高溫離心式冷水機(jī)組及其特性分析

【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(shí)，通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)能耗的有效降低，成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文則以此作為研究目標(biāo)，通過高溫離心式冷水機(jī)組的概述和特性分析，提出其設(shè)計(jì)和應(yīng)用的改進(jìn)策略，實(shí)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(yùn)行時(shí)的性能，就應(yīng)在加強(qiáng)高溫離心式冷水機(jī)組的特性研究的同時(shí)強(qiáng)化其優(yōu)化和改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】高溫冷水機(jī)組；離心式；特性；部分負(fù)荷

目前大型公共建筑當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的中央供冷，往往以水冷冷水機(jī)組作為空調(diào)控制系統(tǒng)的控制部件。其不僅有較大的機(jī)組制冷能力，且能效指標(biāo)相對(duì)突出，受到市場(chǎng)和用戶的歡迎和好評(píng)。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(shí)際需求。采用高溫離心式冷水機(jī)組，結(jié)合其特性和優(yōu)勢(shì)，通過溫濕度獨(dú)立控制設(shè)計(jì)，即能有效緩解能耗問題。

一、高溫離心式冷水機(jī)組概述

所謂高溫離心式冷水機(jī)組，即在中央空調(diào)控制系統(tǒng)當(dāng)中利用溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)，通過提高冷水機(jī)組出水溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組能效指標(biāo)的優(yōu)化，并借助于干式末段換熱的運(yùn)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。空調(diào)系統(tǒng)的工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能模式，其整體運(yùn)行的能耗也就顯著降低。相較于其它冷水機(jī)組，離心式冷水機(jī)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(shí)，可能會(huì)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(jī)組能效優(yōu)勢(shì)無法有效發(fā)揮。這是高溫離心式冷水機(jī)組在技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，需要通過進(jìn)一步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究進(jìn)行有效處理和解決。

二、高溫離心式冷水機(jī)組的特性

為提升高溫離心式冷水機(jī)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(jī)組模式的特性，才能針對(duì)其運(yùn)行特性實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)。在進(jìn)行其特性研究時(shí)，為確保研究的針對(duì)性，特以4000kW的離心式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)作為研究對(duì)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(shí)，過冷和過熱度均為20C。

首先探究其在標(biāo)準(zhǔn)工況設(shè)計(jì)產(chǎn)品中變化工作條件下數(shù)據(jù)，通過摸底試驗(yàn)，分別使其在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試工況下和高出水溫度工況下運(yùn)行，并得出測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果。結(jié)果表明，在高出水溫度時(shí)，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(jì)算結(jié)果有較大出入。對(duì)其原因進(jìn)行分析，可從離心式制冷壓縮機(jī)特性切入。離心式壓縮機(jī)經(jīng)電動(dòng)機(jī)供能，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)制冷氣體的外周拋出，且在收到壓縮后，由擴(kuò)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(shí)現(xiàn)了制冷劑的壓縮作用。

在離心式制冷壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)達(dá)到高蒸發(fā)溫度時(shí)，壓縮機(jī)的壓縮比與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(jī)組的流道設(shè)計(jì)不相匹配，也就導(dǎo)致流量無法達(dá)到額定值，機(jī)組性能因此也就無法得到相應(yīng)要求。壓縮機(jī)的壓比變化導(dǎo)致其級(jí)效率的變化，這就要求對(duì)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效調(diào)整，以避免機(jī)組性能的巨大損失。

三、離心式冷水機(jī)組的改進(jìn)策略

（一）優(yōu)化調(diào)整壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)

基于上述研究結(jié)果，要想實(shí)現(xiàn)離心式冷水機(jī)組性能的優(yōu)化和改進(jìn)，應(yīng)著重與壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)冷媒流通能力的提升。需注意的是，中央空調(diào)冷水機(jī)組往往處于部分負(fù)荷狀態(tài)，其冷劑流量的變化也會(huì)造成流道面積的變化進(jìn)而影響機(jī)組的有效運(yùn)行。這就要求在設(shè)計(jì)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)可變流截面擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)，當(dāng)流量變化時(shí)，機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速方面，也應(yīng)作出相應(yīng)的調(diào)整。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低則壓比也會(huì)相應(yīng)變化，這就要求當(dāng)壓比為2.0時(shí)，轉(zhuǎn)速需降低20%。

（二）調(diào)整后的性能測(cè)試評(píng)估

在作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和調(diào)整后，為驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化效果，特利用改良后的高溫離心式冷水機(jī)組進(jìn)行性能測(cè)試和評(píng)估。在測(cè)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(jìn)行測(cè)試，并以IPLV測(cè)試工況作為測(cè)試條件。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)高溫離心式冷水機(jī)組處于滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，其能效指標(biāo)較70C出水的離心式冷水機(jī)組提高了約33%，與設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)相當(dāng)。同時(shí)，當(dāng)出水溫度處于160C時(shí)，其IPLV值在8.1。綜合來看，進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)后的高溫離心式冷水機(jī)組的能效指標(biāo)有了顯著提升。

四、高溫離心式冷水機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在掌握高溫離心式冷水機(jī)組的特性和運(yùn)行狀態(tài)之后，明確其優(yōu)化和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)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(jī)組要想處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，就應(yīng)當(dāng)對(duì)其壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，通過壓縮機(jī)的改造，實(shí)現(xiàn)整體能耗效果的提升。其次，如離心式冷水機(jī)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(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好負(fù)荷配置和控制方面的優(yōu)化工作，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，則通過對(duì)其在部分負(fù)荷運(yùn)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(jī)組是空調(diào)控制系統(tǒng)能耗降低、能效提升的有效手段。基于對(duì)高溫離心式冷水機(jī)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(shì)，通過有效的改進(jìn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為我國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)巨大力量。

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