制冷系統節能與優化的案例
成功案例丨設計賦能高效制冷：Magnoric 借助尖端仿真技術優化磁制冷系統
該解決方案不僅優化了我們的建模方法，更為研發更可靠、更高效的 AMR 系統指明了清晰方向。
—— Magnoric 首席運營官
Rémi Dubois
”
關于客戶
Magnoric 是總部位于法國的磁制冷技術先行者，其創新系統基于主動磁熱回熱器（AMRs）構建，為傳統氣體壓縮制冷提供了可持續的固態替代方案。該公司利用磁熱材料與傳熱流體，研發出高效節能且環境友好的制冷解決方案，旨在革新從食品保鮮到氣候控制等多個行業領域。憑借對精密工程與創新技術的堅定追求，Magnoric 持續提升其尖端制冷技術的性能與耐久性。
面臨的挑戰
Magnoric 的 AMR 系統內置精密冷卻通道，通道內裝有多層磁熱板，板片之間由間隔層分隔。間隔層雖能防止板片發生機械卡滯，但也會干擾流體流動，且顯著增加壓降 —— 這不僅會提高泵送功率需求，還會降低系統整體效率。為優化設計，團隊需重點考量間隔層的規格參數：較薄的間隔層可最大限度減少壓降，但機械強度不足，易產生碎屑堵塞流道；較厚的間隔層強度更高，卻會增加死體積，對傳熱性能造成負面影響。
間隔層的優化工作引出了兩個關鍵工程問題：
實際 AMR 系統中的壓力損失，與理想化通道模型預測的結果存在多大差異？
何種間隔層厚度能在結構耐久性與液壓效率之間實現最佳平衡？
為找到答案，Magnoric 需要一套先進的仿真與測量解決方案，能夠精準捕捉復雜 AMR 幾何結構中的流動特性、壓降及熱傳遞過程。
展開 如何對提升閥系統進行節能優化？
能源成本與可持續發展已成為企業競爭力的核心要素，作為流體自動化領域的全球領導者，諾冠（IMI Norgren）知道，提升閥系統不僅是精準控制的執行單元，更是系統節能的關鍵突破口，傳統的“恒定高壓”與粗放式控制策略，正導致著巨大的能量浪費。
那么如何對現有的提升閥系統進行節能優化，讓每一帕壓力都轉化為有效動力？諾冠為您提供從核心元件到系統集成的全方位解答。
諾冠官網IMI Norgren：https://www.norgren.com.cn/
提升閥：https://www.norgren.com.cn/3704.html
痛點直擊：識別系統中的“隱形能耗”
在進行節能優化前，我們需要識別傳統提升閥系統的三大能耗痛點：
溢流與節流損失：傳統系統無論負載大小，往往維持最高設定壓力，導致低負載工況下的巨大能量浪費。
空載與待機損耗：電磁線圈在保持位置或待機狀態下持續消耗電流，積少成多，成為不可忽視的能源黑洞。
內泄漏與頻繁補壓：隨著設備磨損，微小的內泄漏會導致壓縮機或泵站頻繁加載運行，不僅增加能耗，還縮短設備壽命。
核心策略：諾冠四大節能優化技術
針對上述痛點，諾冠依托深厚的研發積累，提出了一套行之有效的節能優化方案，主要通過技術創新實現系統能效的躍升。
智能按需供壓技術
打破“恒定高壓”的舊思維，諾冠高壓比例閥集成了先進的閉環控制算法，系統能夠實時監測負載需求，動態調整輸出壓力，通過“按需供壓”，系統在低負載時自動降低壓力，僅在需要高推力時瞬間提升，這種策略從根本上消除了溢流損失和節流損失，實測數據顯示，僅此一項改進，節能效果即可達20%-40%。
展開 制冷系統壓焓圖以及制冷劑（原創： 制冷百家 制冷百家）
在半圓形區域內，制冷 劑達到熱平衡，以蒸氣和液體的混合物形式存在。
3）、混合物中的蒸氣含量從 0%（飽和半圓的左側） 變為 100%（半圓的右側）。
