高溫離心式冷水機組及其特性分析

文/孫琦 約克（中國）商貿(mào)有限公司北京分公司 吉林長春 130000

?

高溫離心式冷水機組及其特性分析

文/孫琦 約克（中國）商貿(mào)有限公司北京分公司 吉林長春 130000

【摘要】隨著節(jié)能環(huán)保問題的關(guān)注度不斷提高，如何在保證空調(diào)系統(tǒng)良好制溫性能的同時，通過技術(shù)手段實現(xiàn)能耗的有效降低，成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)中的重點和難點。本文則以此作為研究目標(biāo)，通過高溫離心式冷水機組的概述和特性分析，提出其設(shè)計和應(yīng)用的改進策略，實現(xiàn)了空調(diào)控制系統(tǒng)能耗問題的妥善解決。由此總結(jié)出，要想降低空調(diào)控制系統(tǒng)能耗，提高其部分負(fù)荷運行時的性能，就應(yīng)在加強高溫離心式冷水機組的特性研究的同時強化其優(yōu)化和改進。

【關(guān)鍵詞】高溫冷水機組；離心式；特性；部分負(fù)荷

目前大型公共建筑當(dāng)中，為實現(xiàn)建筑內(nèi)部的中央供冷，往往以水冷冷水機組作為空調(diào)控制系統(tǒng)的控制部件。其不僅有較大的機組制冷能力，且能效指標(biāo)相對突出，受到市場和用戶的歡迎和好評。然而，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比較大，在目前節(jié)能降耗大背景下無法滿足實際需求。采用高溫離心式冷水機組，結(jié)合其特性和優(yōu)勢，通過溫濕度獨立控制設(shè)計，即能有效緩解能耗問題。

一、高溫離心式冷水機組概述

所謂高溫離心式冷水機組，即在中央空調(diào)控制系統(tǒng)當(dāng)中利用溫濕度獨立控制技術(shù)，通過提高冷水機組出水溫度，進而實現(xiàn)冷水機組能效指標(biāo)的優(yōu)化，并借助于干式末段換熱的運行方式，使得空調(diào)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的工作模式向節(jié)能模式轉(zhuǎn)變?？照{(diào)系統(tǒng)的工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能模式，其整體運行的能耗也就顯著降低。相較于其它冷水機組，離心式冷水機組出水溫度顯著提高，且主要以蒸發(fā)溫度為主。而蒸發(fā)溫度提高時，可能會因系統(tǒng)流量的巨大變化和壓比的變化，使得離心式冷水機組能效優(yōu)勢無法有效發(fā)揮。這是高溫離心式冷水機組在技術(shù)設(shè)計上的缺陷，需要通過進一步的產(chǎn)品設(shè)計和研究進行有效處理和解決。

二、高溫離心式冷水機組的特性

為提升高溫離心式冷水機組應(yīng)用于空調(diào)控制系統(tǒng)的能效發(fā)揮效果，必須首先充分了解其機組模式的特性，才能針對其運行特性實現(xiàn)相應(yīng)的優(yōu)化和改進。在進行其特性研究時，為確保研究的針對性，特以4000kW的離心式冷水機組設(shè)計作為研究對象和示例。其冷媒為R134a，且COP值最高可到8.01.在研究過程中，將冷水出水溫度控制在160C，其蒸發(fā)溫度和冷凝溫度分別設(shè)為140C和370C。同時，過冷和過熱度均為20C。

首先探究其在標(biāo)準(zhǔn)工況設(shè)計產(chǎn)品中變化工作條件下數(shù)據(jù)，通過摸底試驗，分別使其在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測試工況下和高出水溫度工況下運行，并得出測試數(shù)據(jù)結(jié)果。結(jié)果表明，在高出水溫度時，制冷量無明顯增加，且因輸入功率的下降，其COP值提高了約10%，與理論計算結(jié)果有較大出入。對其原因進行分析，可從離心式制冷壓縮機特性切入。離心式壓縮機經(jīng)電動機供能，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)制冷氣體的外周拋出，且在收到壓縮后，由擴壓器流出并于蝸室匯聚，最后經(jīng)由排氣管道至冷凝器中，實現(xiàn)了制冷劑的壓縮作用。

在離心式制冷壓縮機運行過程中，當(dāng)達到高蒸發(fā)溫度時，壓縮機的壓縮比與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況相比往往要小，通常減小25.9%左右。壓比減小，則其流量不斷增加。流量的巨大變化與原機組的流道設(shè)計不相匹配，也就導(dǎo)致流量無法達到額定值，機組性能因此也就無法得到相應(yīng)要求。壓縮機的壓比變化導(dǎo)致其級效率的變化，這就要求對壓縮機設(shè)計轉(zhuǎn)速進行有效調(diào)整，以避免機組性能的巨大損失。

