氨制冷系统及控制元件的现状及未来发展趋势
1. 引文
相比其他制冷行业，工业制冷通常被认为是“陈旧过时的”行业。确实相比其他制冷行业而言，工业制冷的发展进程是相对缓慢的。然而，当我们回顾过去几十年工业制冷行业的发展史，也能发现许多新的应用、技术及产品出现。
多年来，氨一直是工业制冷领域的主流制冷剂，拥有超过100年的应用史，被普遍认为是一个高效的冷媒。即便如此，来自新应用范围和越来越高要求的规范依然不断的促进氨制冷技术向前发展。 2. 工业制冷的历史剖析 历史上看，工业制冷行业的主要变革发生在最近这些年。
2.1日益增长的安全诉求
在90年代中期，许多新的安全规范被引入欧洲。原因之一是整个世界范围已经见证了多起发生在化学工业中的重大安全事故。其中之一是1976年发生在意大利的塞维索化工厂事件。为避免类似事故发生，欧盟启动了许多行动，其中很重要的一项举措就是颁布了82/501/EC指令，旨在提高存在大量危险性物质的现场安全，也就是大家熟知的塞维索指令。这个法令后来被塞维索II号指令取代。
对于制冷行业来说，这些安全法令也应运而生了大量的安全法规。PED(97/23 / EC压力容器指令)是欧盟规范压力容器设计及制造的最重要的标准。只有当产品符合PED标准时，才能在欧洲国家自由流通。
大量的统一标准、支持标准及特定的标注也被引入，以确保制冷系统的所有部件都达到安全要求。
PED法规也带来了制冷行业设备的变化。在PED法规生效前，用铸铁材质来生产阀门是很常见的，但在PED法令颁布后，这已被明令禁止了。
所有这些日益严格的安全规范对有毒和易燃制冷剂系统的设备影响也很大，特别是氨制冷设备深受严格管控。因为氨的有毒性和易燃性，在被大规模使用时，系统对安全的要求也是最严格的。
制冷系统的操作安全规范一般是由各个国家立法制定，然而随着欧洲标准的发展，EN 378法令逐步发展为一套非常全面且规范的标注，且逐渐被别国采用。
2.2 从本地化到全球化
随着时间的发展，许多制冷承包公司已经成长成大公司。国际化制冷公司也逐步形成。为了能够同时规范这些企业， 设备厂家和组件生产商遵循的安全规范也需要同时变革。国际化承包商需要能够全球化通用的产品和服务。
2.3“总成本”关注上升
提高效率是一个非常宽泛的议题，包含许多因素。
初始成本
初始成本不仅仅包括设备和产品的成本，它是所有初始活动成本的总和，包括项目的间接成本，从项目开始到系统运营的整个阶段。设备和产品的成本是其中的一个因素，但并不是唯一因素。
为该制冷应用所选用最佳解决方案的成本
选择合适设备的成本
产品运输、安装和调试的成本
等待的成本
项目审批的成本
及其他
缩短交货及完工时间
制冷系统对于新建一个冷库或屠宰场并不是最重要的，而项目的总成本却是最被关注和重视的。因此，制冷设备的短期交付及最短时间完成整个系统的安装非常重要。
实现快捷交付以满足全球客户的需求，让设备厂家和组件生产商面临的压力剧增。
运营成本
随着对能耗的日益关注，运营成本也成为影响制冷系统变革的一个重要因素。影响大型工业制冷系统的运行成本有几个因素。最重要的一个因素是系统设计：
单级或双级压缩氨制冷系统
氨/二氧化碳复叠系统
盐水作为载冷剂的氨系统
其他系统
当确定系统设计时，仍然有不同的方法来控制系统的总成本。相比最优解决方案，一个存在错误的解决方案可能导致大量额外的运营成本产生。错误的方案/产品选择或不完善的控制方案往往可能导致吸气管路压力损失居高不下，而这仅仅是影响系统运行能耗增加众多例子中的一个。
维护成本
在系统设计之初，维护成本并不是最重要的，然而一个质量可靠、稳定运行的产品所需的维护是最少的。产品维护本身并不那么重要，但减少系统的停机时间是非常重要的。
实现这个目标的其中一个方法是引入模块化、集成性高的阀件解决方案。
2.4 “新”制冷剂
新制冷剂在工业制冷领域并不是很常见，但是几个冷媒“老朋友”已经重出江湖，如二氧化碳和碳氢化合物。在工业制冷中，二氧化碳系统的数量在最近十年增加显著。氨通常被认为是一个在工业制冷领域被广泛接受的高效制冷剂，但不幸的是它也有一些负面的特性。
