两次节流循环在氨制冷系统的效率分析

　　1 引言

　　氨制冷系统广泛应用于国内的大中型冷库中，其系统流程基本采用双级压缩一次节流中间完全冷却循环。目前在发达国家新建的冷库中，选用两次节流制冷循环正成为冷库制冷循环的发展趋势之一。美国和加拿大冷库制冷装置中使用两次节流的比例占到了32%[1]。虽然有文献报道使用两次节流制冷循环后，制冷系统性能会有所提高，但是对两次节流制冷循环性能的具体分析，国内文献较少涉及。

　　本文通过理论分析和实际应用案例的计算分析，使用A. C. Cleland公式和VB6.0保证计算速度及结果的精度，以期得出两次节流制冷循环相较于一次节流制冷循环，制冷系数的变化规律。采用两次节流流程后，制冷系统中设备的配置也有少许变化。两次节流制冷系统如何利用自身的优势，实现多个制冷系统的整合及优化，本文进行了深入的分析和探讨。

　　2 两种节流方式的理论COP分析

　　两级压缩中间完全冷却制冷循环的系统图，如图1所示。图1(b)为两次节流循环系统图，其制冷剂液体从冷凝压力pc，节流到蒸发压力pe，要先后经过第一节流阀F和第二节流阀G(即经过(a)一次节流两次流)。一次节流循环如图1(a)所示，为常见的制冷循环。

　　图2(a)为一次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环，图2(b)为两次节流中间完全冷却两级压缩制冷循环。设两个循环中，有相同的冷凝压力pc，相同的中间压力pm，相同的蒸发压力pe。低压级压缩机和高压级压缩机的制冷剂质量流量，分别表示为qm，L和qm，H。

　　参照图1(a)和图2(a)，以热力学第一定律为基础，可以得出两级压缩一次节流中间完全冷却循环制冷系ε为:

　　式中y是高压压缩机同低压压缩机的制冷剂流量之比。

　　由中间冷却器的能量平衡关系式可以得出

　　进而两级压缩一次节流中间完全冷却循环制冷系数ε为:

　　同样，可以得到两级压缩两次节流中间完全冷却循环制冷系数ε'为:

　　参照图2(a) 和图2(b)可以看出，一次节流时由于中间冷凝器中传热温差的存在，造成 h4>h4'。即两次节流的单位制冷量q0'，大于一次节流的单位制冷量q0。但是通过分析图1(a)和图1(b)可以发现，两次节流时，高压级压缩机的流量大于一次节流的高压级流量。因此，根据制冷系数的表达式，无法直观的判断出两次节流和一次节流中哪个制冷系数大。

　　如采用查图表的人工计算方法，计算的速度和精度会受到很大的限制，且计算量也较大。本文利用A. C.Cleland公式[2](参数为ASHRAE标准)进行了计算，它不仅可以满足一般的研究和工程计算，并且具有较高的精度。编程语言采用了VB6.0，该语言简单易用，且运算速度很快。两种节流方式的低压级压缩机吸气过热度均为10℃。一次节流循环中，中间冷却器出口的氨液温度比中间温度高5℃。制冷剂为氨，制冷系统运行工况和计算结果如表1所示。可见采用两次节流系统的理论制冷系数与一次节流相比，单位质量制冷量提高了2.0%，理论制冷系数提高了1.3%，证明两次节流制冷循环更加节能。