時(shí)間：2023-03-06 16:06:15
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發(fā)展冰蓄冷技術(shù)的重要性和必要性:現(xiàn)代空調(diào)設(shè)備已成為人們生產(chǎn)與生活的迫切需要｡空調(diào)用電量已占建筑物總耗電量的60%—70%｡當(dāng)前由于能源緊缺,電力緊張,空調(diào)事業(yè)的發(fā)展受到極大的影響｡眾所周知,冰蓄冷空調(diào)就利用非峰值電能,使制冷機(jī)在最佳節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行,將空調(diào)系統(tǒng)所需要的顯熱與潛熱的形式部分或全部釋放的冷量來滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷時(shí),即用融冰釋放的冷量來滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的需要,用來儲(chǔ)存冰的容器成為蓄冷設(shè)備,冰蓄冷空調(diào)技術(shù)可以對(duì)用電起到移峰填谷的作用,在且可增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并能大大提高經(jīng)濟(jì)效率｡
1.2低溫空氣源熱泵在城市供熱和制冷上的應(yīng)用
空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡若循環(huán)原理建立起來的一種節(jié)能､環(huán)保制熱技術(shù)｡空氣源熱泵系統(tǒng)通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫?zé)嵩?經(jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩?用來取(供)暖或供應(yīng)熱水,整個(gè)系統(tǒng)集熱效率甚高｡空氣源熱泵使用范圍廣,產(chǎn)品適用溫度范圍在-10-40°C,并且一年四季全天候使用,不受陰､雨､雪等惡劣天氣和冬季夜晚的影響,都可以正常使用;熱效率高:產(chǎn)品熱效率全年平均在300%以上;熱泵產(chǎn)品無任何燃燒排放物,制冷劑選用了環(huán)保制冷劑R417A,對(duì)臭氧層零污染,是較好的環(huán)保型產(chǎn)品｡因此,低溫空氣源熱泵特別在北方夏熱凍冷的城市供熱和制冷有著廣泛的應(yīng)用｡
1.3中央空調(diào)冷凝熱回收利用
如今,星級(jí)賓館､酒店,都設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)和24小時(shí)熱水供應(yīng),多數(shù)情況下冷､熱源分別設(shè)置,用冷水機(jī)組提供冷源,蒸汽或熱水鍋爐提供熱源｡眾所周知,冷水機(jī)組在運(yùn)行時(shí)要通過冷卻水系統(tǒng)排出大量的冷凝熱,在制冷工況下運(yùn)行,冷凝熱可達(dá)制冷量的1.15—1.3倍｡利用高溫水源熱泵回收這部分冷凝熱輸出的65度的熱水作為生活熱水,會(huì)是一條變廢為寶的節(jié)能途徑｡
2技術(shù)發(fā)展的負(fù)面效應(yīng)及控制
當(dāng)代的技術(shù)革命,正在形成新型的生產(chǎn)力､形成新型生產(chǎn)方式､形成新型的市場(chǎng)交換方式､形成新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)､形成新的財(cái)產(chǎn)占有方式和分層結(jié)構(gòu)､形成新型的權(quán)力和組織管理結(jié)構(gòu),技術(shù)正面效應(yīng)和負(fù)面效應(yīng)是客觀必然的｡人類有了其他一切生物所不曾具有的思維､精神和語言,人類運(yùn)用自己的聰明和才智創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)文明,人類也必須對(duì)技術(shù)的負(fù)面效應(yīng)做出回應(yīng)｡
徹底消除科技的負(fù)面作用是不可能的,我們唯一能做的是在科學(xué)技術(shù)活動(dòng)盡量規(guī)避和抑制其負(fù)作用｡臭氧層的破壞和全球氣候變化,是當(dāng)前全球所面臨的主要環(huán)境問題｡
3結(jié)語
1引言
吸附制冷系統(tǒng)以太陽能、工業(yè)余熱等低品位能源作為驅(qū)動(dòng)力，采用非氟氯烴類物質(zhì)作為制冷劑，系統(tǒng)中很少使用運(yùn)動(dòng)部件，具有節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無噪音、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等突出優(yōu)點(diǎn)，因此受到了國(guó)內(nèi)外制冷界人士越來越多的關(guān)注。
吸附制冷的基本原理是：多孔固體吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體具有吸附作用，吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性的冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸。解吸時(shí)，釋放出制冷劑氣體，并在冷凝器內(nèi)凝為液體；吸附時(shí)，蒸發(fā)器中的制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生冷量。圖1是吸附制冷的理想基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖，圖2是理想基本循環(huán)熱力圖。
圖1理想基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖圖2理想基本循環(huán)熱力圖
圖1中、為切換系統(tǒng)吸附／解吸狀態(tài)的控制閥門，為節(jié)流閥；圖2中、分別為吸附態(tài)吸附率和解吸態(tài)吸附率，、為吸附起始和終了溫度，、為解吸起始和終了溫度。吸附制冷理想基本循環(huán)的由四個(gè)過程組成：(1)12，等容升壓；(2)23，等壓解吸；(3)34，等容降壓；(4)41，等壓吸附。(1)(2)過程需要加熱，(3)(4)過程需要冷卻，12561為制冷劑循環(huán)過程，當(dāng)吸附床處于41階段時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生冷量。
2吸附制冷技術(shù)研究進(jìn)展
吸附制冷工作原理最早是由Faraday提出的[1]，而后在20世紀(jì)20年代才真正開始了吸附制冷系統(tǒng)的相關(guān)研究，由于當(dāng)時(shí)提出的吸附制冷系統(tǒng)系統(tǒng)在商業(yè)上根本無法與效率高得多、功率大得多的系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)，因而并未受到足夠的重視。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)為吸附式制冷技術(shù)的發(fā)展提供了契機(jī)，因?yàn)槲街评湎到y(tǒng)可用低品位熱源驅(qū)動(dòng)，在余熱利用和太陽能利用方面具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著全球環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，不使用氟氯烴作為制冷劑的吸附制冷技術(shù)引起了制冷界人士的廣泛興趣，從而使得吸附制冷技術(shù)的研究得以蓬勃的發(fā)展起來[2]。
吸附制冷吸附研究主要包括工質(zhì)對(duì)性能、吸附床的傳熱傳質(zhì)性能和系統(tǒng)循環(huán)與結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面的工作，無論哪一個(gè)方面的研究都是以化工和熱工理論為基礎(chǔ)的，例如傳熱機(jī)理、傳質(zhì)機(jī)理等等，限于篇幅，本文僅從技術(shù)發(fā)展的角度來概括吸附制冷的研究進(jìn)展。
2.1吸附工質(zhì)對(duì)性能研究
吸附制冷技術(shù)能否得到工業(yè)應(yīng)用很大程度上取決于所選用的工質(zhì)對(duì)，工質(zhì)對(duì)的熱力性質(zhì)對(duì)系統(tǒng)性能系數(shù)、初投資等影響很大，要根據(jù)實(shí)際熱源的溫度選擇合適的工質(zhì)對(duì)。從20世紀(jì)80年代初到90年代中期，研究人員為吸附工質(zhì)對(duì)的篩選做了大量的工作，逐漸優(yōu)化出了幾大體系的工質(zhì)對(duì)。按吸附劑分類的吸附工質(zhì)對(duì)可分為：硅膠體系、沸石分子篩體系、活性炭體系（物理吸附）和金屬氯化物體系（化學(xué)體系）[2,3]。由于化學(xué)吸附在經(jīng)過多次循環(huán)后吸附劑會(huì)發(fā)生變性，因而對(duì)幾種物理吸附類吸附體系的研究較多。幾種常用工質(zhì)體系的工作特性總結(jié)于表1[4]。
表1固體吸附制冷工質(zhì)對(duì)的工作特性和應(yīng)用范圍工質(zhì)對(duì)
制冷劑
毒性
真空度
系統(tǒng)耐壓強(qiáng)度
解吸溫度
℃
驅(qū)動(dòng)熱能
標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)
℃
汽化潛熱
kJ/kg
沸石－水
100
2258
無
高
低
＞150
高溫余熱
硅膠－水
100
2258
無
高
低
100
太陽能、低溫余熱
活性炭－甲醇
65
1102
有
高
適中
110
太陽能、低溫余熱
活性炭－乙醇
79
842
無
適中
適中
100
太陽能、低溫余熱
活性炭纖維－甲醇
65
1102
有
高
適中
120
太陽能、低溫余熱
氯化鈣－氨
－34
1368
有
低
高
95
太陽能、低溫余熱
近幾年來，研究人員在吸附工質(zhì)對(duì)方面的研究始終沒有停止，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)各種工質(zhì)對(duì)的工作特性進(jìn)行了廣泛的研究。綜合考慮強(qiáng)化吸附劑的傳熱傳質(zhì)性能，開發(fā)出較為理想的、環(huán)保型吸附工質(zhì)對(duì)，從根本上改變吸附制冷工業(yè)化過程中所面臨的實(shí)際困難，是推動(dòng)固體吸附式制冷工業(yè)技術(shù)早日工業(yè)化的關(guān)鍵。
2.2吸附床的傳熱傳質(zhì)性能研究
吸附床的傳熱傳質(zhì)特性對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)有較大的影響。一方面，吸附床的傳熱效率和傳質(zhì)特性直接影響制冷系統(tǒng)對(duì)熱源的利用；另一方面，傳熱傳質(zhì)越快，循環(huán)周期越短，則單位時(shí)間制冷量越大。因此，提高吸附床的傳熱傳質(zhì)性能是吸附式制冷效率提高的關(guān)鍵。
傳質(zhì)速率主要取決于吸附解吸速度和吸附劑的傳質(zhì)阻力，吸附劑的傳質(zhì)阻力主要是由其孔隙率決定的，此外制冷劑氣體在吸附劑內(nèi)的流程也對(duì)傳質(zhì)阻力有很大影響，合理的吸附劑填充方式和吸附器設(shè)計(jì)可以有效降低傳質(zhì)阻力。對(duì)于傳熱來講吸附床主要存在兩種熱阻[6]：吸附換熱器的金屬材料（換熱管道與翅片）與吸附劑之間的接觸熱阻；固體吸附劑的傳熱熱阻。因此，改善吸附床的傳熱特性，主要從減小這兩個(gè)熱阻的角度出發(fā)，或者依靠增大換熱面積來增加總的換熱量，也就是通過合理的吸附器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來增加換熱量。
在加強(qiáng)傳質(zhì)性能方面，比較有效的方法是通過改變吸附劑顆粒的形狀增加床層孔隙率以及在吸附床設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置制冷劑氣體的流動(dòng)通道。
吸附器傳熱性質(zhì)的加強(qiáng)首先是對(duì)吸附劑的處理，目前比較公認(rèn)的方法有：采用二元混合物，讓小顆粒吸附劑摻雜在大顆粒吸附劑之間以減小吸附床的松散性；在吸附劑中摻入高導(dǎo)熱系數(shù)材料；通過固結(jié)等手段改變顆粒形狀，增大相互之間的傳熱面積，減少顆粒間的接觸熱阻[5]。減小吸附劑與吸附器翅片或器壁之間接觸熱阻可采用壓實(shí)或粘貼等方法。在吸附床的設(shè)計(jì)上，比較成熟的吸附床結(jié)構(gòu)有翅片管式、板式、螺旋板式等[6]。
