冷水機組在空調(diào)系統(tǒng)中的選擇應(yīng)用分析

王虎俠

0 引言

冷水機組是空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，冷水機組的性能特點對于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、投資、運行等方面起著至關(guān)重要的作用，因此冷水機組的選擇在整個空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)得到足夠重視。

1 冷水機組的設(shè)計選擇

1.1 選擇依據(jù)

冷水機組的選擇應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礂l件、設(shè)備價格、機組能耗、運行管理、機組壽命，還要兼顧環(huán)保要求。各個地方、各工程的能源條件是不盡相同的，甚至差異很大，其中包括各地的能源政策、能源價格、能源供應(yīng)的可靠性等。在確定空調(diào)冷水機組時，必須以具體工程的能源背景為基礎(chǔ)，進行技術(shù)經(jīng)濟比較。選擇空調(diào)冷水機組時，既要考慮設(shè)備性能，同時還要考慮設(shè)備的價格。冷水機組能耗是確定空調(diào)方案要考慮的重要因素，此外空調(diào)冷水機組還要求運行管理方便，故障率小，使用壽命長。

在選擇空調(diào)冷水機組時，應(yīng)遵循以下一些基本原則:

1)優(yōu)先采用以電力驅(qū)動的蒸氣壓縮式冷水機組。2)當(dāng)工程地區(qū)供電緊張，且有燃氣供應(yīng)，或者有余熱或廢熱時，可采用直燃型或蒸汽(熱水)型溴化鋰吸收式冷(熱)水機組供熱、供冷。3)具有多種能源的大型建筑，可以采用復(fù)合能源供冷、供熱。4)夏熱冬冷地區(qū)、干旱缺水地區(qū)的中小型建筑，可采用空氣源熱泵或地下埋管式地源熱泵冷(熱)水機組供冷、供熱。5)當(dāng)有天然水等資源可利用時，可采用水源熱泵冷(熱)水機組供冷、供熱。6)在峰谷電價差較大的地區(qū)，利用低谷電價時段蓄冷有顯著經(jīng)濟效益，可考慮采用電蓄冷系統(tǒng)供冷。7)積極發(fā)展集中供熱、區(qū)域供冷，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和集中供冷、供熱站。

1.2 冷水機組的選擇計算

選擇冷水機組需要考慮多種因素，主要包括建筑物的功能、建筑物全年冷(熱)負荷分布規(guī)律、各種冷水機組的特點、當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r、初投資和運行費用、環(huán)境要求等。冷水機組的選型，一般應(yīng)作方案的比較，包括蒸氣壓縮式冷水機組和溴化鋰吸收式冷水機組的比較。

以電力驅(qū)動的蒸氣壓縮式冷水機組的能效比比溴化鋰吸收式冷水機組的熱力系數(shù)高，所以對電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)，應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機組。選用時注意不同機型適宜的冷量范圍。表1給出了冷水機組不同機型適宜的冷量范圍，隨著技術(shù)的發(fā)展，適用范圍會有所變化，可通過技術(shù)經(jīng)濟比較進行選擇。

當(dāng)有壓力不低于30 kPa的蒸汽或溫度不低于80℃的熱水等適宜的熱源可利用，且系統(tǒng)制冷量不小于350 kW，所需冷水溫度不低于5℃時，應(yīng)選用溴化鋰吸收式冷水機組。

表1 蒸氣壓縮水冷式冷水機組選型范圍

對于建筑面積較大，有內(nèi)、外區(qū)分的建筑物，往往需要同時供冷又供熱，則應(yīng)考慮選擇能夠同時供冷又供熱的冷熱源，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機組。

冷水機組選型時，還應(yīng)認真考慮有關(guān)節(jié)能規(guī)定。

1.3 冷水機組容量的確定

電動壓縮式機組的總裝機容量，應(yīng)按空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷負荷確定，不另作附加。理由是:通過詳細的調(diào)查和測試表明，制冷設(shè)備裝機容量普遍偏大，這些大馬拉小車或機組閑置的情況，浪費了冷暖設(shè)備和變配電設(shè)備的大量資金，而且，當(dāng)前設(shè)備性能質(zhì)量大大提高，冷熱量均能達到產(chǎn)品樣本所列數(shù)值。另外，管道保溫性能好，構(gòu)造完善，冷、熱損失小，因此設(shè)備選型以正確的負荷計算為準(zhǔn)。此情況是針對單幢建筑的系統(tǒng)而言，對于管線較長的小區(qū)管網(wǎng)，應(yīng)按具體情況確定。

空氣源熱泵冷熱水機組冬季的制熱量，應(yīng)依據(jù)室外空氣調(diào)節(jié)計算溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)，按下式進行計算。

其中，Q為機組制熱量，kW;K1為使用地區(qū)室外空氣調(diào)節(jié)計算干球溫度的修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選取;K2為機組融霜修正系數(shù)，每小時融霜一次取0.9，兩次取0.8;q為產(chǎn)品樣本中的瞬時制熱量，kW(標(biāo)準(zhǔn)工況:室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)。

選用直燃型溴化鋰吸收式冷溫水機組時，通常按冷負荷選型，并考慮冷、熱負荷與機組供冷、供熱量的匹配。當(dāng)熱負荷大于機組供熱量時(直燃機組供熱量一般為供冷量的80%)，不應(yīng)采用加大機型的方式增加供熱量。當(dāng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，可加大高壓發(fā)生器以增加供熱量，但增加的供熱量不宜大于機組原供熱量的50%。選擇溴化鋰吸收式機組時，還應(yīng)考慮機組水側(cè)污垢腐蝕等因素，對供冷(熱)量進行修正。