4）、在飽和曲線的左外側，制冷劑僅以液體形式存在。在飽和曲線的右外側，制冷劑僅以蒸氣形式存在。
2、壓焓圖與制冷循環
現在我們用 Log(P)-h 圖來表現一個制冷循環。
3、詳細理解壓焓圖
我們來看看如何閱讀真正的制冷劑——R134a 的壓焓圖
1）、等溫線的繪制
2）、等容線的繪制
3）、等熵線的繪制
4）、等濕線的繪制
5）、最后來看看完整的壓焓圖
3、制冷劑基礎知識
1、制冷劑概述
制冷劑是一種熱循環中使用的純物質，它經歷從液態到氣態的可逆的相態改變，而化學成分并沒有發生變化。
2、制冷劑的特性
1）理想的制冷劑應當具備良好的熱力學特性：
? 沸點低于目標溫度。
? 氣化時吸熱量大。
? 液態密度適中。
? 氣態密度較高。
? 臨界溫度高。
? 全球變暖潛能值（GWP） <150。
? 臭氧消耗潛能值（ODP） = 0。
? 變暖影響總當量（TEWI）低。
? 蒸發器出口壓力（Po）高于大氣壓力。
? 在制冷系統內具有化學穩定性。
2）應具備的其他特性有：
3）制冷劑的特性應當選擇可在適宜條件下使用的制冷劑。
展開 一種用于節能建筑和人體熱管理的輻射制冷的纖維素材料
傳統的蒸汽壓縮冷卻策略，比如空調的制冷消耗了大量的化石燃料發電，導致碳排放增加，進一步使全球氣候惡化。
輻射冷卻能夠以熱輻射的形式將地球的熱量傳遞到外太空，無需任何能量輸入的條件下，在日間通過最小化太陽能吸收實現了低于環境溫度的降溫效果，這種零能高效的降溫方式為節能建筑、人體熱管理和太陽能電池熱管理等領域的發展提供新的策略和機遇。在這種背景下由于輻射冷卻材料可以自發地將熱輻射散發到寒冷的外層空間的優越能力而成為目前研究的焦點。
最近開發了一系列先進的功能材料和復雜的策略，通過在亞波長尺度上操縱光-物質相互作用來促進被動、高效和可持續的輻射冷卻性能或先進的熱管理。但是需要注意的是，這些輻射冷卻材料和結構都是光學靜態的，無論環境變化如何，它們通常都是作為一種冷卻方式發揮作用。人們非常希望開發出能夠根據需要在冷卻和加熱模式之間動態切換的先進輻射冷卻材料。
纖維素存在于許多常見的植物如棉花、木材和竹子中，也可以由細菌進行分泌合成。細菌纖維素（Bacterial Cellulose, BC）是一種由細菌分泌合成的纖維素材料。同時，BC還具有可大規模制備和純度高的特點，被廣泛應用于智能電子、熱管理和生物醫藥等領域。然而，細菌纖維素材料應用于輻射冷卻領域存在大氣窗口中紅外發射率較低，限制了其在輻射冷卻領域的應用。
02
成果掠影
近日，天津大學封偉教授、王玲教授團隊通過原位生長技術成功開發了具有太陽光透過率可調特性的細菌纖維素基輻射冷卻材料。該團隊報道了生物合成細菌纖維素(BC)基輻射冷卻(Bio-RC)材料的設計和規?；圃欤摬牧暇哂锌汕袚Q的太陽透射率。該材料是通過在原位培養過程中將二氧化硅微球與連續分泌的纖維素納米纖維纏結而開發的。
展開 
冷凍站、冷庫制冷系統中氟利昂制冷劑的泄漏檢測
我國冷凍食品工業和化工行業迅速發展，各種大中小型冷庫及冷凍站越來越多，其制冷系統廣泛采用氨或氟利昂制冷劑。氨或氟制冷系統的專業性、技術性很強，制冷裝置的使用、維修、管理，必須嚴格按照科學辦事，認真執行有關標準和法規，做到科學、安全、衛生、節能。下面工采網小編著重為大家介紹下氟制冷系統
氟利昂制冷系統特點
應用于大型商場或建設在人員較密集地區的中小型冷庫一般采用氟利昂制冷系統。采用氟利昂系統冷庫優勢在于氟利昂類制冷劑無毒無刺激氣味且機組的配置經過幾十年發展非常完備，只需簡單的接管即能投入運行。系統的設備簡單且體積小，大幅度節省了建設空間，機組低噪聲運行，在閥件密閉良好的情況下制冷劑不會泄漏。