傳熱和傳質(zhì)的加強(qiáng)經(jīng)常是關(guān)聯(lián)在一起的，二者有時(shí)是對(duì)立的有時(shí)是統(tǒng)一的，例如床層孔隙率的增加會(huì)減小傳質(zhì)阻力，但卻導(dǎo)致導(dǎo)熱熱阻的增加；而一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)良好的吸附器往往會(huì)同時(shí)對(duì)傳熱和傳質(zhì)起到促進(jìn)作用，例如Melkon[7]所采用的將沸石粉末以極薄的厚度粘附在換熱管表面上的做法。因此，在具體實(shí)施傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化措施時(shí)必須綜合全面的考慮，選取最佳的方案。
2.3系統(tǒng)循環(huán)與結(jié)構(gòu)的研究
從工作原理來看，吸附制冷循環(huán)可分為間歇型和連續(xù)型，間歇型表示制冷是間歇進(jìn)行的，往往采用一臺(tái)吸附器；連續(xù)型則采用二臺(tái)或二臺(tái)以上的吸附器交替運(yùn)行，可保障連續(xù)吸附制冷。如果吸附制冷單純由加熱解吸和冷卻吸附過程構(gòu)成，則對(duì)應(yīng)的制冷循環(huán)方式為基本型吸附制冷循環(huán)。如果對(duì)吸附床進(jìn)行回?zé)幔瑒t根據(jù)回?zé)岱绞讲煌?，可有雙床回?zé)帷⒍啻不責(zé)?、熱波與對(duì)流熱波等循環(huán)方式。下面簡(jiǎn)單闡述一下幾種循環(huán)的基本原理。
基本循環(huán)在吸附制冷基本原理中已作介紹，其制冷過程是間歇進(jìn)行的，增加床數(shù)并通過閥門的切換可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，但床與床之間無能量的交換。
20世紀(jì)80年代后期，Tchernev[8]、Meunier和Douss[9]等構(gòu)建了雙床回?zé)嵫h(huán)，所謂回?zé)峒蠢靡粋€(gè)吸附床吸附時(shí)放出的吸附熱和顯熱作為另一個(gè)吸附床的解吸熱量，回?zé)岬睦寐蕦㈦S著床數(shù)的增加而增加。回?zé)嵫h(huán)依靠床與床之間能量的交換來實(shí)現(xiàn)顯熱、吸附熱等熱量的回收，不僅可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供冷，而且可大大提高系統(tǒng)COP。
熱波循環(huán)也是回?zé)崂玫囊环N循環(huán)方式，是由Shelton[10]提出的。普通回?zé)嵫h(huán)中吸附床的溫度隨時(shí)間逐漸下降，同時(shí)解吸床的溫度逐漸上升，當(dāng)兩床溫度達(dá)到同一溫度后，便無法繼續(xù)利用回?zé)岫璨捎猛獠繜嵩蠢^續(xù)解吸過程。Shelton認(rèn)為，在吸附床中，如果能使床溫在與熱媒流動(dòng)相垂直的方向上保持一致，而在熱媒流動(dòng)方向上產(chǎn)生一陡坡（熱波），則能大大提高回?zé)嵝?。這一概念所描述回?zé)嵝屎芨?，但其?shí)現(xiàn)尚有一定困難。
對(duì)流熱波循環(huán)是由Critoph[11]提出的，這種循環(huán)方式利用制冷劑氣體和吸附劑間的強(qiáng)制對(duì)流，采用高壓制冷劑蒸汽直接加熱、冷卻吸附劑而獲得較高的熱流密度。
根據(jù)吸附式系統(tǒng)的特點(diǎn)和溫度源的選擇，還可構(gòu)筑多級(jí)和復(fù)疊循環(huán)制冷系統(tǒng)[2]。
從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看上述循環(huán)目前都是采用固定床方式實(shí)現(xiàn)的，因此在此有必要提及一種旋轉(zhuǎn)式吸附制冷系統(tǒng)，這種系統(tǒng)形式最早在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)在美國(guó)的一些專利文獻(xiàn)中，但直到2000年左右才有比較系統(tǒng)的研究見諸報(bào)道[12,13]。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)方式使多個(gè)吸附制冷單元聯(lián)合運(yùn)行，有效地利用了回?zé)?，并在冷量輸出的連續(xù)性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)可控性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)于以往的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式。
3吸附制冷技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用前景
目前投入實(shí)用的吸附制冷系統(tǒng)主要集中在制冰和冷藏兩個(gè)方面，用于空調(diào)領(lǐng)域的實(shí)踐很少，只有少量在車輛和船舶上應(yīng)用的報(bào)道。這主要是因?yàn)槲街评湎到y(tǒng)暫時(shí)尚無法很好的克服COP值偏低、制冷量相對(duì)較小、體積較大等固有的缺點(diǎn)，此外其冷量冷輸出的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可控性較差也使其目前不能滿足空調(diào)用冷的要求。趙加寧[14]提出在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，可以結(jié)合冰蓄冷或作為常規(guī)冷源補(bǔ)充兩種方式將吸附制冷用于建筑空調(diào)。本文認(rèn)為吸附制冷技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)立足于本身特殊的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，在特殊應(yīng)用場(chǎng)合占據(jù)自己的位置。
吸附制冷與常規(guī)制冷方式相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于利用太陽能和廢熱驅(qū)動(dòng)，極少耗電，而與同樣使用熱量作為驅(qū)動(dòng)力的吸收式制冷相比，吸附式制冷系統(tǒng)的良好抗震性又是吸收系統(tǒng)無法相比的。在太陽能或余熱充足的場(chǎng)合和電力比較貧乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，吸附制冷具有良好的應(yīng)用前景。
3.1可用于吸附制冷的熱力資源
我國(guó)太陽能資源很豐富，年平均日照量為5.9GJ/(m2·a)[14]。利用太陽能制冷是非常合理的，因?yàn)樘柲茌椛渥顝?qiáng)的地區(qū)，通常是最需要能量制冷的地區(qū)，并且太陽輻射最強(qiáng)的時(shí)候也是最需要制冷的時(shí)候。
我國(guó)工業(yè)余熱資源的量很大，分布面很廣，溫度范圍也很寬，1990年的工業(yè)余熱統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[15]表明：我國(guó)工業(yè)余熱資源的回收率僅為33.5%，即2/3的余熱資源尚未被利用。
吸附制冷的良好抗震性使其在汽車和船舶等振動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用成為可能。雖然吸收式制冷系統(tǒng)的工藝比較成熟，也可直接利用排氣廢熱，COP值相對(duì)于吸附式制冷來說也較高，但在車船這樣的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，吸收式系統(tǒng)的溶液容易從發(fā)生器進(jìn)入冷凝器以及從吸收器進(jìn)入蒸發(fā)器，從而污染制冷劑以致不能正常運(yùn)行。而吸附制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，能滿足車船的特殊要求。
常規(guī)汽車空調(diào)中使用的壓縮機(jī)要消耗大量的機(jī)械功，通常開動(dòng)空調(diào)后，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率要降低10～12％，耗油量增加10～20％。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率一般為35％～40％左右，約占燃料發(fā)熱量1/2以上的能量被發(fā)動(dòng)機(jī)排氣及循環(huán)冷卻水帶走，其中排氣帶走的能量占燃料發(fā)熱量的30％以上，在高速大負(fù)荷時(shí)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度都在400℃～500℃以上[16]。
船舶柴油機(jī)的熱效率一般只有30％～40％，約占燃料發(fā)熱量1/2的能量被柴油機(jī)的氣缸冷卻水及排氣等帶走。其中柴油機(jī)冷卻水溫度約為60℃～85℃，所帶走的熱量約占燃料總發(fā)熱量的25％；而柴油機(jī)排氣余熱的特點(diǎn)是溫度高，所帶走的熱量約占燃料總發(fā)熱量的35％[17]。
3.2吸附制冷系統(tǒng)自身的改進(jìn)
吸附制冷系統(tǒng)能否最終在空調(diào)領(lǐng)域取得自己穩(wěn)固的地位，最主要還要依靠吸附制冷系統(tǒng)自身性能的提高。在COP、單位質(zhì)量吸附劑制冷量、單位時(shí)間制冷量的提高等研究方向上，許多研究者已取得了很多的成就并仍在辛勤的努力著。
此外，空調(diào)負(fù)荷對(duì)冷量的要求與制冰和冷藏系統(tǒng)不同，在實(shí)際中無論是建筑物還是車船的空調(diào)負(fù)荷都是動(dòng)態(tài)變化的，這就要求冷源能夠及時(shí)響應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)的冷量要求，并且能夠保證連續(xù)的在一定時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)供應(yīng)冷量。吸附式制冷由于本身固有的特點(diǎn)，使其在試圖進(jìn)行連續(xù)供冷時(shí)制冷量以波的形式出現(xiàn)。而且目前吸附式制冷系統(tǒng)運(yùn)行的控制手段比較單一，公認(rèn)的途徑有兩個(gè)：一是通過改變解吸階段的加熱速率以及吸附階段的冷卻速率來改變循環(huán)周期；二是強(qiáng)行改變等壓吸附時(shí)間，利用吸附過程中不同階段的吸附速度不同來調(diào)節(jié)冷量。由于吸附制冷系統(tǒng)的慢響應(yīng)特性，這樣的控制手段無法使系統(tǒng)的冷量輸出滿足空調(diào)冷負(fù)荷經(jīng)常變化的要求。冷量供應(yīng)的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可控性可以統(tǒng)稱為冷量品質(zhì)，目前這方面的研究尚未引起足夠的重視，如何有效地改善冷量品質(zhì)是吸附制冷系統(tǒng)走向空調(diào)領(lǐng)域亟待解決的重要課題。
4結(jié)論
本文簡(jiǎn)要介紹了吸附式制冷的基本原理，并從吸附工質(zhì)對(duì)性能、吸附床傳熱傳質(zhì)性能和系統(tǒng)循環(huán)幾個(gè)方面介紹了吸附制冷技術(shù)的研究概況。吸附制冷技術(shù)目前在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用較少，本文認(rèn)為吸附制冷憑借自身以太陽能和廢熱為驅(qū)動(dòng)力、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì)，將來很有希望在特殊場(chǎng)合的空調(diào)應(yīng)用中找到自己穩(wěn)固的立足點(diǎn)。
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Abstract: currently, our country's scientific and technological level rising, and mass concrete also began in all kinds of industrial construction play an important role. This article in view of the blast furnace big-volume concrete water cooling temperature control technology analyzes and expounds the construction methods.
