離心式冷水機(jī)組在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

王躍峰

（山西第八建筑集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027）

1 概述

離心式冷水機(jī)組是大、中型空調(diào)工程中應(yīng)用得最多的機(jī)型，尤其是單機(jī)制冷量在1000 kW以上時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)宜選用離心式機(jī)組。離心式冷水機(jī)組單機(jī)容量大、COP值高、重量輕、占地面積小。由于制冷劑中不混有潤(rùn)滑油，蒸發(fā)器和冷凝器中不存在油膜影響，傳熱性能好，能量調(diào)節(jié)方便，大多是離心式冷水機(jī)組可以在15%～100%的范圍內(nèi)能較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，部分采用多級(jí)壓縮的離心式冷水機(jī)組還可以改善低負(fù)荷時(shí)的喘振現(xiàn)象。但離心式冷水機(jī)組對(duì)材料強(qiáng)度、加工精度和制造質(zhì)量要求嚴(yán)格。當(dāng)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)效率下降較快，而且單級(jí)壓縮機(jī)在低負(fù)荷下容易發(fā)生喘振。

離心式冷水機(jī)組種類較多，如何根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇合適的冷水機(jī)組，已經(jīng)成為每個(gè)空調(diào)制冷設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的課題。

2 離心式冷水機(jī)組的選擇

2.1 性能評(píng)價(jià)

離心式冷水機(jī)組單機(jī)制冷量大，具有比活塞式和螺桿式更高的性能系數(shù)，適合于大、中型工程。離心式冷水機(jī)組額定工況時(shí)的性能系數(shù)也不能完全代表機(jī)組的性能，也應(yīng)在規(guī)定的工況下，按100%、75%、50%和25%負(fù)荷工況點(diǎn)來(lái)測(cè)定部分負(fù)荷性能，據(jù)此對(duì)機(jī)組性能作出全面評(píng)價(jià)。在設(shè)計(jì)選用或機(jī)組招標(biāo)時(shí)，可要求廠商提供部分負(fù)荷性能?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中IPLV的確定如下：

IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D

式中，A=100%時(shí)的COP；

B=75%時(shí)的COP；

C=50%時(shí)的COP；

D=25%時(shí)的COP。

離心機(jī)的高效運(yùn)行范圍在其制冷量的40%～100%之間，在機(jī)組選型時(shí)應(yīng)分析建筑的空調(diào)冷負(fù)荷分布特性，盡量使所選的機(jī)組能在高效區(qū)運(yùn)行，避免機(jī)組運(yùn)行在其喘振區(qū)。

2.2 開啟式與半封閉式

按壓縮機(jī)與電機(jī)的相對(duì)位置不同，離心式壓縮機(jī)組大致分為半封閉式和開啟式兩種，兩者之間的比較見表1。

開啟式電機(jī)轉(zhuǎn)子末端的軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的噪聲很高，而半封閉電機(jī)采用噴液態(tài)冷媒進(jìn)行冷卻，電機(jī)產(chǎn)生的噪聲極低，因此如果空調(diào)系統(tǒng)要求噪聲較低的場(chǎng)所（如醫(yī)院、電臺(tái)等）或制冷機(jī)房位于設(shè)備層時(shí)宜選擇半封閉式離心機(jī)組。

表1 開啟式離心壓縮機(jī)組與半封閉式離心壓縮機(jī)組比較

2.3 單機(jī)頭與雙機(jī)頭

離心式冷水機(jī)組根據(jù)壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)的不同，可分為單機(jī)頭（一臺(tái)壓縮機(jī)）冷水機(jī)組和雙機(jī)頭（兩臺(tái)壓縮機(jī)）冷水機(jī)組。雙機(jī)頭離心式冷水機(jī)組的制冷循環(huán)與單機(jī)頭冷水機(jī)組相同，不同之處在于在蒸發(fā)器中吸收了冷凍水熱量后的低壓、低溫氣態(tài)制冷劑分別進(jìn)入兩臺(tái)壓縮機(jī)，壓縮成高壓的氣態(tài)制冷劑再共同進(jìn)入冷凝器完成制冷循環(huán)。