缺點在于氟利昂制冷劑一旦泄漏會對環境產生破壞，且緩慢泄漏時難以檢測，同等設計下系統運行效率低于氨制冷系統。
冷凍站、冷庫中冷媒，俗稱雪種，是在制冷系統中用以傳遞熱能，產生冷凍效果的工作流體。冷媒是在制冷過程中的一種中間物質，它先接受制冷劑的冷量而降溫，然后再去冷卻其他的被冷卻物質，我們稱該中間物質為冷媒，而其中最常見的冷媒就是氟利昂了。
冷媒氟利昂主要分為以下三大類：
1、氯氟烴類
氯氟烴類產品，簡稱CFC，主要包括R11、R12、R13、R14、R15、R500、R502等，該類產品對臭氧層有破壞作用，被《蒙特利爾議定書》列為一類受控物質。
2、氫氯氟烴類
氫氯氟烴類產品，簡稱HCFC，主要包括R22、R123、R141、R142等，臭氧層破壞系數僅僅是R11的百分之幾，因此，目前HCFC類物質被視為CFC類物質的最重要過渡性替代物質，在《蒙特利爾議定書》中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年淘汰。
展開 空調制冷系統的控制邏輯和常用控制系統
控制系統對于很多設備來講就相當于一個大腦，指揮著設備系統各個部件的協作運行。因此，今天我們就來講一講空調控制系統的邏輯和幾大類常用控制系統。
空調控制系統的邏輯
制冷空調系統的控制簡單來說，就是通過人機界面將我們希望機組每一個部件如何動作，通過軟件語言編寫， 再通過硬件來實現出來。
1、控制系統和信號的分類
自動控制系統按照原理，一般可以分為開環控制系統和閉環控制系統。
制冷空調系統一般采用閉環控制，也叫反饋控制系統，利用輸出量同目標值的偏差對系統進行控制，可以獲得比較好的修正和穩定的控制。定時檢測輸出量的實際值，將輸出量的實際值與目標值進行比較得出偏差， 用偏差值產生控制調節作用去消除偏差， 使得輸出量維持目標值。
控制系統的基本要求有三個方面， 穩定性，快速性， 準確性；當前的制冷空調系統中使用的控制板以單片機和PLC為主，標準化的小型批量設備一般采用單片機居多，工程項目類設備和非標準化產品以PLC居多。
制冷空調控制系統的信號包括輸入側和輸出側，簡單的可以分為數字信號和模擬信號。比如一般我們常說的各種保護開關接入控制板，給出的輸入信號就是數字信號，定速壓縮機和定速風扇電機的控制線路接入控制板，輸出信號就是數字信號，溫度傳感器和壓力傳感器等轉成為電壓電流電阻信息接入控制板，這個輸入信號就是模擬信號，對外部輸出的標準信號，比如0～10V， 4～20mA等信號用來驅動電子膨脹閥的信號就屬于模擬信號，制冷空調系統的控制板就是定時獲得輸入信號，通過邏輯計算，決定輸出量大小，然后通過輸出來改變系統每一個零部件的狀態。
2、制冷空調系統的常用控制方法
1） 開關型控制
開關控制的方法廣泛應用在大量的家用制冷空調設備和中小型的簡單制冷設備中。
展開 通風空調系統節能
建筑能耗主要包括建筑物在采暖、通風、空調、照明、電器和熱水供應等需求方面的能耗，而暖通空調系統的能耗又是建筑能耗的主要構成部分，占30%～50%。
有效地降低制冷空調的能耗，對建筑雙碳目標具有重大意義。
空調系統是一個復雜的系統；由制冷系統、冷凍水循環系統、冷卻水循環系統、空調送回風系統、電氣控制系統等組成。
如何讓空調系統完全在于最佳節能運行狀態，是空調系統調適一個重要問題。
一、制冷空調系統節能技術
除圍護結構進行節能改造以外，制冷空調工程節能改造可以從以下幾個方面進行：
1、改變室內空氣參數