1.4 設(shè)備臺數(shù)的確定

為了適應(yīng)空調(diào)負荷變化的要求，保證系統(tǒng)可靠運行，機組宜選用多臺。只有在較小工程中，當(dāng)機房面積不夠或者投資困難時，才可考慮只選一臺機組，即使如此在機組選型時也應(yīng)考慮要選用性能優(yōu)良、負荷調(diào)節(jié)性能良好、廠家服務(wù)周到的機型。實際工程中應(yīng)優(yōu)先考慮多機頭機組，包括活塞式、螺桿式與離心式機組，從而增加運行可靠性。

當(dāng)系統(tǒng)低負荷運轉(zhuǎn)時，選用多臺機組可通過控制運行臺數(shù)達到既滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負荷的需求，又降低運行費用的目的。選用多臺機組還可通過供給不同溫度的冷水實現(xiàn)分區(qū)供冷。選擇多臺機組時，從機房布置、零部件的互換以及檢修方面來看，選用同等容量的為好;但是在實際工程中，機組容量的選擇主要取決于系統(tǒng)負荷情況，尤其是最低負荷值。例如有3臺容量相同的機組，當(dāng)負荷減小到只需運行1臺機組即可時，機組仍具有較高的效率，則選擇3臺容量相同的機組是合理的。但當(dāng)負荷減小到對于1臺機組而言都是低負荷時，且在此負荷下機組運行效率很低，甚至無法正常運行時，那么配置1臺能適應(yīng)最小負荷的機組為宜。以3臺機組為例:3臺容量相同的機組的配置只有三種運行組合，分別為33.3%，66.7%，100%負荷，而選擇兩大一小的配置則有五種運行組合，如小容量機組是大容量機組的一半時，機組組合的負荷分別是20%，40%，60%，80%，100%，這對于系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟運行是有利的。

1.5 冷水機組運行調(diào)節(jié)特點

冷水機組的能量調(diào)節(jié)性能較其滿負荷下的COP值更具實際意義，大部分建筑物一年中只有幾小時出現(xiàn)空調(diào)滿負荷，每年70%的時間處在5%～60%的負荷范圍，因此我們真正關(guān)心的是冷水機組在絕大多數(shù)實際負荷條件下的性能系數(shù)，因此冷水機組的調(diào)節(jié)性能是工程設(shè)計中需要重點考慮的方面。

活塞式冷水機組的制冷量調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)壓縮機臺數(shù)或調(diào)節(jié)壓縮機氣缸的卸載裝置來完成，因此，它是有級調(diào)節(jié)。螺桿式機組的能量調(diào)節(jié)主要通過壓縮機的能量調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)，通常采用滑閥調(diào)節(jié)。多機頭機組的能量調(diào)節(jié)還可由增、減壓縮機的運行臺數(shù)來實現(xiàn)，控制程序可設(shè)定各壓縮機的加載次序。采用滑閥調(diào)節(jié)一般為無級調(diào)節(jié)，有級調(diào)節(jié)與無級調(diào)節(jié)二者比較見圖1。離心式冷水機組單機制冷量大，具有比螺桿式更高的性能系數(shù)，為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負荷變化和實現(xiàn)安全經(jīng)濟運行，需要對離心式機組的制冷量進行調(diào)節(jié)，常用的能量調(diào)節(jié)方式見表2。

溴化鋰吸收式冷水機組是通過安裝在吸收器和發(fā)生器間的稀溶液管路上的三通閥來實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)的。當(dāng)系統(tǒng)負荷減小時，通過調(diào)節(jié)三通閥將部分稀溶液旁通到濃溶液管路中流回吸收器。通過此方法可實現(xiàn)10%～100%負荷范圍的無級調(diào)節(jié)。

表2 離心式冷水機組能量調(diào)節(jié)方式

2 結(jié)語

本文從能源條件、設(shè)備價格、機組能耗、運行管理、機組壽命等方面分析了冷水機組的選擇依據(jù)，介紹了各種類型冷水機組的選型計算原則、臺數(shù)及容量確定，比較了不同類型冷水機組的運行調(diào)節(jié)特點，得出以下幾點結(jié)論:

1)空調(diào)冷水機組使用的能源主要有電力、蒸汽、燃油與燃氣和熱水，選擇冷水機組適應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r，進行詳盡的技術(shù)經(jīng)濟比較。熟悉各種類型機組的基本性能和特點并能靈活地應(yīng)用于各種工程，才能達到經(jīng)濟、合理、節(jié)能的目的。2)蒸氣壓縮式冷水機組的COP值比溴化鋰吸收式冷水機組的高，電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機組，當(dāng)有適宜的熱源可利用時可選用溴化鋰吸收式冷水機組。對于需要同時供冷又供熱的建筑，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機組。3)電動壓縮式機組的總裝機容量即為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷負荷;考慮到結(jié)晶和污垢腐蝕因素，選擇溴化鋰吸收式機組時，對供冷量應(yīng)進行修正。為了適應(yīng)實際空調(diào)負荷變化的要求，機組宜選用多臺，對于較小工程不得不選一臺冷水機組時應(yīng)優(yōu)先考慮多機頭機組。4)實際工程衡量機組效率時，不只是應(yīng)比較名義工況下的性能，還應(yīng)比較部分負荷時的性能，因此選擇冷水機組時應(yīng)充分考慮其運行調(diào)節(jié)特點。

[1]GB 50019-2003，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S］.

[2]彥啟森.空調(diào)用制冷技術(shù)[M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

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[5]陸亞俊.暖通空調(diào)[M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]葛鳳華.暖通空調(diào)設(shè)計基礎(chǔ)分析[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.