Key words: the blast furnace basis; Mass concrete water cooling temperature control technology; Construction methods
中圖分類號(hào)： TV544+.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
伴隨著不斷發(fā)展的科技水平，大體積混凝土在各大冶金工業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用也隨之越來越廣泛，3200m3高爐基礎(chǔ)外輪廓是矩形，有57m長(zhǎng)，42.6m寬?；A(chǔ)底標(biāo)高-5.000m到±0.000部分就可以稱作是普通的C25混凝土，大約有11000m3的混凝土總量。
一、特點(diǎn)
1.將每立方混凝土中的水泥用量進(jìn)行降低，對(duì)混凝土后期抗壓強(qiáng)度進(jìn)行充分地運(yùn)用，在60天的時(shí)間范圍內(nèi)，強(qiáng)度的水化熱現(xiàn)象也應(yīng)該減少出現(xiàn)；
2.水化熱比較低的水泥是選擇的最佳材料，或者選擇礦渣硅酸鹽水泥，使水化熱出現(xiàn)的幾率有所降低；
3.對(duì)混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行有效地控制，而存在于混凝土中的水化熱也可以通過循環(huán)冷卻水被帶出來，從而使混凝土中心溫度得以很大程度的降低；
4.針對(duì)裂縫，可以通過保溫、保濕來實(shí)現(xiàn)，使混凝土表面溫度有所提升，同時(shí)，混凝土中心和表面之間所產(chǎn)生的餓差值也會(huì)逐漸縮短，將其溫度保持在25°的范圍內(nèi)，這樣的話，與規(guī)范要求就會(huì)相符合。
二、適用范圍
這種工法在工業(yè)、橋梁和民用建筑中發(fā)揮著極其重要的作用，在各大體積混凝土工程中也得到較為廣泛地運(yùn)用。例如，高層建筑的地下室底板、大橋的承臺(tái)基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)等大體積混凝土工程。
三、施工工藝
打樁降水放線土方開挖澆注混凝土墊層破樁放線綁扎底板鋼筋安設(shè)固定架、埋設(shè)冷卻水管安裝基礎(chǔ)±0.00 下模板綁扎±0.00 以下鋼筋安裝螺栓澆筑±0.00 下混凝土保濕、保溫養(yǎng)護(hù)、拆模回填土。注：當(dāng)混凝土澆筑到冷卻水管時(shí)，就進(jìn)行通水循環(huán)冷卻。
四、施工要點(diǎn)
1.混凝土原材料選擇
1.1在標(biāo)號(hào)相同的前提下，富裕系數(shù)比較大的水泥是最佳選擇，因?yàn)閷?duì)于混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)來講，水泥在其中發(fā)揮著極其重要的作用；
1.2在強(qiáng)度相同的前提下，需水量較小的水泥是最佳選擇。水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大約在21%~27%的范圍內(nèi)，在對(duì)混凝土進(jìn)行配置的時(shí)候，較小的需水量水泥可以使水泥的用量得以降低；
1.3針對(duì)標(biāo)號(hào)不同的水泥應(yīng)該進(jìn)行合理的使用。在對(duì)C40以下的流態(tài)混凝土進(jìn)行配制的時(shí)候，32.5Mpa的普硅水泥是最好的選擇；在對(duì)C40以上的高性能混凝土進(jìn)行配制的時(shí)候，42.5Mpa硅酸鹽水泥或者普硅水泥是其最佳的選擇。
1.4面對(duì)不通過的混凝土的認(rèn)識(shí)，要選擇與其適合的水泥品種，若是要求早強(qiáng)或者冬季施工的時(shí)候，R型硅酸鹽水泥是比較好的選擇，針對(duì)大體積混凝土所選擇的水泥應(yīng)該是礦渣水泥或者普硅水泥。
2.混凝土配合比選擇
2.1水膠比
針對(duì)一些混凝土的耐久性要求而言，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工作為基本依據(jù)，制定出科學(xué)合理的《混凝土技術(shù)要求》，在此要求中，會(huì)針對(duì)強(qiáng)度的最低等級(jí)做出闡述，將保證率的95%作為基本條件，使配制強(qiáng)度得以確定； 而初步選水膠比應(yīng)該是以最大水膠比最為參照，將上述配制強(qiáng)度所需要的水膠比找出來，然后可以再次進(jìn)行試配?；蛘邔]有摻加任何東西的普通混凝土強(qiáng)度的水灰比關(guān)系選擇出一個(gè)比較準(zhǔn)確的系數(shù)，當(dāng)將粉煤灰摻入到其中之后，按照等漿骨比作為基本依據(jù)，對(duì)水膠比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。通常情況下，在耐久性要求的中等強(qiáng)度等級(jí)混凝土中摻入多于30%粉煤灰的時(shí)候，0.44是水膠比的最大值，絕對(duì)不能超出這個(gè)范圍。
2.2漿骨(體積)比
在水膠比確定的前提下，反映用水量或者膠凝材料總量，或者骨料總體積用量，也可以說是將漿骨比反映出來。針對(duì)泵送混凝土而言，要將《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》作為基本條件，使膠凝材料的最小和最大值設(shè)定出一個(gè)合適的范圍，由試配拌和物工作性確定，在確定漿骨比值的時(shí)候應(yīng)該選擇最小值。當(dāng)確定水膠比的時(shí)候，比較小的漿骨，也不會(huì)又太高的強(qiáng)度，彈性模量會(huì)比較高，同時(shí)，體積穩(wěn)定性也比較好，也不容易出現(xiàn)裂縫，相反的話，則也全部相反。
2.3砂石比
通常情況下，配合比中的砂石比，對(duì)其的表示可以利用一定漿骨比。針對(duì)那些石子有比較好的配制，而石子松堆空隙率和砂的松堆空隙率相乘之后可以成為砂率選擇的主要依據(jù)，而最好為0.16~0.2之間的范圍。通常情況下，泵送混凝土一定要小于36%的砂率，并且絕對(duì)不可以超過45%。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于石子的級(jí)配應(yīng)該引起足夠的重視，以不同粒徑的兩級(jí)配或三級(jí)配后松堆空隙率不大于42%為宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水膠比和漿骨比一定的條件下，砂石比的變動(dòng)主要可影響施工性和變形性質(zhì)，對(duì)硬化后的強(qiáng)度也會(huì)有所影響（在一定范圍內(nèi)，比較小的砂率，強(qiáng)度也不會(huì)很高，同時(shí)彈性模量就比較大，就更容易出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，而且也沒有很好的拌和物粘聚性，相反的話，這些內(nèi)容也會(huì)具有相反性）。
2.4礦物摻和料摻量
主管單位：四川省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
主辦單位：四川省制冷學(xué)會(huì);西南交通大學(xué)
出版周期：雙月刊
出版地址：四川省成都市
語
種：中文
開
本：大16開
國(guó)際刊號(hào)：1671-6612
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：51-1622/TB
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創(chuàng)刊時(shí)間：1985
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1 引言
6T超導(dǎo)Wiggler磁體是合肥同步輻射加速器的重要部件，它使光源的應(yīng)用范圍由真空紫外和軟X波段擴(kuò)展至1?左右的硬X射線領(lǐng)域，Wiggler磁體系統(tǒng)后面現(xiàn)連接有三條硬X射線光束線站：XAFS光束線站、X—光衍射光束線站、LIGA光束線站，這三條光束線站自運(yùn)行以來，貢獻(xiàn)出很多重要科研成果。Wiggler磁體是采用NbTi低溫超導(dǎo)線繞組和鐵芯組合的方式，有三對(duì)磁極為單周期結(jié)構(gòu)(1-3)。Wiggler磁體系統(tǒng)運(yùn)行已有13年，其設(shè)計(jì)使用壽命為10年左右。Wiggler磁體系統(tǒng)液氦消耗量設(shè)計(jì)值約為每天40升，實(shí)際測(cè)量值約為每天50升。2009年8月之前，液氦日均消耗量約為56升，3-4天輸液一次，2009年8月到2010年5月，液氦日均消耗量約為81升，相比之下增加了約44%的消耗量物理論文，2-3天要輸液一次。液氦消耗量的劇增，直接導(dǎo)致了每年運(yùn)行經(jīng)費(fèi)多增加約100萬元，操作人員的工作強(qiáng)度增加。超導(dǎo)磁體運(yùn)行安全性下降，液氦消耗過快有可能會(huì)導(dǎo)致失超。目前液氦價(jià)格很高，供應(yīng)緊張。液氦供應(yīng)量不足時(shí)，Wiggler磁體系統(tǒng)就無法運(yùn)行，為保證三條光束線站的持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，大幅降低運(yùn)行成本，有必要對(duì)Wiggler磁體系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造(4-6)。
2 Wiggler磁體系統(tǒng)改造目標(biāo)
2.1改造主要內(nèi)容
為解決液氦消耗量大幅增加的問題，以及更進(jìn)一步降低液氦消耗量，降低運(yùn)行成本，擬將當(dāng)前的Wiggler磁體系統(tǒng)改造成液氦零揮發(fā)系統(tǒng)論文提綱怎么寫。由于液氦零揮發(fā)系統(tǒng)引入小型制冷機(jī)，需要對(duì)制冷機(jī)工作時(shí)振動(dòng)對(duì)Wiggler磁體的影響進(jìn)行評(píng)估，判斷是否能達(dá)到合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室提出的振動(dòng)限定要求，以避免振動(dòng)對(duì)同步輻射光源的性能造成影響。
2.2改造的主要性能指標(biāo)
改造后的Wiggler磁體系統(tǒng)主要性能指標(biāo)如下：
(1)保持束流管道高度1400mm不變；
(2)實(shí)現(xiàn)液氦零揮發(fā)系統(tǒng)；
(3)Wiggler磁體的振動(dòng)幅度小于1μm；
(4)Wiggler磁體系統(tǒng)整體高度降低。
3 Wiggler液氦零揮發(fā)系統(tǒng)振動(dòng)評(píng)估