從溫度、濕度、CO2濃度等參數方面進行節能方面設定。
2、從空調送風形式上進行節能設計
包括增大送風溫度差，減少送風量；根據空氣參數的不同需求分別設置系統；變風量代替定風量；在新風量保證的情況下最大限度地利用回風； 采用熱回收技術；加強保溫防潮處理，減少冷熱損失；保證系統平衡的基礎上減小風管中的風速等。
3、空調水系統優化設計
選用變頻水泵，采用變流量水系統；在滿足空氣參數的前提下盡可能地采用較高的冷水初溫；加大冷水系統供、回水系統的溫差；減少管道系統阻力；加強管道保溫，減少熱橋現象等。
4、冷卻塔節能
增加冷卻塔換熱面積；提高冷卻塔換熱效率；合理設置冷卻塔容量及臺數；根據系統需求，設置變頻控制風機；冷卻塔近濕球溫度控制技術等。
5、優化節能運行策略
合理地設置暖通空調運行參數；定期運行維護；運行時間設定；動態監測和調整運行參數；智能控制空調系統運行。
二、智能控制中央空調系統運行
在節能技術實施的基礎上，優化系統控制，由自動控制改為智能控制，使制冷空調系統實現最佳節能運行方式。
展開 水冷系統的節能智控方案
水冷系統的外冷可以采用多種組合冷卻方案，從而達到節能的效果，另外智能控制是關鍵一環。
節能賽車車架的尺寸優化及其有限元分析
為了參加中國節能競技大賽，需要設計輕量化的車架。初步設計的車架滿足了強度
和剛度要求，但安全裕度較大，仍有較大的優化潛力。為了充分利用材料的性能，制定了滿
載彎曲工況下，基于體積目標和位移約束的尺寸優化方案，通過尺寸優化選取合適的鋼管壁
厚，最后利用RADIOSS，在多種工況下，對優化后的車架進行剛度和強度有限元分析。設
計完成后的車架比上屆參賽車架的重量大幅減輕，并順利完成比賽，取得了本隊最佳成績。
卞翔_節能賽車車架的尺寸優化及其有限元分析.pdf
高性能多模彈熱制冷系統
多模彈熱制冷機的工作原理圖、核心部件及實物圖。
為了在單級原型中捕捉主動再生循環和大利用率操作的最佳性能，研究人員開發了一種多模式彈性冷卻系統，利用主動回熱模式的大溫跨度（圖1A）和單級循環模式的高效冷卻（圖1B）。
彈性材料的理想幾何形狀不僅在循環壓縮下表現出強大的機械完整性，還有利于材料與傳熱流體（蒸餾水）之間的熱交換。在設計彈熱材料的場驅動和循環壽命時，需要考慮與彈熱材料相變相關的偏應力狀態。彈熱材料在壓縮模式下可承受大于1000萬次循環，即每天12小時和每年180天的使用模式下，0.1 Hz運行和1000萬次循環相當于12.8年，超出了商用電器的標準使用壽命。
圖2. 多模彈性高熱量制冷系統的性能。
相比僅運行單級循環8 K的制冷溫差和僅運行主動回熱循環不足30 W的制冷量取得了顯著的提升。研究表明，利用因子決定了管束工質中彈熱效應兩種釋放途徑的比例，其中一部分彈熱效應可被傳熱流體帶走用于制冷，而另一部分彈熱效應需要留在管束工質內部，用于維持工質在傳熱流體流動方向的溫度梯度，而最佳利用因子反映了兩者之間的競爭關系。
主動回熱循環需要更多的彈熱效應維持溫度梯度，最佳利用因子在0.6左右；單級循環可將大部分彈熱效應用于制冷，最佳利用因子大于6。多模式彈熱制冷機可顯著拓展最佳利用因子的范圍，使其可在大范圍工況變化時保持高效率。在此基礎上，可以通過調節管狀彈熱工質內插組件的結構參數，優化管狀彈熱工質內固、液相的熱容比，有望實現40 K以上的制冷溫差和500 W的制冷量。
圖3. 已報道的彈熱、磁熱和電熱冷卻原型的比較及其性能。
多模彈性制冷概念也可以擴展到級聯多個NiTi管束，從而實現模式的變化。
展開 汽車48V系統技術、節能、成本及競爭力分析