由于氨具有毒性，在设计氨系统时有许多严格的限制。
一般来说，限制系统中氨的充注量可提升系统安全性
由于氨的密度较低，在低温条件下，相比氨/二氧化碳复叠系统，氨制冷系统的效率并没有什么竞争力
氨/二氧化碳复叠系统是一种独特的能将两种天然制冷剂的优势集于一体的解决方案。通常，氨的充注量在复叠的方案下可以减少到传统氨制冷系统的1/10左右，这大大提升了系统的安全性。
相比传统的氨制冷系统，氨/ 二氧化碳复叠系统在低温度状态下的制冷效率较高。
采用氨制冷的盐水系统是另一种减少氨充注量的解决方案，但是相比与氨/二氧化碳复叠系统，盐水系统的制冷效率相对较低。
2.5新应用
对能耗的日益关注引入了能源的重复再利用，尤其是在工业生产过程中。这也是高压氨热泵系统日益受到关注的原因。
过去，由于缺乏合适的元器件，高温下氨的应用是受限制的。 然而近年来，市场上出现了越来越多耐高温高压的元器件，使得氨热泵方案变得可行。
过去，大型制冷系统都采用氨作为制冷剂。随着传统大型商业系统对环保的新诉求，越来越多的商用系统采用氨作为冷媒。例如有些大型食品零售店(超市)的制冷系统正逐步转换为氨/二氧化碳制冷系统。
小型氨直膨系统还没有被广泛采用，主要原因是缺乏合适的组件解决方案。这也是工业制冷行业目前面临的挑战之一。
2.6 环保诉求
减少对环境存在影响的制冷剂的使用，也带来了对制冷元器件密封性更高的要求。现在这种关注已经覆盖到了所有制冷剂的应用。
过去大多数工业制冷元器件都是通过法兰连接，近年来，阀门则多为采用直接焊接以减少潜在的泄漏风险。
在欧洲，欧盟已经为2020年设定了一个雄心勃勃的气候和能源目标，也称之为“20-20-20”规划。
温室气体排放相比1990年下降20%
可再生能源的使用率上升到20%
能效提升20%
3. 工业制冷发展的趋势 工业制冷的变革从未停止，也不会停止。新技术的应用以实现新的目标，本章节主要描述工业制冷发展的主流趋势。
3.1安全和环境的要求
安全与环保规范绝对是工业制冷系统的必要条件! —制造商只需按照法规生产产品即可确保合规。
安全可以划分为两类，产品性能的安全以及产品的安全操作。
欧洲制定的安全标准被认为是“最先进的”。趋势表明，全球的安全规范也正朝着目前欧洲的水平靠近.
欧洲制定的环境规范也被认为是“最先进的”。对于组件和系统制造商来说，产品防止泄漏规范是产品符合环保要求的一个重要因素。关于产品密封性的关注已是全球趋势，这意味着元器件和系统的密封性能消除或大幅降低泄漏所带来的潜在风险。相比目前欧洲所广泛采用的制冷元器件焊接连接，法兰连接、螺纹连接或其他类似形式的连接方式都存在更高的泄漏风险。
制冷系统的安全和环保规范都有国际标准支持。新的国际标准ISO 5149和ISO 14903将于近期发布，它们都是基于现有的EN 378和EN 16084标准制定的。
3.2 元器件的设计压力
工业制冷系统对高压元器件的需求无疑正在增加!
工业制冷行业相对来说是一个小行业，元器件的制造商们需要遵循一个通用规范以便产品能适用于所有市场。
在氨热泵系统中，耐压 65 bar阀件的应用潜力是非常有限的。但是如果应用在高压二氧化碳系统，它的应用前景就变得非常具有吸引力了。
最大工作压力达90 bar的元器件深受二氧化碳系统欢迎，因为此时阀件最大能承受的工作压力高于系统停机时的压力，因此无需设置为系统停机准备的冷却系统。然而，要所有大型制冷阀件和元器件在短期内都达到90 bar是不可能的。生产压力高于65 bar的产品需要一个全新的平台，需要制造商大量的投资，产品的成本也会相应大幅增加，这样额外的成本投入在经济方面是没有吸引力的。
如今市面上很少有140 bar的阀件来满足跨临界二氧化碳系统的应用需求。可达到140 bar的现有阀件最大口径是DN 25，但可以预见在未来几年更大口径阀门的需求是巨大的。