由于合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室對(duì)Wiggler磁體的振動(dòng)提出限定要求，因此在液氦零揮發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮隔振，振動(dòng)的主要來源是小型制冷機(jī)。建立一個(gè)三位直角坐標(biāo)系，選定一個(gè)垂直地面的方向?yàn)閆方向，選定相應(yīng)的一組平行于地面且相互垂直的兩個(gè)方向?yàn)閄、Y方向。
3.1 單個(gè)制冷機(jī)的振動(dòng)測(cè)試
采用振動(dòng)采集儀分別測(cè)量住友公司的4KG-M制冷機(jī)和南京柯德超低溫技術(shù)有限公司的4K G-M制冷機(jī)的二級(jí)冷頭的Z方向位移振動(dòng)，將傳感器固定在二級(jí)冷頭的位置，振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置如圖1所示。振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[7]中的數(shù)據(jù)如表1所示。從表1數(shù)據(jù)可以看到，制冷機(jī)沒有工作時(shí)，其二級(jí)冷頭的Z方向振動(dòng)位移峰峰值為0.669μm，是由測(cè)試環(huán)境造成的，比如測(cè)試環(huán)境中的其他運(yùn)行的設(shè)備、大地的脈動(dòng)等等；制冷機(jī)工作時(shí)物理論文，實(shí)驗(yàn)測(cè)得住友公司的4K G-M制冷機(jī)二級(jí)冷頭的Z方向振動(dòng)位移峰峰值為28.661μm，文獻(xiàn)中住友公司的4K G-M制冷機(jī)二級(jí)冷頭的Z方向振動(dòng)位移峰峰值為26μm，兩個(gè)數(shù)據(jù)比較接近。測(cè)試環(huán)境、測(cè)量設(shè)備、4K G-M制冷機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等因素的不同會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一些差異，也說明振動(dòng)采集儀和測(cè)量方法是可靠的。
圖1 4K G-M制冷機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置
表1 4K G-M制冷機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)Z方向振動(dòng)位移比較
位置
狀態(tài)
Z方向位移峰峰值（μm）
4K G-M制冷機(jī)二級(jí)冷頭
制冷機(jī)停止
0.669
住友4K G-M制冷機(jī)二級(jí)冷頭
制冷機(jī)工作
28.661
柯德4K G-M制冷機(jī)二級(jí)冷頭
制冷機(jī)工作
24.704
1 相變空冷系統(tǒng)工作原理
相變空冷系統(tǒng)是采用制冷劑作為中間冷卻介質(zhì)的空冷系統(tǒng)，如圖1所示。
相變空冷系統(tǒng)工作原理可以簡(jiǎn)述為：制冷劑在雙相變換熱器中汽化吸熱，在冷凝器中凝結(jié)放熱，即是利用制冷劑的相變過程來傳遞熱量的[1]。
上式也就是相變空冷散熱器內(nèi)氨氣的飽和溫度，對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)與形式均設(shè)計(jì)合理的相變空冷系統(tǒng)來說，空冷散熱器的總傳熱面積為已知，迎風(fēng)面積也一定，空氣密度和入口干空氣定壓比熱可由空氣溫度確定。所以由式可以計(jì)算出空冷散熱器中氨的飽和溫度，繼而通過飽和溫度和飽和壓力之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合氨特性表就知道空冷散熱器的飽和壓力P[4-5]。
因此，可以得到如下關(guān)系式：
利用上式的計(jì)算模型就可以得到任意工況下相變空冷散熱器壓力值隨某個(gè)變量之間的關(guān)系。
3 相變空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)變工況特性
本文以國(guó)內(nèi)某600MW相變空冷系統(tǒng)為例，分析散熱器壓力隨某個(gè)變量的變化關(guān)系[6]。已知設(shè)計(jì)工況下的機(jī)組主要原始數(shù)據(jù)見表1。
依據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，編程對(duì)空冷散熱器做變工況計(jì)算，其結(jié)果見圖2-5。
4 結(jié)語
（1）當(dāng)氨蒸汽流量、迎面風(fēng)速以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著環(huán)境溫度升高而增大；
（2）當(dāng)環(huán)境溫度、迎面風(fēng)速以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著氨蒸汽流量增大而增大；
（3）當(dāng)環(huán)境溫度、氨蒸汽流量以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著迎面風(fēng)速增大而減??；
（4）當(dāng)環(huán)境溫度、迎面風(fēng)速以及氨蒸汽流量一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著管外污垢熱阻增大而增大。
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1.凍結(jié)法與鉆井法鑿井介紹立井井筒工程是礦井建設(shè)的關(guān)鍵工程。我國(guó)立井井筒的主要特點(diǎn)是井筒深度大、斷面積大、表土層厚、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致其施工難度大、施工技術(shù)復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)。立井井筒表土段施工方法是由表土層的地質(zhì)及水文條件決定的。立井井筒穿過的表土層，按其掘砌施工的難易程度分為穩(wěn)定表土層和不穩(wěn)定表土層。在不穩(wěn)定表土層中施工立井井筒，用普通的施工方法是不可以通過其表土層的，必須采用特殊的施工方法，如凍結(jié)法、鉆井法、沉井法、注漿法、和帷幕法等。我國(guó)目前主要以凍結(jié)法和鉆井法為主。
凍結(jié)法鑿井就是在井筒掘進(jìn)之前，在井筒周圍鉆凍結(jié)孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩(wěn)定表土層和風(fēng)化巖層凍結(jié)成一個(gè)封閉的凍結(jié)圈。以防止水或流砂涌入井筒抵抗地壓，然后在凍結(jié)圈的保護(hù)下掘砌井筒。待掘砌到預(yù)計(jì)的深度后，停止凍結(jié)，進(jìn)行拔管和充填工作。鉆井法是用鉆頭刀具破碎巖石，用洗井液進(jìn)行洗井排渣和護(hù)壁，直到將井筒鉆到設(shè)計(jì)直徑和深度后，進(jìn)行支護(hù)的機(jī)械化鑿井方法。
2主要施工設(shè)備工作原理分析2.1凍結(jié)法人工制冷設(shè)備凍結(jié)法鑿井分為鉆凍結(jié)孔、形成凍結(jié)壁和井筒掘砌三大工序。首先在未開鑿的井筒周圍打一定數(shù)量的凍結(jié)孔，其深度穿過不穩(wěn)定巖層進(jìn)入穩(wěn)定巖層，在孔內(nèi)安裝凍結(jié)器。
形成凍結(jié)壁是凍結(jié)法鑿井的中心環(huán)節(jié)，是巖層冷凍的結(jié)果。人工制冷是通過凍結(jié)站的氨循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)、和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。通常使用氨作為制冷劑。利用氨由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)吸熱的原理達(dá)到制冷。液態(tài)氨吸收蒸發(fā)器周圍鹽水的熱量，變?yōu)轱柡蜌鈶B(tài)氨，經(jīng)壓縮器壓縮變?yōu)檫^熱蒸汽氨，進(jìn)入冷凝器中與冷卻水進(jìn)行熱交換，又變?yōu)橐簯B(tài)氨，經(jīng)調(diào)節(jié)閥降壓后成為低壓、地溫的液態(tài)氨，回到蒸發(fā)器中重新汽化，構(gòu)成氨的循環(huán)系統(tǒng)。
2.2鉆井法鑿井主要鉆井設(shè)備鉆井法鑿井的鉆井設(shè)備主要為鉆井機(jī)，鉆井機(jī)由多套設(shè)備組成，各設(shè)備的構(gòu)造由鉆井工藝確定，按設(shè)備所起作用不同分為以下幾個(gè)系統(tǒng)：
鉆具系統(tǒng)設(shè)備。包括鉆頭和鉆桿，它們的主要功用是使鉆頭在旋轉(zhuǎn)中破碎工作面的巖石。
旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)備。包括轉(zhuǎn)盤及傳動(dòng)裝置、方鉆桿。它們的功用是，電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩并經(jīng)方鉆桿傳給鉆桿和鉆頭，使鉆頭旋轉(zhuǎn)。
提吊系統(tǒng)設(shè)備。包括鉆塔、絞車、復(fù)滑輪組、大溝。主要用于提升和下放鉆具。正常鉆進(jìn)時(shí)，提吊鉆具、控制鉆壓并調(diào)節(jié)給進(jìn)速度；砌井時(shí)，提吊下方井壁。
洗井系統(tǒng)設(shè)備。免費(fèi)論文。洗井系統(tǒng)設(shè)備主要有水龍頭、壓氣排液器、排漿管和排漿槽，在地面還有沉淀凈化、清除巖渣和空氣壓縮機(jī)等輔助設(shè)備。它們的功用是產(chǎn)生洗井液循環(huán)的動(dòng)力，造成洗井液的循環(huán)；使洗井液及時(shí)清除鉆頭破碎的巖渣，避免刀具重復(fù)破碎巖渣，提高鉆井速度和效率；對(duì)刀具進(jìn)行沖洗和冷卻。
輔助設(shè)備。包括鉆臺(tái)車、封口平車、龍門吊車和氣動(dòng)卡瓦等。
3施工技術(shù)對(duì)比3.1凍結(jié)法施工特點(diǎn)凍結(jié)法施工其主要的技術(shù)包括冷凍站的安裝、鉆孔的施工、井筒凍結(jié)、井筒掘砌,在復(fù)雜和特殊地層施工中具有很大的優(yōu)越性:
(1) 支護(hù)結(jié)構(gòu)靈活、易控制。可根據(jù)不同地質(zhì)條件、環(huán)境及場(chǎng)地條件靈活布置凍結(jié)孔、調(diào)節(jié)冷媒水的溫度,從而獲得高質(zhì)量的凍土帷幕,特殊情況下還可以采用液氮進(jìn)行快速搶險(xiǎn),與鹽溶液人工凍結(jié)法相比,液氮人工凍結(jié)法具有溫度低、凍結(jié)速度快、凍結(jié)強(qiáng)度高、無污染等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)可通過地溫監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工,符合現(xiàn)代信息化施工的要求。
(2) 適應(yīng)性強(qiáng)。它適應(yīng)于各種復(fù)雜地質(zhì)及水文地質(zhì)條件下的任何含水地層的土層加固,并且基本不受基坑形式、平面尺寸和深度的影響。
(3) 隔水性好。它本身就是地下水的控制系統(tǒng),防滲性能是其它施工方法無法相比的。免費(fèi)論文。
(4) 對(duì)環(huán)境影響小。它充分利用土體自身的特點(diǎn),材料是土體本身,對(duì)地下水及周圍環(huán)境無污染,凍結(jié)壁解凍后,凍結(jié)管可回收,地下土層恢復(fù)原狀,對(duì)地下工程較為有利。
(5)缺點(diǎn)是存在鉆機(jī)性能跟不上要求、制冷系統(tǒng)跟不上要求、凍結(jié)壁強(qiáng)度不夠、井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問題，導(dǎo)致產(chǎn)生斷管等重大事故。免費(fèi)論文。
3.2鉆井法施工特點(diǎn)鉆井法施工主要工藝過程包括井筒的鉆進(jìn)、泥漿洗井護(hù)壁、下沉預(yù)制井壁和壁后注漿固井等。
(1)鉆井法實(shí)現(xiàn)地面作業(yè)或遠(yuǎn)距離控制操作，徹底改變了普通鑿井法打眼放炮的井下作業(yè)方式，從根本上改善了鑿井工人的勞動(dòng)條件和安全條件。
(2)施工機(jī)械化。鉆井法均實(shí)現(xiàn)了鑿井工藝綜合機(jī)械化和部分工藝自動(dòng)化，使鑿井工人從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來。由于鉆井速度快，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，降低了工程成本，建井投資費(fèi)用比普通鑿井法低15%~40%。
(3)立井建井法采用地面預(yù)制鋼筋混凝土井壁，井壁強(qiáng)度高，質(zhì)量好、減少了井筒的維護(hù)和排水費(fèi)用。
(4)鉆井法不但能鉆鑿不穩(wěn)定的松軟巖層，而且能鉆鑿穩(wěn)定的硬巖層?？梢糟@鑿立井、斜井，也可以鉆鑿地下的垂直、傾斜巷道。
(5) 在鉆井法施工中也存在一些問題，例如成井偏斜率大，生鉆頭、刀盤、滾刀、吸收器及風(fēng)管等物意外掉落井內(nèi)，在不穩(wěn)定地層中、松散的流沙及砂礫層中易出現(xiàn)塌幫。
4 結(jié)論通過對(duì)兩種特殊鑿井法的比較可知,兩種鑿井法各有利弊,實(shí)踐中要結(jié)合各地層的具體情況,合理地使用兩種鑿井法。凍結(jié)法施工不受井筒直徑和深度的限制，在深厚表土層中建鑿井筒時(shí)得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)還應(yīng)用到建設(shè)斜井、水利工程、地下鐵道、過江隧道等工程。鉆井法在高層建筑樁基礎(chǔ)、大橋墩樁、高架公路基墩工程中也有廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號(hào)：TQ116.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、前言
制冷劑是制冷循環(huán)系統(tǒng)的重要工作介質(zhì)，又稱為制冷工質(zhì)。在制冷劑發(fā)展史上，氟利昂制冷劑對(duì)制冷技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了積極的推動(dòng)作用。氟利昂制冷劑以其無毒、無味、不易爆炸、化學(xué)性和熱穩(wěn)定性好、腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但相關(guān)研究表明，氟利昂在強(qiáng)烈的紫外線照射下會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生環(huán)境污染氣體?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氯原子與臭氧分子不斷地反應(yīng)，嚴(yán)重破壞了臭氧層，造成臭氧層空洞，臭氧層的保護(hù)迫在眉睫。與此同時(shí)，大氣中氟利昂濃度的不斷增加造成了溫室效應(yīng)問題也越來越受到受到關(guān)注。
HCF類工質(zhì)對(duì)臭氧層不具有破壞力，但由于其化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，能量釋放后會(huì)積累，從而導(dǎo)致溫室效應(yīng)。近年來，世界各國(guó)均在致力于合成高性能的工質(zhì)，但由于制冷劑的用量在不斷增加，很難避免工質(zhì)泄露的問題，這勢(shì)必會(huì)造成環(huán)境污染?？紤]到工質(zhì)環(huán)境效應(yīng)的長(zhǎng)期性和安全性，工質(zhì)的研究應(yīng)盡量使用對(duì)生態(tài)平衡有影響到一些非自然工質(zhì)。高效、低毒、無害的自然工質(zhì)的研究與應(yīng)用已成為目前解決環(huán)境問題最重要的方案。二氧化碳（CO2）制冷劑作為一種無毒、無害的自然工質(zhì)，其研究與推廣應(yīng)用已成為現(xiàn)代制冷劑的主要發(fā)展方向。
二、二氧化碳制冷劑的性質(zhì)
隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，現(xiàn)代制冷劑的研發(fā)越來越強(qiáng)調(diào)工質(zhì)的環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性以及高循環(huán)效率。CO2是一種性能良好的自然工質(zhì)，其作為制冷劑具有很多其他工質(zhì)不具有的優(yōu)點(diǎn)，基本符合現(xiàn)代工質(zhì)研發(fā)的要求。CO2作為制冷劑的具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（一）優(yōu)良的環(huán)境性能
CO2是一種天然物質(zhì)，其對(duì)臭氧的破壞潛能為0，即ODP=0，且其導(dǎo)致溫室效應(yīng)的潛能指數(shù)為1，即GWP=1。就其在實(shí)際應(yīng)用來看，CO2多應(yīng)用于化工副產(chǎn)品的生產(chǎn)中，用CO2作為制冷劑可以有效地將排放到大氣中的廢物收回，因此其溫室效應(yīng)等于零。
（二）經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)
CO2是一種天然存在的物質(zhì)，無需再生或者回收，并且其運(yùn)行費(fèi)用和操作費(fèi)用均較低，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
（三）化學(xué)穩(wěn)定性和安全性良好
CO2具有無毒、安全、不可燃等特性，在高溫條件下也不會(huì)分解出環(huán)境優(yōu)污染氣體，能夠適應(yīng)常用油的各種機(jī)械零部件。CO2溶于水后，水溶液呈弱酸性，對(duì)部分普通金屬具有一定的腐蝕性，例如碳鋼等。而對(duì)于不銹鋼類金屬不具有腐蝕性。而當(dāng)運(yùn)輸條件較干燥時(shí)，由于CO2本身不具有腐蝕性，在不與水接觸的條件下可以采用碳素鋼作為容器。
（四）熱物理性質(zhì)與制冷循環(huán)系統(tǒng)及其設(shè)備相適應(yīng)
CO2的分子量為44.1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CFC，具有較大的蒸發(fā)汽化潛熱，且具有很高的飽和壓力，因此，在單位容積內(nèi)，CO2具有很大的制冷量且運(yùn)動(dòng)粘度很低。除此之外，CO2還具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，其液體密度與蒸汽密度之比很小，進(jìn)行節(jié)流后，各個(gè)回路之間的制冷劑能夠均勻地分配。相比傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)，CO2制冷系統(tǒng)具有更小的容積流量，由此，壓縮機(jī)閥門及尺寸與管道流通面積之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制冷系統(tǒng)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)變得更加緊湊。
三、二氧化碳制冷劑的應(yīng)用
（一）二氧化碳制冷劑在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
二氧化碳制冷劑在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用最初是由J.Petterson等人提出，隨后，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)被先后建立起來，對(duì)CO2制冷劑在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并取得了較好的結(jié)果。上世紀(jì)90年代，挪威SINTEF將CO2的跨臨界制冷循環(huán)應(yīng)用于汽車制冷系統(tǒng)中，并開發(fā)了其樣機(jī)。J. Kohler等也進(jìn)行了相關(guān)的研究。第一臺(tái)CO2制冷空調(diào)系統(tǒng)公共汽車樣機(jī)與1996年言之成功，并且運(yùn)行良好。一系列的研究表明，在車輛空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用CO2超臨界循環(huán)系統(tǒng)不僅可以減少環(huán)境污染，同時(shí)也大大提高了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。相關(guān)研究表明，CO2制冷系統(tǒng)與CFC12具有同樣優(yōu)良的性能，且在對(duì)適應(yīng)環(huán)境溫度變化的性能上，CO2空調(diào)系統(tǒng)比CFC12系統(tǒng)更優(yōu)，在較高的環(huán)境溫度下，其性能系數(shù)也較高。國(guó)外一系列相關(guān)的研究也表明，CO2制冷系統(tǒng)的性能與CFC12系統(tǒng)的性能相當(dāng)。