2.3 48V微混系統節能效果及成本
盡管48V微混系統節能效果有限，但其優勢在于低廉的改造成本，這使得其相較于HEV和PHEV能夠有更高的普及度，在進行48V微混系統的市場競爭力研究前，有必要了解其改造成本，結合各企業的公開數據及美國EPA所作研究，可估算出48V微混系統的主要新增項目及成本如表2所示。
表2 48V系統改造項目及成本
而在估算使用成本之后，還需要對48V微混系統的節能效果進行評估，在NEDC工況下，將48V微混車輛與傳統車進行對比測試，檢測車輛廢氣中的CO排放量和實際油耗來判定節能效果，計算可知，48V微混系統可節油約13.57%，但對排放收益不明顯，將其和現有成熟的混動架構對比，可得下表3：
表3 各構型節能效果及成本對比
由此可見，48V微混系統有較為明顯的成本優勢。遠期來看，隨著電氣化產業的不斷成熟，48V微混系統的成本降進一步下降，預計在2020年將下降至5000元以內，成本已經接近常規機械節能技術，相較于HEV及PHEV車型，48V微混系統車輛在售價上更接近傳統燃油車，在減少油耗，降低使用成本的同時，減少消費者付出額外的購車成本，作為全面新能源化前的過渡方案，具有一定的市場競爭力。
展開 
制冷系統蒸發器結霜怎么辦？
6、四通閥換向逆向除霜
四通閥換向，制冷系統原來的高低壓部分切換，四通閥動作后，系統由正常制熱循環方式切換到除霜循環，系統中各點的制冷劑狀態是一個動態變化過程。與制冷系統在平衡狀態下啟動的動態變化過程不同。而對于除霜循環，當四通閥動作后，風側換熱器的原低壓與四通閥到壓縮機排氣口的高壓管路接通，室內換熱器的高壓系統與四通閥到壓縮機進氣口的低壓管路接通，所以在除霜循環開始后系統高壓側與低壓側有一個自身的壓力平衡。
【注】制冷裝置正常啟動時，系統從壓縮機排氣口到節流閥進口（包括冷凝器和高壓貯液器）的高壓側壓力是均衡的，從節流閥出口到壓縮機吸氣口（包括蒸發器和氣液分離器）的低壓側壓力也是均衡的。當熱泵系統啟動后，在壓縮機的驅動下，系統高壓側和低壓側的壓力分別向不同的方向一致變化。
四通閥換向逆向除霜缺點
1）四通閥換向，制冷系統原來的高低壓部分切換，這使制冷系統出現“奔油”現象，降低系統的可靠性和使用壽命；
2）除霜時制冷劑要從供熱系統中吸取熱量用于除霜,這就造成供熱水的溫度急劇波動,因而影響了空調系統的舒適性；
3）從除霜開始到除霜結束,四通閥要動作兩次,系統的高低壓同時也切換兩次再重新建立平衡,這就使系統除霜過程總的時間加長。
四、新型除霜方法
1、顯熱除霜
顯熱除霜是指利用制冷系統壓縮機排氣管至電子膨脹閥前的旁通回路,將壓縮機的高溫高壓排氣直接引到電子膨脹閥前,再經過電子膨脹閥的等焓節流將壓縮機排氣引入空氣換熱器中,通過壓縮機排氣熱量將空氣換熱器翅片外側的霜層除掉,同時保證制冷劑在空氣換熱器中只進行顯熱交換而不進行冷凝。
展開 汽車線控轉向系統節能設計研究綜述
線控轉向系統控制策略重點研究理想可變傳動比和控制策略的節能設計、驅動電機力矩動態波動的節能控制策略和算法，更好的道路感知策略和控制道路干擾和傳感器噪聲控制策略等方面進一步優化和提高轉向系統的動態性能和穩定性。在期望橫擺角速度增益和側向加速度增益不變的情況下研究傳動比的設置，通過綜合控制可以解決上述問題。
（3）轉向控制與轉向動態穩定性研究
