真空冷却中能耗问题的分析研究

　　真空冷却具有降温速度快、温度分布均匀等优点，因此得到日益广泛的应用^[1-3]。真空冷却中的能耗是人们所关心的关键问题之一。上海海事学院的韩厚德通过实验得出压缩机、真空泵和其他设备功耗分别占总能耗的68%、18%和14%，并指出在闪发后约10分钟，若使压缩机卸载25%，总装置耗能可降低8%左右;真空装置选用多台小容量真空泵，在闪发前全部投入运行，加快抽真空速率，使压缩机缩短空载运行时间，节约压缩机总能耗，在闪发后减少投入工作的真空泵台数，降低真空泵的总能耗^[4]。上海理工大学的周冰等将不同样品、不同工况下的真空冷却能耗进行对比，阐述真空冷却过程中的能耗分布情况，力图从预处理方式、操作规程、冷却效果等方面寻找真空冷却的相对最佳节能点^[5]。

　　真空冷却的能耗与真空装置中的系统匹配有关，当装置匹配确定后，还与真空冷却中过程控制及被冷却物体的物量有关。选用不同质量的水，分别在不同温度下开启真空泵，通过测得的能耗值分析真空泵开启温度和被冷物质量对真空冷却系统能耗的影响。作为能耗的判断依据，提出折算能耗与当量能耗的概念，以减小不同实验条件对实验数据的影响。

　　1 真空装置系统匹配依据

　　真空冷却是利用低压使被冷却物品中水分在较低的温度下蒸发并带走汽化潜热，从而使被冷却物品温度降低，蒸发水汽一部分被捕水器凝结成液体经排水阀排出，一部分以蒸汽形式被真空泵抽出。蒸发水汽的量是确定真空装置系统真空泵与制冷系统匹配的基本依据，从而决定装置能耗。

　　根据能量守恒定律，被冷却物因温度下降所散发的热量应等于水分蒸发所吸收的热量，即：

　　式中：C —被冷却物冷却前的比热容，kJ/(kg.K) ;

　　G —被冷却物的质量，kg;

　　ΔT —被冷却物真空冷却前后的温降，K;

　　γ —水分单位质量的气化潜热，kJ/kg。

　　由此可得到被冷却物品的理论失水为：

　　在真空冷却过程中，由于液体会发生剧烈沸腾，导致水分飞溅出盛放液体的容器，造成大量失水，所以实际失水往往大于理论失水。

　　真空冷却过程可分为三个阶段。第一阶段，真空冷却室内压力从大气压降至被冷却物品初温所对应的饱和压力，此时真空室中压力尚未低到足以使被冷却物品中水分闪发的程度，制冷系统负荷极小;第二阶段，闪发开始，被冷却物品中的水分从物品本身吸收大量热量而迅速汽化，捕水器必须及时将大量水汽凝结成液体，制冷系统的负荷最大;第三阶段，水分蒸发明显减慢，制冷系统的负荷明显降低。系统的最大负荷出现在第二阶段，若以此阶段负荷设计系统，需要配置较大的制冷系统，现有装置多采用蓄冷的方式，使用时先开启制冷系统对载冷剂预冷，在捕水器温降至某一点时开启真空泵进入真空冷却阶段。