在汽車空調(diào)中應(yīng)用CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)充分地利用了CO2的熱力學(xué)性能良好、飽和壓較高力、單位容積內(nèi)的制冷量較大等優(yōu)點(diǎn)，確保了空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)保性能。此外，采用了CO2循環(huán)系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)釋放的潛在能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一個(gè)CO2滅火器還，在保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)及監(jiān)控作用下，完全能夠確保機(jī)械系統(tǒng)的安全可靠。在優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的循環(huán)參數(shù)以及各部件的配合等，可以有效地確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。近年來，CO2制冷劑在車輛空空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究越來越成熟，CO2制冷系統(tǒng)車輛的研究將更加深入。
（二）二氧化碳制冷劑在工業(yè)制冷中的應(yīng)用
CO2制冷工質(zhì)具有自身液化作用，近年來，一些研究者認(rèn)為其在工質(zhì)充灌以及操作維護(hù)等方面具有較多的優(yōu)勢(shì)，并逐漸代替了傳統(tǒng)的R502在制冷中的研究與應(yīng)用。CO2制冷劑的液化方案逐漸被應(yīng)用。其主要原理是對(duì)CO2氣體進(jìn)行過濾、干燥，并在壓縮機(jī)中作升壓處理，然后與低溫制冷工質(zhì)在冷凝蒸發(fā)器中混合，并降溫液化。經(jīng)過節(jié)流處理后，CO2工質(zhì)與CO2氣體直接混合，可有效地減少傳熱溫差，從而有效地提高能量的利用率。在運(yùn)輸車?yán)鋬鰴C(jī)的應(yīng)用方面，采用CO2制冷劑可以有效地降低溫室效應(yīng)，不僅避免了環(huán)境的污染，且不會(huì)增加能耗。此外，采用CO2制冷劑無需對(duì)其進(jìn)行回收和抽吸，便于設(shè)備的護(hù)養(yǎng)。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)CO2制冷工質(zhì)的研究與應(yīng)用越來越重視，CO2汽車空調(diào)以及熱泵等正被推廣推廣應(yīng)用。相比于國(guó)外的工業(yè)制冷領(lǐng)域中CO2制冷工質(zhì)的應(yīng)用研究，我國(guó)在這方面還相對(duì)落后，還應(yīng)進(jìn)一步加大投入和研究力度。
（三）二氧化碳制冷劑在熱泵中的應(yīng)用
CO2制冷劑的另外一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是HPWH，即熱泵熱水器。在熱泵熱水器中采用CO2跨臨界的蒸汽壓縮循環(huán)系統(tǒng)始于1987年，一些可用于可以在商業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的樣機(jī)逐漸被研發(fā)出來，相關(guān)研究者在一系列論文分析了這類熱泵的結(jié)構(gòu)、特性及相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果等。且各類研究結(jié)果均顯示，CO2制冷劑在熱泵熱水中的應(yīng)用具有很多的優(yōu)勢(shì)。CO2熱泵熱水器能夠在極其簡(jiǎn)單的操作條件下將水加熱到90℃以上。并且，在采用內(nèi)部熱很大的熱交換器時(shí)，仍然可以保持適宜的排氣溫度，且不會(huì)影響條件。這一系列的研究及應(yīng)用表明，CO2制冷系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，比傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)具有更為廣闊的應(yīng)用空間。此外，CO2跨臨界系統(tǒng)可在干燥的熱泵中應(yīng)用，相關(guān)研究表明其比傳統(tǒng)的R134a熱泵具有更少的能量損失，由此可知，CO2工質(zhì)在熱泵中的應(yīng)用不會(huì)影響熱泵的耗能，值得在干燥熱泵中推廣應(yīng)用。
四、結(jié)束語
CO2是一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的天然制冷劑，其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不僅可以降低能耗、實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)環(huán)境保護(hù)也具有重要意義。大量相關(guān)的研究表明，CO2制冷系統(tǒng)具有與R134a和R12相當(dāng)?shù)男阅?，在某些方面甚至更?yōu)，且其設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)便，CO2不需要回收和循環(huán)利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，是未來制冷劑研究和應(yīng)用的重要發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)：
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電子膨脹閥――蒸發(fā)器聯(lián)合調(diào)節(jié)特性與控制策略
符號(hào)
CD――開度系數(shù)
Z――軸向長(zhǎng)度，m
Te. Tc――蒸發(fā)、冷凝溫度，℃
Tin――室內(nèi)溫度，℃
Tα――換熱器進(jìn)口風(fēng)溫，℃
Fi――壓縮機(jī)頻率，Hz
Gr――制冷劑流量，kg/s
Gα――風(fēng)量，m3/h
Tsu――過熱度，℃
Tsb――過冷度，℃
Q――換熱量，kW
ρ――介質(zhì)密度，kg/m3
P-壓力，Pa
h――介質(zhì)焓，J/kg
A――管內(nèi)截面積，m2
S――管內(nèi)截面周長(zhǎng)，m
A（z）――開度對(duì)應(yīng)的截面積
d――管徑
τ――管內(nèi)表面切應(yīng)力，N/m2
q――熱流密度，W/m2
α――兩相流空泡系數(shù)
g――重力加速度，9.8m/s2
u――流速，m/s
Ov――電子膨脹閥開度
下標(biāo)
l――液相制冷劑
v――汽相制冷劑
a――空氣
1.引言
隨著制冷空調(diào)技術(shù)的迅速發(fā)展，空調(diào)器正在從傳統(tǒng)的單室內(nèi)機(jī)、單室外機(jī)的結(jié)構(gòu)逐漸向單室外機(jī)多室內(nèi)機(jī)及多室內(nèi)機(jī)和多室外機(jī)系統(tǒng)發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜，具有代表性的變流量制冷系統(tǒng)（Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System， 簡(jiǎn)稱VRV）也從單元變流量制冷系統(tǒng)（SVRV）向多元變流量制冷系統(tǒng)發(fā)展（MVRV）[1-3]。對(duì)于多室內(nèi)機(jī)的熱回收系統(tǒng)來說，室內(nèi)機(jī)可能同時(shí)做冷凝器或蒸發(fā)器使用，而且隨著人民生活水平的提高，對(duì)室內(nèi)熱舒適性也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的一些控制方法已不能再適應(yīng)新空調(diào)系統(tǒng)的需要。由于系統(tǒng)的復(fù)雜程度的增加，傳統(tǒng)的一些基于制冷空調(diào)系統(tǒng)整體的控制算法都由于其兼容性和可擴(kuò)展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)獨(dú)立控制的思想已經(jīng)被引入到制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制之中，一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經(jīng)元算法和模糊控制算法都已經(jīng)被引用到實(shí)際的制冷空調(diào)系統(tǒng)中[4-8]。為使制冷空調(diào)系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運(yùn)行，除了在控制技術(shù)上提高之外，更要注重研究制冷空調(diào)系統(tǒng)本身的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性。本文在通過分析系統(tǒng)在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)機(jī)風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度等對(duì)室內(nèi)機(jī)換熱的影響的基礎(chǔ)上，得出了室內(nèi)機(jī)的調(diào)節(jié)特性，找出了對(duì)室內(nèi)機(jī)制冷模式下更合理的控制策略。
2.數(shù)學(xué)模型
2.1 電子膨脹閥
電子膨脹閥是通過步進(jìn)電機(jī)等手段使閥芯產(chǎn)生連續(xù)位移，從而改變制冷劑流通面積的節(jié)流裝置。研究表明，電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果[9-12]，其模型描述為：
能量方程：
hin=hout
(1)
動(dòng)量方程：
2.2 蒸發(fā)管路及蒸發(fā)器模型
2.2.1 管內(nèi)制冷劑側(cè)穩(wěn)態(tài)模型