三、離心式冷水機組的改進策略

（一）優(yōu)化調(diào)整壓縮機的設(shè)計

基于上述研究結(jié)果，要想實現(xiàn)離心式冷水機組性能的優(yōu)化和改進，應(yīng)著重與壓縮機的設(shè)計調(diào)整。首先，為避免流通面積的阻塞效果，保證流量的有效流通，特加大流道面積，實現(xiàn)冷媒流通能力的提升。需注意的是，中央空調(diào)冷水機組往往處于部分負(fù)荷狀態(tài)，其冷劑流量的變化也會造成流道面積的變化進而影響機組的有效運行。這就要求在設(shè)計當(dāng)中實現(xiàn)可變流截面擴壓器的設(shè)計，當(dāng)流量變化時，機組負(fù)載情況即便存在較大變化，也能滿足流量的有效通行。其次，在壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速方面，也應(yīng)作出相應(yīng)的調(diào)整。壓縮機轉(zhuǎn)速降低則壓比也會相應(yīng)變化，這就要求當(dāng)壓比為2.0時，轉(zhuǎn)速需降低20%。

（二）調(diào)整后的性能測試評估

在作出相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化和調(diào)整后，為驗證設(shè)計優(yōu)化效果，特利用改良后的高溫離心式冷水機組進行性能測試和評估。在測試當(dāng)中，將冷水出水溫度控制在160C，且將其依照高冷水出水溫度工況進行測試，并以IPLV測試工況作為測試條件。測試結(jié)果顯示，當(dāng)高溫離心式冷水機組處于滿負(fù)荷狀態(tài)時，其能效指標(biāo)較70C出水的離心式冷水機組提高了約33%，與設(shè)計計算指標(biāo)相當(dāng)。同時，當(dāng)出水溫度處于160C時，其IPLV值在8.1。綜合來看，進行調(diào)整和改進后的高溫離心式冷水機組的能效指標(biāo)有了顯著提升。

四、高溫離心式冷水機組優(yōu)化設(shè)計要點

在掌握高溫離心式冷水機組的特性和運行狀態(tài)之后，明確其優(yōu)化和設(shè)計要點，對于提升其在福利控制空調(diào)系統(tǒng)中的能耗效果有著重要意義。

首先，應(yīng)當(dāng)明確的是，如離心式冷水機組要想處于高溫運行狀態(tài)，就應(yīng)當(dāng)對其壓縮機進行優(yōu)化和設(shè)計，通過壓縮機的改造，實現(xiàn)整體能耗效果的提升。其次，如離心式冷水機組處于部分負(fù)荷狀態(tài)，則其能效指標(biāo)將出現(xiàn)顯著降低。為此，在進行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)做好負(fù)荷配置和控制方面的優(yōu)化工作，以實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)整體運行能耗的降低。此外，因中央空調(diào)系統(tǒng)難免處于部分負(fù)荷運行狀態(tài)，則通過對其在部分負(fù)荷運行性能的優(yōu)化，并經(jīng)由空調(diào)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化，則能為空調(diào)系統(tǒng)的整體能效提升提供有效保證。

結(jié)語：

開發(fā)并應(yīng)用高溫離心式冷水機組是空調(diào)控制系統(tǒng)能耗降低、能效提升的有效手段?；趯Ω邷仉x心式冷水機組特性的研究和探索，充分發(fā)揮其在能耗降低上的優(yōu)勢，通過有效的改進策略，為空調(diào)控制系統(tǒng)能耗的降低提供重要保障，為空調(diào)企業(yè)產(chǎn)品優(yōu)化打下堅實基礎(chǔ)，也為我國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)貢獻巨大力量。

參考文獻：

[1]董哲生,劉新民.高溫冷水機組能效特性研究的誤區(qū)剖析[J].暖通空調(diào),2011, （11）:50-54.

[2]殷平.磁懸浮離心式冷水機組和獨立新風(fēng)系統(tǒng)(1):現(xiàn)狀[J].暖通空調(diào),2013,（12）:91-100.

[3]王嘉,張曉亮,王旭輝,燕達,石文星,李先庭,江億,入谷陽一郎,上田憲治,張凱.微型離心式冷水機組性能分析[J].暖通空調(diào),2009, （05）:104-108.