基于图论的便利店多元组合制冷系统热力循环的研究

　　1 前言

　　小型超市或便利店内的制冷系统由于耗电量较大以及运行时间长，其能耗占据了总体能耗的80～90% 之多[1]，因此开发超市制冷系统节能技术，优化各制冷元件的性能越来越受到关注。计算机仿真优化可以大大缩短制冷系统优化设计的时间以及减少实验费用，通过仿真，可以预测多项性能，从而对所确定的结构参数是否合理做出评价。近年来，图论理论由于其图形简单化、描述性强及算法可靠等特点越来越多地应用到制冷设备的仿真设计当中去。目前，图论应用于制冷仿真领域主要有两个方面，一是基于图论的制冷系统仿真研究，Rasmussem和Jakobsen[2]提出基于循环的仿真的思想，仿真算法直接与制冷循环图相对应。梁贞潜[3]等提出了基于图论的制冷系统稳态仿真算法的构建; 二是应用于单个制冷元件(换热器)的仿真研究，刘建[4]等采用图论中“有向图”的概念以及邻接矩阵描述了换热器网络中工质流路的布置方式以及换热器之间的相互作用关系。上述研究仅将图论方法局限于单个部件(冷凝器)或简单制冷系统的仿真，而没有针对复杂制冷系统(如多联机，多蒸发器系统)进行基于图论的仿真计算和研究。

　　本文在上述相关研究成果的基础上，将图论运用到复杂制冷系统的仿真设计中去，用图论矩阵的方式对便利店多元组合制冷系统的循环图进行了数学描述，并对不同的方案及运行工况下的系统性能进行了对比分析。

　　2 便利店多元组合制冷系统的图论描述

　　在超市制冷系统研究领域，以节能为目的的技术革新越来越受到专家、学者的重视。目前，一种将冷冻冷藏系统和热泵空调系统相结合的便利店多元组合制冷系统的提出受到了专家、学者的广泛关注。该系统有效结合了冷冻、冷藏及空调的特点，通过电磁阀、换向阀等控制部件可以实现多种工作模式，从而能针对各种不同运行工况最大地发挥系统的效能，达到节约超市能耗的作用。

　　由于这种新系统部件较多，包含空调、低温冷冻、中高温冷藏等不同设备，并且管路复杂，调试工作十分复杂，对其进行仿真计算后并实行优化很有必要，一方面可以节约调试时间，另一方面也节省了费用。图论由于其有向图的直观性、矩阵描述性强以及可方便计算各环节的状态等特点，在复杂制冷系统仿真应用上具有一定的优势。因此对便利店多元组合制冷系统的图论仿真可以发挥图论算法的优势，提高仿真的效率和进行友好的人机对话。

　　2.1 便利店多元组合制冷系统描述

　　便利店空调、冷藏和冷冻一体化组合制冷系统的部件组成如图1所示，该复杂系统的室内主要工作部件包括两台室内嵌入式顶送风空调器，两台立式敞开式冷藏陈列柜和一台卧式敞开式冷冻陈列柜(带增压压缩机4)，室外机组主要由3台压缩机(压缩机1～3)和冷凝器组成。根据不同的负载情况，该系统能通过对系统内各回路上阀门的开关控制形成不同的工作模式。图1所示的工作回路的为夏季工作模式，在该模式下，系统能同时满足超市室内的空调制冷以及冷冻、冷藏陈列柜的制冷需求，其工作原理图(P-h图)如图2所示。