離心式冷水機組在空調系統中的應用分析

王躍峰

（山西第八建筑集團有限公司，山西 太原 030027）

1 概述

離心式冷水機組是大、中型空調工程中應用得最多的機型，尤其是單機制冷量在1000 kW以上時，設計時宜選用離心式機組。離心式冷水機組單機容量大、COP值高、重量輕、占地面積小。由于制冷劑中不混有潤滑油，蒸發器和冷凝器中不存在油膜影響，傳熱性能好，能量調節方便，大多是離心式冷水機組可以在15%～100%的范圍內能較經濟地實現無級調節，部分采用多級壓縮的離心式冷水機組還可以改善低負荷時的喘振現象。但離心式冷水機組對材料強度、加工精度和制造質量要求嚴格。當運行工況偏離設計工況時效率下降較快，而且單級壓縮機在低負荷下容易發生喘振。

離心式冷水機組種類較多，如何根據工程的實際情況選擇合適的冷水機組，已經成為每個空調制冷設計人員必須面對的課題。

2 離心式冷水機組的選擇

2.1 性能評價

離心式冷水機組單機制冷量大，具有比活塞式和螺桿式更高的性能系數，適合于大、中型工程。離心式冷水機組額定工況時的性能系數也不能完全代表機組的性能，也應在規定的工況下，按100%、75%、50%和25%負荷工況點來測定部分負荷性能，據此對機組性能作出全面評價。在設計選用或機組招標時，可要求廠商提供部分負荷性能。《公共建筑節能設計標準》中IPLV的確定如下：

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

式中，A=100%時的COP；

B=75%時的COP；

C=50%時的COP；

D=25%時的COP。

離心機的高效運行范圍在其制冷量的40%～100%之間，在機組選型時應分析建筑的空調冷負荷分布特性，盡量使所選的機組能在高效區運行，避免機組運行在其喘振區。

2.2 開啟式與半封閉式

按壓縮機與電機的相對位置不同，離心式壓縮機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。

開啟式電機轉子末端的軸流風機在運行時的噪聲很高，而半封閉電機采用噴液態冷媒進行冷卻，電機產生的噪聲極低，因此如果空調系統要求噪聲較低的場所（如醫院、電臺等）或制冷機房位于設備層時宜選擇半封閉式離心機組。

表1 開啟式離心壓縮機組與半封閉式離心壓縮機組比較

2.3 單機頭與雙機頭

離心式冷水機組根據壓縮機臺數的不同，可分為單機頭（一臺壓縮機）冷水機組和雙機頭（兩臺壓縮機）冷水機組。雙機頭離心式冷水機組的制冷循環與單機頭冷水機組相同，不同之處在于在蒸發器中吸收了冷凍水熱量后的低壓、低溫氣態制冷劑分別進入兩臺壓縮機，壓縮成高壓的氣態制冷劑再共同進入冷凝器完成制冷循環。

單機頭離心式冷水機組滿負荷下的能效比（COP值）雙機頭的要高，而雙機頭離心式冷水機組具有良好的負荷調節能力，空調冷負荷為設計冷負荷的10%～50%時一臺壓縮機運行，50%～100%負荷時兩臺同時運行，兩臺壓縮機運行時，負荷平衡功能將平衡每臺壓縮機間的負荷，以獲得機組的最佳效率。

因此，若空調系統不是很大，只選擇一臺離心式冷水機組時，建議選擇雙機頭。若選擇一臺單機頭，當單機頭機組發生機頭損壞情況時，需要進行停機檢修，這將影響整臺機組和空調系統的正常使用；若選擇一臺雙機頭冷水機組，其可靠性要比單機頭機組高，使用過程中當某個機頭發生故障或損壞時，只需將其對應的吸氣閥門關閉，另一個壓縮機機頭還可正常使用。多余大型空調系統，需要選擇很多臺冷水機組時，建議選擇單機頭，因為選擇多臺制冷機組能夠保證系統的可靠性和機組的備用性，而單機頭機組滿負荷效率高，同時壓縮機臺數的增加會帶來事故隱患的可能性大，從性能系數和可靠性方面，多臺單機頭冷水機組的并聯更為合理，但空調分區較多，冷水機組負擔區域的負荷變化較大，機組之間不具有備用性時，可以考慮選擇雙機頭，保證每個區域的最優工況。

2.4 能量調節

為了適應空調系統負荷變化和實現安全經濟運行，需要對離心式機組的制冷量進行調節，常用的能量調節方式見表2。

3 結論

文章從離心式冷水機組的性能評價、壓縮機的結構、壓縮機的臺數以及能量調節幾個方面分析了不同類型離心式冷水機組的特點，就實際的空調工程中機組選型進行了分析比較，得出以下幾點結論：

（1）機組選型時應分析建筑的空調冷負荷分布特性，盡量使所選的機組能在高效區運行，機組選型時不僅考慮滿負荷下的COP值，還要計算其IPLV值。

（2）開啟式離心機組效率高，但噪聲高，空調系統要求噪聲較低的場所或制冷機房位于設備層時宜選擇半封閉式離心機組。

（3）單機頭離心式冷水機組在滿負荷下的COP值比雙機頭冷水機組高，但在部分負荷時雙機頭冷水機組的COP值遠高于單壓縮式冷水機組。

表2 離心式冷水機組能量調節方式

（4）為了適應空調系統負荷變化和實現安全經濟運行，離心式機組需進行制冷量調節。