在工業制冷系統中，對溫度的精確控制具有廣泛的應用需求：冰水板換中應對冰水的溫度進行精確控制，確保冰水的溫度達到客戶要求，并且需要確保冰水不結冰；對冷庫的室溫進行精確控制，確保冷庫內的溫度波動處于較小范圍，以保證儲存貨物的品質；化工領域的生產流程也需要在恒溫的條件下進行；食品生產中的工藝控制，如肉類冷鏈的全程，需要有良好的溫度控制措施。盡可能小的溫度波動范圍將有效地確保系統的平均蒸發溫度處于相對較高的水平，這將提高系統的EER，從而達到節能減排的目的。因此，有必要對溫度的控制進行研究，找到有效的控制溫度的方式，在確保溫度精確控制的前提下，進一步確保系統高效節能運行。

    1 溫度控制的幾種方式

    1.1 供液電磁閥開關控制

    供液電磁閥開關控制方式如圖1所示。通過溫度傳感器測量介質溫度：當介質溫度達到設定值后，通過控制器關閉供液管路上的電磁閥，暫停制冷；當介質溫度超過設定溫度后，打開供液管路上的電磁閥，重新制冷。這是一種開關調節，溫度波動較大，無法精確控制介質溫度，而且由于這種控制方式是根據溫度傳感器開關電磁閥，對系統中蒸發側的控制較差，非常容易造成蒸發壓力過低，從而易于導致結冰等現象的出現。因此該方式只能作為一種粗放型的溫度控制，無法滿足溫度精確控制的要求。    

圖1 供液電磁閥開關控制

    1.2 供液電磁閥開關控制———帶恒壓控制

    圖2所示的供液電磁閥開關控制在圖1的基礎上，增加了蒸發壓力控制。采用恒壓導閥確保蒸發器的蒸發壓力始終高于設定值，從而避免系統出現蒸發壓力過低的情況。恒壓導閥根據蒸發壓力進行調節，在恒壓導閥的作用下，當壓力下降時控制主閥ICS反應十分直接、靈敏，因此避免了可能出現的介質結冰問題。同樣，帶恒壓控制的供液電磁閥開關控制依然屬于開關調節，存在無法精確控制介質溫度的問題，無法滿足溫度精確控制的要求。

圖2 供液電磁閥開關控制（帶恒壓控制）    

    1.3 溫度精確控制———壓力相關型

    在圖3所示的精確控制介質溫度的方案應用中，不但對電磁閥的供液進行控制，還在回氣管路上加設壓力調節閥用于控制蒸發壓力，從而實現對介質溫度的精確控制。目前成熟的解決方案為模塊化控制主閥ICS配合電子溫度控制導閥。控制器EKC361通過溫度傳感器AKS獲得溫度信號，對導閥中的熱敏元件進行加熱，并與蒸發器中的蒸發壓力進行平衡，調節控制主閥的開度對蒸發溫度進行控制，進而確保介質溫度達到設定范圍。蒸發器中的壓力與蒸發溫度直接對應，調節靈敏，可以有效消除由于壓力波動帶來的溫度波動。與此同時，為了在任何狀況下都能夠防止蒸發器出現過低壓力，在ICS控制主閥與電子溫度控制導閥CVQ上串聯安裝機械式的CVP恒壓導閥，以避免結冰等不利現象的產生。CVP恒壓導閥根據應用所允許的最小壓力進行設定，該解決方案中受控溫度的精度可達±0.25℃。如果溫度達到此范圍，那么EKC361控制器將關閉安裝在液體管路上的電磁閥。控制器EKC361控制蒸發器的溫度并具有報警功能，而模塊化設計的ICS控制主閥以及導閥組都可以有效地減少安裝的復雜度，并降低系統的泄漏風險，縮短維護服務的時間。

圖3 溫度精確控制———壓力相關型    

    1.4 溫度精確控制———壓力無關型

    在圖4所示的精確控制介質溫度方案應用中，同樣對電磁閥的供液進行控制，并在回氣管路上加設電動閥用于控制蒸發溫度，從而實現對介質溫度的精確控制。目前成熟的解決方案為模塊化電動閥ICM與控制器EKC361通過溫度傳感器AKS進行控制。EKC361控制器根據AKS溫度傳感器獲得溫度信號，控制電動閥的開度，進而控制蒸發溫度。該解決方案中受控溫度的精確度同樣可達±0.25℃。如果溫度達到此范圍，那么EKC361控制器將關閉安裝在液體管路上的電磁閥。在這里，ICM電動閥的操控主要根據介質的溫度和控制器中的控制邏輯進行控制，因此盡管它的調節同樣涉及蒸發壓力的調節，但可以稱為壓力無關型控制方式。該系統對外界溫度的變化反應十分靈敏。