單機(jī)頭離心式冷水機(jī)組滿負(fù)荷下的能效比（COP值）雙機(jī)頭的要高，而雙機(jī)頭離心式冷水機(jī)組具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，空調(diào)冷負(fù)荷為設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的10%～50%時(shí)一臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行，50%～100%負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷平衡功能將平衡每臺(tái)壓縮機(jī)間的負(fù)荷，以獲得機(jī)組的最佳效率。

因此，若空調(diào)系統(tǒng)不是很大，只選擇一臺(tái)離心式冷水機(jī)組時(shí)，建議選擇雙機(jī)頭。若選擇一臺(tái)單機(jī)頭，當(dāng)單機(jī)頭機(jī)組發(fā)生機(jī)頭損壞情況時(shí)，需要進(jìn)行停機(jī)檢修，這將影響整臺(tái)機(jī)組和空調(diào)系統(tǒng)的正常使用；若選擇一臺(tái)雙機(jī)頭冷水機(jī)組，其可靠性要比單機(jī)頭機(jī)組高，使用過(guò)程中當(dāng)某個(gè)機(jī)頭發(fā)生故障或損壞時(shí)，只需將其對(duì)應(yīng)的吸氣閥門關(guān)閉，另一個(gè)壓縮機(jī)機(jī)頭還可正常使用。多余大型空調(diào)系統(tǒng)，需要選擇很多臺(tái)冷水機(jī)組時(shí)，建議選擇單機(jī)頭，因?yàn)檫x擇多臺(tái)制冷機(jī)組能夠保證系統(tǒng)的可靠性和機(jī)組的備用性，而單機(jī)頭機(jī)組滿負(fù)荷效率高，同時(shí)壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)的增加會(huì)帶來(lái)事故隱患的可能性大，從性能系數(shù)和可靠性方面，多臺(tái)單機(jī)頭冷水機(jī)組的并聯(lián)更為合理，但空調(diào)分區(qū)較多，冷水機(jī)組負(fù)擔(dān)區(qū)域的負(fù)荷變化較大，機(jī)組之間不具有備用性時(shí)，可以考慮選擇雙機(jī)頭，保證每個(gè)區(qū)域的最優(yōu)工況。

2.4 能量調(diào)節(jié)

為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化和實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對(duì)離心式機(jī)組的制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，常用的能量調(diào)節(jié)方式見表2。

3 結(jié)論

文章從離心式冷水機(jī)組的性能評(píng)價(jià)、壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、壓縮機(jī)的臺(tái)數(shù)以及能量調(diào)節(jié)幾個(gè)方面分析了不同類型離心式冷水機(jī)組的特點(diǎn)，就實(shí)際的空調(diào)工程中機(jī)組選型進(jìn)行了分析比較，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）機(jī)組選型時(shí)應(yīng)分析建筑的空調(diào)冷負(fù)荷分布特性，盡量使所選的機(jī)組能在高效區(qū)運(yùn)行，機(jī)組選型時(shí)不僅考慮滿負(fù)荷下的COP值，還要計(jì)算其IPLV值。

（2）開啟式離心機(jī)組效率高，但噪聲高，空調(diào)系統(tǒng)要求噪聲較低的場(chǎng)所或制冷機(jī)房位于設(shè)備層時(shí)宜選擇半封閉式離心機(jī)組。

（3）單機(jī)頭離心式冷水機(jī)組在滿負(fù)荷下的COP值比雙機(jī)頭冷水機(jī)組高，但在部分負(fù)荷時(shí)雙機(jī)頭冷水機(jī)組的COP值遠(yuǎn)高于單壓縮式冷水機(jī)組。

表2 離心式冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)方式

（4）為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化和實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，離心式機(jī)組需進(jìn)行制冷量調(diào)節(jié)。