在VRV空調(diào)系統(tǒng)中，由于膨脹閥可能設(shè)置在離蒸發(fā)器較遠(yuǎn)的位置，節(jié)流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進(jìn)入蒸發(fā)器，所以在該段管路及蒸發(fā)器內(nèi)部的大部分區(qū)域制 劑處于兩相流動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)液體過冷度較小時(shí)，由于管道阻力及上升立管中重力的影響，液態(tài)制冷劑將會(huì)出現(xiàn)閃蒸，閃蒸之后管路內(nèi)的流動(dòng)也為氣、液兩相流動(dòng)；當(dāng)室內(nèi)換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時(shí)，膨脹閥之后的高壓液體管內(nèi)仍然可能呈氣、液兩相狀態(tài)。在制冷空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)，蒸發(fā)管路內(nèi)制冷劑兩相流呈環(huán)狀流[13，14]，故本文以環(huán)狀流建模。因制冷劑蒸發(fā)現(xiàn)象可能發(fā)生上述管段的任何位置，建模時(shí)必須在動(dòng)量議程中考慮重力項(xiàng)。
能量守恒議程：
整理上述議程，分別得到氣、液兩相流的質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程。
質(zhì)量守恒方程：
動(dòng)量守恒方程：
式中 Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中兩相流體單位容積的質(zhì)量，稱為兩相流體的密度。
在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四個(gè)未知數(shù)，方程無法封閉求解。傳統(tǒng)的方法采用空隙率經(jīng)驗(yàn)公式作為補(bǔ)充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認(rèn)準(zhǔn)確的空隙率模型計(jì)算公式；本文采用文獻(xiàn)［4］所提出的兩相界面關(guān)系方程使方程封閉。
氣、液兩相界面關(guān)系方程：
在式（3）～（6）四個(gè)方程中，共有P、α、uv和u1四個(gè)未知數(shù)，方程組封閉可解。
2.2.2 空氣側(cè)換熱模型
因橫流蒸發(fā)器外側(cè)的空氣流速較低，一般Re＜2000，且蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數(shù)較少，故忽略空氣側(cè)壓降，只考慮質(zhì)量守恒和能量守恒方程。
質(zhì)量守恒方程：
能量守恒方程：
3.調(diào)節(jié)特性
數(shù)值求解蒸發(fā)管路和電子膨脹閥的數(shù)學(xué)模型，可以得出系統(tǒng)的仿真特性。對(duì)于選定的系統(tǒng)來說，換熱器的幾何參數(shù)為定值，是一個(gè)不可調(diào)的參數(shù)。因此，影響電子膨脹閥－蒸發(fā)器部分換熱效果的因素主要有電子膨脹閥開度、換熱風(fēng)量、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度、換熱器幾何參數(shù)。
3.1 膨脹閥開度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響
如圖1所示，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量為600m3/h其他參數(shù)不變時(shí)，蒸發(fā)器換熱量隨膨脹閥相對(duì)開度的變化曲線。
圖1 換熱量隨膨脹閥相對(duì)開度變化曲線
當(dāng)電子膨脹閥開度很小時(shí)，通過蒸發(fā)器的制冷劑流量也很小，制冷劑很容易在蒸發(fā)器內(nèi)變成熱氣體，在蒸發(fā)器出口處有一定的過熱度，蒸發(fā)器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因?yàn)橹评鋭┝髁侩S電子膨脹閥開大而增加，在換熱條件仍能保證蒸發(fā)器出口制冷劑過熱時(shí)，出口制冷劑焓值變化不大，所以蒸發(fā)器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當(dāng)膨脹閥繼續(xù)開大，制冷劑流量增大到一定程度以后，換熱條件已經(jīng)不能使制冷劑出口有過熱度，出口已經(jīng)處于兩相區(qū)，管外空氣側(cè)的流量和換熱系數(shù)基本為定值，制冷劑流量的增大造成出口干度的降低，但管內(nèi)制冷劑的換熱系數(shù)會(huì)有所上升，因此，蒸發(fā)器換熱量只隨電子膨脹閥相對(duì)開度的增加略有上升。這說明，在蒸發(fā)器出口有過熱度的情況下，通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量的效果是很明顯的，而當(dāng)蒸發(fā)器出口已出現(xiàn)回液的情況下，通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量收效甚微。
3.2 室內(nèi)機(jī)風(fēng)量對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響
換熱量隨室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的變化曲線如圖2所示，當(dāng)風(fēng)量很小時(shí)，不能使管內(nèi)的制冷劑完全蒸發(fā)，蒸發(fā)器出口有一定的回液，隨著風(fēng)量的增加，管外的換熱系數(shù)也逐漸增加，空氣帶走的熱量增多，因此蒸發(fā)器出口處的制冷劑干度也逐漸增加，制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)出口的焓差逐漸增大，在制冷劑流量不變的情況下，換熱量逐漸增大，當(dāng)風(fēng)量增大到一定程度以后，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑能夠完全蒸發(fā)，風(fēng)量增加使制冷劑只能進(jìn)行顯熱交換，出口焓值變化已經(jīng)不大，所以換熱量隨風(fēng)量增大而略有增加。
圖2 換熱量隨風(fēng)量變化曲線
3.3 冷凝溫度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響
在其他因素不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主要通過影響制冷劑流量來影響蒸發(fā)器的換熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進(jìn)出口壓差也隨著增大，在蒸發(fā)器能夠保證制冷劑完全蒸發(fā)的情況下，制冷劑流量的增加也就意味著蒸發(fā)器換熱量的增加。
圖3 換熱量隨冷凝溫度變化曲線
3.4 蒸發(fā)溫度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響
在其他因素不變的情況下，蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力的變化從兩個(gè)方面來影響蒸發(fā)器的換熱量，一方面隨著蒸發(fā)溫度（蒸發(fā)壓力）的升高，電子膨脹閥的進(jìn)出口壓差減小，使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減??；另一方面，蒸發(fā)溫度的升高，使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小，也使換熱效果降低。兩個(gè)方面的因素共同使蒸發(fā)器的換熱量隨著蒸發(fā)溫度的升高而降低。如圖4所示。
圖4 換熱量隨蒸發(fā)溫度變化曲線
3.5 室溫對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響
室內(nèi)溫度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響如圖5所示。室內(nèi)溫度就是蒸發(fā)器空氣側(cè)的入口溫度，當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時(shí)，室內(nèi)溫度主要影響管內(nèi)外的換熱溫差，由于經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻，空氣溫度最多只能降低到蒸發(fā)溫度，所以當(dāng)風(fēng)量一定時(shí)也決定了蒸發(fā)器的最大換熱量。當(dāng)室內(nèi)溫度很低時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑不能完全蒸發(fā)，蒸發(fā)器出口有回液現(xiàn)象，隨著室內(nèi)溫度的上升，換熱器的換熱量也逐漸上升，蒸發(fā)器出口的制冷劑干度也逐漸上升；當(dāng)室內(nèi)溫度上升至一定值時(shí)，制冷劑能夠完全蒸發(fā)，蒸發(fā)器出口有一定的過熱度，由于制冷劑溫度最高只能升到室內(nèi)溫度，制冷劑的在蒸發(fā)器出口的焓值變化很小，換熱量隨室溫的增加略有上升。
圖5 換熱量隨室溫變化曲線
3.6 調(diào)節(jié)參數(shù)的聯(lián)合影響
影響蒸發(fā)器換熱量的參數(shù)中蒸發(fā)溫度和冷凝溫度是表征系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，不能直接作為調(diào)節(jié)參數(shù)，室內(nèi)溫度是被控對(duì)象；如果系統(tǒng)正常運(yùn)行，還需要蒸發(fā)器出口制冷劑保持一定的過熱度以防止回液。因此，要控制的參數(shù)是室內(nèi)溫度和過熱度，能作為調(diào)節(jié)參數(shù)的只有室內(nèi)機(jī)風(fēng)量和電子膨脹閥開度。室內(nèi)機(jī)風(fēng)量和電子膨脹閥開度對(duì)室內(nèi)蒸發(fā)器的聯(lián)合影響結(jié)果如圖6所示。
圖6 制冷量、過熱度隨膨脹閥開度和室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的變化曲線
電子膨脹閥和蒸發(fā)器聯(lián)合工作輸入、輸出狀態(tài)方程可以用下式來表示：
結(jié)合前面的分析可以發(fā)現(xiàn)：
(1) 當(dāng)蒸發(fā)器出口制冷劑已經(jīng)過熱時(shí)，因制冷劑出口焓值變化不大，電子膨脹閥所決定的制冷劑出流量是決定換熱量的主要因素；風(fēng)量對(duì)換熱量不大，而對(duì)過熱度影響較大。各調(diào)節(jié)手段民對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象之間可近似認(rèn)為是相互獨(dú)立的，此時(shí)B（t）是對(duì)角占優(yōu)的。
(2) 當(dāng)蒸發(fā)器出口為兩相流時(shí)，蒸發(fā)器空氣側(cè)進(jìn)出口溫差基本為定值，換熱量主要由風(fēng)量決定，電子膨脹閥開度對(duì)換熱量影響不大，但進(jìn)、出口焓差與流量近似成反比，對(duì)出口干度的影響較大。室內(nèi)機(jī)風(fēng)量對(duì)過熱度同樣有較大的影響。此時(shí)B（t）是上三角矩陣。調(diào)節(jié)手段對(duì)控制對(duì)象的影響是有一定的耦合度的。