    2 兩種溫度精確控制的應用分析

    2種溫度精確控制方案都可以達到±0.25℃的控制精度，但是在工作原理上卻有較大的區別，應用場合也不同。如在工業制冷的實際應用中，由于系統巨大，較為復雜，往往會遇到系統的吸氣壓力發生較大變化而系統負荷相對穩定的情況，也可能遇到吸氣壓力較為穩定而需要的制冷負荷相應較大的情況。

    2.1 負荷穩定吸氣壓力變化

    在實際應用中往往多個蒸發器/循環桶對應同樣的吸氣管路，從而導致運行時某個蒸發器/循環桶的負荷是穩定的，而由于其他部分的波動導致吸氣壓力發生變化。此時如果采用壓力相關型的ICS＋CVQ進行控制，則閥體的開度隨著壓力的波動可以立即進行相應調整，進而保持閥前的壓力恒定，這樣系統將處于較為穩定的狀態。

    如果采用壓力無關型的ICM電動閥進行控制，則由于負荷相對穩定，在吸氣壓力變化初期電動閥的輸入相對穩定，沒有進行調整，這將導致蒸發壓力和溫度發生變化，并最終當介質溫度發生變化后，ICM電動閥才會對其開度進行相應調整，這將影響系統的穩定性。

    2.2 吸氣壓力穩定負荷變化

    實際情況中容易出現負荷波動的情況，而在發生波動期間，由于系統的慣性，其吸氣壓力的變化有相應的滯后效應。此時若采用壓力相關型的ICS＋CVQ進行控制，則閥體的開度將由于壓力變化存在滯后的影響，較慢地感受到負荷的變化，從而使得ICS＋CVQ的開度調整出現相應的滯后，造成較慢的調整節奏，給系統的穩定性帶來一定的影響。如果采用壓力無關型的ICM電動閥進行控制，負荷的變化將直接導致介質溫度發生變化，此時ICM控制器可以迅速感受到溫度信號的變化并立即根據溫度的變化對閥體開度進行相應調整。外界負荷變化造成的波動可以及時補償，迅速減弱由于負荷波動帶來的不穩定性。    

圖4 溫度精確控制———壓力無關型    

    2.3 溫度精確控制的節能分析

    溫度的精確控制，不僅可以提高介質溫度的控制精度，減小溫度的波動范圍，保證產品的品質，還可以進一步降低系統的能耗。在沒有對溫度進行精確控制之前，為了確保產品品質往往需要確保系統在最大的溫度波動范圍內依然可以滿足相關產品的品質要求，這必然帶來系統的平均蒸發溫度下降，如果采用較高精度的溫度控制方式，平均蒸發溫度可以相應提高，如圖5所示。

圖5 精確溫度控制使系統運行在較高蒸發溫度下

    若要求的最高蒸發溫度為-35℃時，同時一般的溫控精度為±1℃，則系統的平均蒸發溫度將設定為-36℃，而此時如果采用±0.25℃精度的控制手段，系統的平均蒸發溫度將上升到-35.25℃，也就是系統的蒸發溫度上升了0.75℃。如果以NH3為制冷劑，則此時系統的EER有可能因此提高3%以上。這樣對于壓縮機軸功率為100kW的系統而言，可能存在3kW的降耗。如果每天運行10小時，運行一年的節能估算將達到近萬千瓦時。

    3 結束語

    采用模塊化控制閥的2種控制方式均可以有效穩定控制溫度，將溫度的波動維持在較小的范圍內，在實現溫度精確控制的同時達到節能減排的目的。這2種溫度控制方式各有特點，應用場合也不同：ICM電動閥控制方式無需壓差開啟閥門，阻力小，適合用于低溫系統（蒸發溫度低于-35℃），對于蒸發器負荷變化較大而壓縮機吸氣壓力較為穩定的情況，能夠很好地保持溫度的穩定；ICS＋CVQ方式控溫非常穩定，即使在壓縮機增減載及蒸發器負荷變化情況下，也能保持穩定的蒸發壓力，從而確保換熱器不被凍結。