轉向動態穩定性包括轉向電機動態穩定性和汽車轉向穩定性兩個方面?；诮Y構的節能設計，研究出理想的轉向器變傳動比，這樣在轉向盤小轉角時轉向系統需要靈敏為主要目標，反之在轉向盤大轉角時以“輕”為主要目標。線控轉向系統的電動機具有彈簧阻尼的效果, 可以減少路面的不平整對轉向盤的沖擊力以及車輪不平衡引起的震動，這樣的效果就減少了駕駛員的“路感”。使用模擬路感的節能控制策略以及模擬路感的電機震動控制技術，能夠有效地解決電機動態穩定性這一問題。理想狀態下，轉向傳動比隨方向盤轉角及車速變化而變化，采用理想轉向傳動比的線控轉向系統，其轉向傳動比要比采用固定傳動比的線控轉向系統的要小，這樣能夠減少前輪轉角穩定性控制下方向盤的轉角輸入，同時減輕駕駛員的體力負荷；當車輛進行并線、變道操作時，使用轉向理想傳動比的方式會使轉向更好的靈敏性，其能夠更加及時地感知到轉向響應，有效的避免轉向延誤造成的換道過急，提高汽車轉向的穩定性。
（4）節能設計理論和方法研究及系統能耗分析
線控轉向節能設計研究當前還主要集中在節能控制理論和方法研究，節能控制策略設計，提高系統穩定性和可靠性方面。SBW系統電功率消耗大，結合SBW系統能量消耗特點，設計合理的節能策略是一個關鍵的技術問題。目前，這方面的研究還很少，因此，在此方面開展探索性研究對實現整車節能降耗是非常必要和必須的。
展開 一種節能熱管散熱系統在密閉充電堆中的應用
熱管散熱系統隨著室內外溫差的增大，呈線性增加，線性方程為Q=0.12△T+1.63，室內外溫差越大換熱效果越好。
熱管系統在密閉電源系統中單獨運行時，由EER=0.31△T+3.88，即能效比與室內外溫差呈線性關系。
熱管系統與壓縮冷凝空調系統相比耗電量可節約76.4%，全年能效比達到5.81。
CFD技術如何實現污水處理曝氣池的設計優化和節能降碳？
前言
作為生化技術的一個門類，“活性污泥法”通常是中大型污水處理系統的核心，其運行狀態的優劣將直接關系到水中的污染物指標（主要包括CODCr、BOD5、NH3-N等）能否達到排放要求。
“傳統活性污泥法”是眾多活性污泥法中發展最早、運用最廣泛的一種，其有效性無論是在時間維度上（百年發展史）還是空間維度上（全球范圍）均得到了充分的驗證。有別于填料接觸氧化法、生物濾池技術或MBBR技術，傳統活性污泥法中“活性污泥”在曝氣攪拌的作用下懸浮于池體中，這也是其能與廢水中的污染物充分接觸和反應的前提條件。
CFD可以預測空間中流體的流動特性，并用可視化的手段呈現出來。相比于傳統試驗方法，CFD可以在較短時間內對多種工況和設計進行評估，而對于難以實驗觀測的場景，CFD技術更是研發或工程人員評估方案有效性的首選工具。
本文模擬研究的對象是一個處理食品行業生產廢水的好氧活性污泥系統，旨在看看通過CFD技術能夠獲取生化反應池內的哪些信息。內容被拆成上下兩篇，上篇以概念和項目闡述為主，下篇會發散開，對比曝氣器的不同布置方案和不同的曝氣量會給流場帶來哪些變化，未來能給曝氣系統的精細化設計和節能降碳提供哪些指導。雖然目前曝氣器的布置方式基本已“成熟化”，但是“成熟的”的方案是否就是正確或最優的？在技術發展已非常成熟的階段，每突破一小步都不容易。拋磚引玉……
1、傳統活性污泥法概述
1.1 工藝發展史
1912年英國的Clark和Gage發現對污水進行長時間曝氣會產生污泥，同時水質會得到明顯的改善。繼而英國工程師Edward Ardern和William Lockett對該問題進行了系統性的研究，并于1914年發表了研究成果，“活性污泥”這一專業名詞也隨即誕生。同年，第一座活性污泥法污水處理試驗廠在英國的曼徹斯特建成，這也標志著活性污泥法正式進入了工程實踐階段。
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