高溫離心式冷水機組及其特性分析

文/孫琦 約克（中國）商貿有限公司北京分公司 吉林長春 130000

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高溫離心式冷水機組及其特性分析

文/孫琦 約克（中國）商貿有限公司北京分公司 吉林長春 130000

【摘要】隨著節能環保問題的關注度不斷提高，如何在保證空調系統良好制溫性能的同時，通過技術手段實現能耗的有效降低，成為空調系統設計和開發中的重點和難點。本文則以此作為研究目標，通過高溫離心式冷水機組的概述和特性分析，提出其設計和應用的改進策略，實現了空調控制系統能耗問題的妥善解決。由此總結出，要想降低空調控制系統能耗，提高其部分負荷運行時的性能，就應在加強高溫離心式冷水機組的特性研究的同時強化其優化和改進。

【關鍵詞】高溫冷水機組；離心式；特性；部分負荷

目前大型公共建筑當中，為實現建筑內部的中央供冷，往往以水冷冷水機組作為空調控制系統的控制部件。其不僅有較大的機組制冷能力，且能效指標相對突出，受到市場和用戶的歡迎和好評。然而，空調系統的能耗占比較大，在目前節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，結合其特性和優勢，通過溫濕度獨立控制設計，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，即在中央空調控制系統當中利用溫濕度獨立控制技術，通過提高冷水機組出水溫度，進而實現冷水機組能效指標的優化，并借助于干式末段換熱的運行方式，使得空調系統由傳統的工作模式向節能模式轉變。空調系統的工作模式轉變為節能模式，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，且主要以蒸發溫度為主。而蒸發溫度提高時，可能會因系統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勢無法有效發揮。這是高溫離心式冷水機組在技術設計上的缺陷，需要通過進一步的產品設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用于空調控制系統的能效發揮效果，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相應的優化和改進。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，其蒸發溫度和冷凝溫度分別設為140C和370C。同時，過冷和過熱度均為20C。

首先探究其在標準工況設計產品中變化工作條件下數據，通過摸底試驗，分別使其在標準規定測試工況下和高出水溫度工況下運行，并得出測試數據結果。結果表明，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。離心式壓縮機經電動機供能，通過葉輪的旋轉實現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，最后經由排氣管道至冷凝器中，實現了制冷劑的壓縮作用。

在離心式制冷壓縮機運行過程中，當達到高蒸發溫度時，壓縮機的壓縮比與標準設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計不相匹配，也就導致流量無法達到額定值，機組性能因此也就無法得到相應要求。壓縮機的壓比變化導致其級效率的變化，這就要求對壓縮機設計轉速進行有效調整，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）優化調整壓縮機的設計

基于上述研究結果，要想實現離心式冷水機組性能的優化和改進，應著重與壓縮機的設計調整。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，實現冷媒流通能力的提升。需注意的是，中央空調冷水機組往往處于部分負荷狀態，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。這就要求在設計當中實現可變流截面擴壓器的設計，當流量變化時，機組負載情況即便存在較大變化，也能滿足流量的有效通行。其次，在壓縮機的設計轉速方面，也應作出相應的調整。壓縮機轉速降低則壓比也會相應變化，這就要求當壓比為2.0時，轉速需降低20%。

（二）調整后的性能測試評估

在作出相應的設計優化和調整后，為驗證設計優化效果，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。測試結果顯示，當高溫離心式冷水機組處于滿負荷狀態時，其能效指標較70C出水的離心式冷水機組提高了約33%，與設計計算指標相當。同時，當出水溫度處于160C時，其IPLV值在8.1。綜合來看，進行調整和改進后的高溫離心式冷水機組的能效指標有了顯著提升。

四、高溫離心式冷水機組優化設計要點

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

首先，應當明確的是，如離心式冷水機組要想處于高溫運行狀態，就應當對其壓縮機進行優化和設計，通過壓縮機的改造，實現整體能耗效果的提升。其次，如離心式冷水機組處于部分負荷狀態，則其能效指標將出現顯著降低。為此，在進行系統的優化設計時，應當做好負荷配置和控制方面的優化工作，以實現空調系統整體運行能耗的降低。此外，因中央空調系統難免處于部分負荷運行狀態，則通過對其在部分負荷運行性能的優化，并經由空調系統的控制策略優化，則能為空調系統的整體能效提升提供有效保證。

結語：

開發并應用高溫離心式冷水機組是空調控制系統能耗降低、能效提升的有效手段。基于對高溫離心式冷水機組特性的研究和探索，充分發揮其在能耗降低上的優勢，通過有效的改進策略，為空調控制系統能耗的降低提供重要保障，為空調企業產品優化打下堅實基礎，也為我國的節能環保事業貢獻巨大力量。

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