(3) 只要保證蒸發(fā)器出口為過熱狀態(tài)，就能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)手段與控制對(duì)象之間的獨(dú)立調(diào)控。而在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，保證蒸發(fā)器出口過熱又是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的條件之一。所以在過熱度優(yōu)先控制的模式下，獨(dú)立調(diào)節(jié)是可以實(shí)現(xiàn)的。
(4) 在蒸發(fā)器出口未過熱的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)量和調(diào)節(jié)膨脹閥開度對(duì)過熱度有同等程度的影響。仍可以采用風(fēng)量控過熱度優(yōu)先的方法，同時(shí)用膨脹閥開度來改善風(fēng)量對(duì)過熱度的調(diào)節(jié)，獨(dú)立控制與適當(dāng)?shù)鸟詈弦材苋〉猛瑯有Ч?/p>
根據(jù)上述分析，提出了風(fēng)量Gα控制過熱度Tsu，電子膨脹閥開度Qυ控制室內(nèi)溫度Tin的控制策略。
5.結(jié)論 在兩個(gè)優(yōu)先原則下，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)風(fēng)量與電子膨脹閥開度對(duì)室內(nèi)溫度與過熱度的解耦控制，獨(dú)立控制策略是可以實(shí)現(xiàn)的；獨(dú)立控制策略可用于復(fù)雜的系統(tǒng)，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采用分布式控制模式；獨(dú)立控制策略便于實(shí)現(xiàn)模塊化，不會(huì)因系統(tǒng)形式的改變而對(duì)控制方法產(chǎn)生較大的影響；獨(dú)立控制策略有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，不會(huì)由于系統(tǒng)的復(fù)雜而增加控制部分的成本。
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概述
一、系統(tǒng)介紹
SCADA(SupervisoryControl And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。通過對(duì)上位機(jī)組態(tài)，根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)房設(shè)備運(yùn)行工藝流程對(duì)下位機(jī)進(jìn)行程序編制，使制冷機(jī)房設(shè)備按照設(shè)計(jì)的工藝流程及精度要求自動(dòng)運(yùn)行，用戶通過INTERNET可以從IE瀏覽器上遠(yuǎn)程訪問Sunwayland的工程畫面，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人值守且保證中央空調(diào)科學(xué)節(jié)能運(yùn)行，為客戶提供舒適可靠高品質(zhì)的冷負(fù)荷需求。論文參考網(wǎng)。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
1、上位機(jī)選用研祥工控機(jī)，安裝國(guó)內(nèi)知名組態(tài)軟件Sunwayland WWW網(wǎng)絡(luò)版6.1。
2、下位機(jī)控制核心選用多功能模塊化的可編程控制器Siemens s7-300,選用CPU314、CP340通訊處理器（R485接口）、通過通訊的方式控制Siemens變頻器MM430。
3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制元件（如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器、電動(dòng)閥門等等）選用國(guó)際知名品牌如Siemens、Honeywell、Danfoss，通過開關(guān)量和模擬量輸入模塊采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，通過開關(guān)量和模擬量輸出模塊控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。
4、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共分四個(gè)層次如圖所示：
三、系統(tǒng)軟件、硬件部分清單
序號(hào) 監(jiān)控中心設(shè)備名稱 品牌型號(hào) 數(shù)量 單位 備注 1 STEP V5.4 SIEMENS 1 套 含驅(qū)動(dòng)協(xié)議硬件狗 2 Sunwayland6.1 Sunwayland 1 套 WWW網(wǎng)絡(luò)版 3 東進(jìn)語音卡 DN081A 1 套
4 CPU314C-2DP SIEMENS 1 塊
5 PS307(10A) SIEMENS 1 塊
6 CP341(RS485) SIEMENS 2 塊
7 Rail SIEMENS 0.83 米
8 128k存儲(chǔ)器 SIEMENS 1 塊
9 SM331 SIEMENS 2 塊 8路 10 SM332 SIEMENS 1 塊 8路 11 SM321 SIEMENS 1 塊 32DI*24VDC 12 SM322 SIEMENS 1 塊 32DO*24VDC/0.5A 13 工控機(jī)910B EVOC 1 臺(tái)
14 MPI編程電纜 SIEMENS 2 件 USB口 15 打印機(jī) HP 1 臺(tái) 激光 16 控制柜柜體 RITTAL 1 套 玻璃門2.2*0.8*0.6 序號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備名稱 品牌型號(hào) 數(shù)量 單位 備注 1 冷水機(jī)組 YORK 2 臺(tái) MODBUS RTU,RS485 2 冷凍水泵 凱泉 3 臺(tái) 變頻MM430 3 冷卻水泵 凱泉 3 臺(tái)
4 冷卻塔 聯(lián)豐 2 臺(tái)
5 冷凍定壓補(bǔ)水裝置 Flamac 1 臺(tái)
6 電動(dòng)開關(guān)閥 Danfoss 6 個(gè)
天然氣的主要成分是甲烷CH4，將普通天然氣在常壓下，通過一定方式深冷至-162℃就可得到液化天然氣（LNG）；相對(duì)于壓縮天然氣（CNG），LNG具有如下優(yōu)點(diǎn)：①能量密度大、儲(chǔ)運(yùn)成本低；②燃點(diǎn)較高，安全性好；③使用潔凈，幾乎無污染。目前的LNG主要依賴進(jìn)口，已建和在建的LNG接收站主要分布在沿海大型港口碼頭；而由于缺乏成熟的技術(shù)，利用當(dāng)?shù)靥烊粴庾孕薪ㄔO(shè)LNG生產(chǎn)裝置的工廠并不多。而本文作者曾從事天然氣液化綜合利用項(xiàng)目，通過分析歸納，對(duì)一種國(guó)外進(jìn)口LNG制取技術(shù)進(jìn)行了解析。
1、概述
以建設(shè)一套調(diào)峰型LNG生產(chǎn)裝置，天然氣利用為50萬立方/天，LNG產(chǎn)量為10萬噸/年為例。項(xiàng)目分三大部分：LNG工藝裝置、LNG運(yùn)輸、LNG相關(guān)系統(tǒng)配套，其中，LNG工藝裝置引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)單循環(huán)混合制冷劑液化方式。不同于老式的級(jí)聯(lián)式液化流程，丙烷/MCR和其他混合制冷劑系統(tǒng)等復(fù)雜的制冷工藝，單一制冷系統(tǒng)的使用不但減少了設(shè)備的數(shù)量（包括消耗），簡(jiǎn)化了操作，而且控制系統(tǒng)當(dāng)中的儀表數(shù)量也減少了50%以上，從而使維護(hù)成本更加降低。
該工藝裝置主要分三大階段，一是預(yù)處理階段，主要是通過脫除酸性CO2、H2O等雜質(zhì)凈化原料天然氣，二是液化分離階段，通過由N2及多分子烴類物質(zhì)等組成的混合制冷劑對(duì)已得到凈化的天然氣進(jìn)行液化分離，三是冷劑的補(bǔ)充和儲(chǔ)存，LNG產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
2、工藝流程及設(shè)備
2.1 脫碳流程：在液化之前，管道天然氣（CNG）中所含的水分和二氧化碳必須除掉，否則這些組分在液化單元的低溫環(huán)境中會(huì)凍結(jié)，并堵塞設(shè)備或影響熱交換器的工作。因此整個(gè)工藝中必須包含兩道預(yù)處理步驟，以保證裝置的正常工作，即進(jìn)料天然氣將以4.0~4.5Mpa的壓力，20℃的溫度從管道進(jìn)入預(yù)處理工藝界區(qū)：首先經(jīng)過進(jìn)料過濾分離器以祛除從管線帶來的銹渣和碎片，接著進(jìn)入胺液處理區(qū)，通過在胺接觸塔內(nèi)自下而上與胺液（甲基二乙醇MDEA溶液吸收劑）的充分接觸，天然氣中的CO2基本被胺液體所吸收掉，此時(shí)天然氣溫度已上升到40.7℃；再經(jīng)過冷卻器，則進(jìn)料天然氣中CO2的濃度減少到50ppmv以下，此時(shí)壓力為3.9Mpa，溫度上升至30.4℃。
另一方面，吸收了大量CO2的飽和富胺液（3.9Mpa，57.9℃）從胺接觸塔底部流出進(jìn)入閃蒸罐減壓，并于罐內(nèi)分離掉其在吸收CO2過程當(dāng)中所夾雜吸收的部分原料天然氣雜質(zhì)；經(jīng)過減壓和凈化的富胺液通過貧富胺換熱器加熱升溫至96.0℃進(jìn)入胺汽提塔，通過在胺汽提塔內(nèi)的反應(yīng)，富胺液體中的CO2被分離出來，此時(shí)，胺液（0.086Mpa,120.5℃）已得到初步再生；
得到初步再生的胺液于胺汽提塔底部被貧胺吸收罐吸收，再被5.5KW電動(dòng)離心泵增壓至0.42Mpa后分別進(jìn)入貧富胺換熱器、胺液冷卻器、貧胺過濾器及活性碳過濾器等，經(jīng)過以上的降溫和凈化再生，胺液體（0.28Mpa，40.3℃）得到了完全再生，最后，其通過15KW電動(dòng)循環(huán)泵加壓至4.2Mpa進(jìn)入胺接觸塔，開始準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪CO2的吸收工作，至此， 胺再生流程全部完成，當(dāng)然，整個(gè)過程是不斷循環(huán)的，并且由分布系統(tǒng)DCS進(jìn)行自動(dòng)控制，保證脫碳裝置的可靠運(yùn)行。碩士論文，天然氣。
