改造后年运行费用低于改造前，且易于维护，降低了人力成本。

3间接制冷系统的融霜方式

在氨直接制冷系统中，最常用的是热氨融霜，融霜过程复杂、融霜时间长、融霜压力大，危险性较大，有时甚至出现无法融霜的故障。对于间接制冷系统融霜方式也是中不可避免的问题，王汉青^[2]对载冷剂为乙二醇的间接制冷系统进行了除霜研究，该系统由制冷系统、载冷系统、热水系统三部分组成，分析自然融霜、电热融霜和热水融霜三种融霜方式优劣。自然融霜是利用库内热量将霜融化，热水融霜是库内需要融霜时将载冷剂排入载冷剂箱内，然后将热水打入蒸发器达到化霜目的。研究发现电热融霜效果最差；采用热水融霜时，发现库温波动先大后小，耗能适中，但是长时间使用这种融霜方式会使载冷剂浓度发生变化，对于2℃以下的库房加以采用此种方式；使用自然融霜推荐在3℃以上的库房中使用。暖液除霜方式在近几年也是研究热点之一，在压缩机后加一个除霜液罐，不需除霜时通过热交换器将热量储存于液罐中，需要除霜时，将除霜液通到蒸发器中达到除霜目的。阚杰^[3]研究了间接制冷系统暖液除霜发现，暖液除霜比电加热融霜和热气融霜更适合于间接制冷系统。且间接制冷系统更紧凑,其压降和过热度都很小，进一步减小了能耗。对比分析不难发现，间接制冷暖液融霜要比直接制冷融霜更加安全，快捷，节能。

4 载冷剂的选择

间接制冷系统运行性能也会受运行工况、载冷剂流量等因素影响。载冷剂的选择是间接制冷系统设计关键之一，松林啤酒使用冰河LM－1型冷媒替代乙二醇做载冷剂，在相同工艺温度下，啤酒产能扩大四倍，使用LM－1型载冷剂用量只扩大了两倍，大大减少了载冷剂充注量，节约了能耗同时也减少了维修次数，相比之下新型载冷剂寿命也有所提升。刘庆钊

^[4]对冰河冷媒几种新型载冷剂替代乙二醇载冷剂进行研究分析，研究发现，几种新型载冷剂均可替代乙二醇，能效系数最大可提升12.3%。可见载冷剂的选择至关重要。

载冷剂应具备以下特点：（1）对常用金属材料和非金属材料无腐蚀性；（2）凝固点应符合使用要求；（3）低温流动性好，密度小；（4）比热大，易于导热；（5）无毒，不可燃。目前还没有一种制冷剂能满足以上五点要求，每种载冷剂或多或少都有其缺点所在。

近几年，出于保护环境和打破欧美垄断制冷剂地位的目的，对自然工质CO₂越发重视， CO₂有着众多优点，相比其它载冷剂，二氧化碳利用的是潜热来载冷，以CO₂为载冷剂相比于传统载冷剂具有更多优势，但是CO₂工作压力较高，对设备质量要求更高，系统设计需增加辅助部件保障安全。

5结论

通过对氨直接制冷系统改间接制冷系统实际案例介绍以及间接制冷除霜方式，选配载冷剂多方面分析，以耗功、环保、安全等参数为指标，氨间接制冷系统替代氨直接制冷系统是可行的，但是间接制冷也存在系统复杂，载冷剂性能不达标的情况存在，因此需要根据实际情况综合考虑来合理设计间接制冷系统。目前行业内还没有这样一套标准，对氨间接制冷系统在何种情况下替代直接制冷系统更加节能做出说明，所以不同情况应具体分析。随着环保要求越发严格和技术进步，性质更加优良的载冷剂出现，间接冷却系统发展会有着更加广阔的空间。

参考文献

[1] 陈建刚,刘辉,丁炜,杨明,华国亮.一种中小型氨冷库改造方案[J].制冷与空调,2017,17(09):61-63+67.

[2] 王汉青,臧润清,张秀.保鲜冷库间接冷却制冷系统除霜特性实验研究[J].低温与超导,2018,46(01):87-90.

[3]刘庆钊,孙志利,崔奇,苏超,张楠楠,张静,王宏奎,马城诚,刘春雨,师雅博.载冷剂对间接制冷系统性能影响的实验研究[J].冷藏技术,2019,42(03):6-11.