淺談離心式冷水機組系統節能因素分析

張允濤

摘 要：離心式冷水機組已被廣泛應用在工業和民用領域，機組的冷卻水循環為開放式系統，環境會對機組內部產生影響。冷水機組通常按照滿負荷制冷量來選定，低負荷運行時，機組空載率增加。對機組及相關水循環組成部分采取節能調控措施，達到節能降耗效果。

關鍵詞：冷水機組；系統節能；因素；分析

冷水機組作為核心部件，通過壓縮機帶動，將氣態制冷劑加壓，升溫后送入冷凝器，經冷卻水循環系統吸收熱量，使之降溫冷凝。制冷劑液體通過流量控制室節流裝置控制，進入蒸發器氣化吸熱，將流經的載冷劑熱量帶走，完成對載冷劑制冷交換過程。

一、熱交換過程中的節能因素

機組所需要的冷卻水系統為開放式水循環系統，水質暴露于空氣中，易產生污垢、菌藻、銹蝕物等雜質，當水體經換熱銅管時，雜質附著在銅管內壁形成污垢，降低制冷效率，引起主機能耗上升。

離心冷水機組正常設定的小溫差為1℃（即冷凝器飽和溫度與冷卻水出口溫度間差值為1℃，小溫差值增加，則熱交換的效能下降），溫度每升高1℃，主機能耗將增加3%～4%，小溫差越大，能耗增加百分比幅度越快。

在系統各運行參數和工況保持不變的情況下，對冷凝器側小溫差數值動態分析，可以客觀反映出冷卻水與制冷劑熱交換情況，通常在小溫差值1.5℃～2℃區間內認為是臨界溫差值，超過2℃時，冷凝器熱交換能耗增加，應考慮管的內部清洗[1]。

二、機組運行狀況和冷凍水循環系統的節能因素

（一）機組運行狀況的節能因素涵蓋低負荷運行與低溫冷卻水運行兩方面

1.低負荷運行（部分負荷運行）

冷水機組是按照制冷劑完全蒸發的情況來設計，然而在實際使用中，系統很少在滿負荷下運行。部分負荷下，機組為保證用戶需要的出口溫度，自身調節壓縮機導流葉片開閉程度來改變進入冷凝器的制冷量，流量變化而機組系統仍在全負荷運轉，耗能量與制冷量比值增加明顯。

2.低溫冷卻水運行

冷卻水溫度降低，會導致冷凝壓力相應降低，為保持冷凍出口溫度恒定，壓縮機要調節工作點來適應更低冷凝壓力，工作點發生變化，改變機組運行經濟性，在制冷的過程中，造成能量損耗[2]。

根據流體學理論，離心機所帶設施的流量與轉速成正比，功率則與轉速的三次方成正比。

即： G1/G2=n1/n2 p1/p2=（n1/n2）3

其中：G為流量，n為離心機轉速，p為離心機輸入功率

由公式可知，轉速發生變化對輸入功率變化是有影響的，通過改變壓縮機的工況頻率，來改變負荷變化時機組做功不變的狀況。

通過數值監測，壓縮機變速方式運行，機組輸入功率值（即耗電量），均小于恒速狀態。

恒速與變速情況下的單位功率消耗比較

由圖得出，相同負荷下，單位功率消耗值受轉速變化影響明顯，負荷降低，兩者能耗差值加大，由此可知，機組變速調節時，負荷越低節能效果越好。

（二）冷凍水循環系統節能因素

冷凍水系統與蒸發器構成循環回路，蒸發器入口與出口水溫差為5℃，當兩者差值降到3.5℃時，表明機組供應冷水量過大，應減少制冷。冷凍水循環是熱交換過程中的獨立系統，循環流量與攜帶冷量無關，負荷變化時仍處在滿載循環狀態，經濟性能有待改善。

負荷變化載冷劑參與的循環量應隨之改變，在滿足換熱需求情況下，實現節能降耗。對冷凍水循環量調節時，要考慮因流量變化給冷水機組穩定性及出水溫度帶來的影響 [3]。

針對上述情況，采取冷凍水泵變頻與主干管路旁通閥控制相結合的方式，增強系統穩定性，實現有效節能。

1.水泵變頻中的溫差與壓差控制

冷凍水循環水泵主電機變頻控制，改變單位流量值，達到隨負荷變化而變流量的目的。實際應用中，采集循環系統主供、主回水溫差值來控制泵輸送給蒸發器的變化量，確保出口溫度及溫差值在設定要求。由于系統分支管路的阻力不同，降低流量會影響末端點位壓力值，影響局部制冷效果。壓差控制是對變流量后系統各點位壓力反饋值進行比較。通常情況下，壓差傳感器可設置在冷凍水供水、回水主管上，此采集方式對蒸發器內部流量與水壓變化較為精確，但對循環系統整體情況以及末端變化的靈敏度較差，尤其對較為復雜的末端用戶，不能準確反映實時狀況。另一種采集方式是將壓差傳感器放置在最薄弱的循環末端，這樣采集的數據，是最真實的運行工況，能夠確保變頻后系統內所有用戶需求。

2.旁通閥控制

變頻措施能及時調節冷凍水供應量，降低流量循環帶來的能耗。為彌補蒸發器內流量變化對機組穩定性影響，在頻率改變時對蒸發器內的流量進行補給，即：在蒸發器供回水主管安裝旁通閥。冷凍水流經蒸發器達到設定最小限值時，蒸發器側的流量傳感器動作，控制旁通閥開啟，將供出冷凍水的部分流量引到回水，在蒸發器近端形成小循環系統，進行水量補充，解決因變頻減流量帶來的供水不足。

綜上所述，冷水機組節能降耗，要針對設施特點，制定相應方案。對系統各個組成環節綜合考慮，兼顧整體性和完整性，實現運行過程有效節能。

參考文獻：

[1]張學發.中央空調清洗技術.化學工業出版社[J].2008：1.2.5.

[2]王如竹.制冷原理與技術.科學出版社[J].2015：1.1.

[3]余曉平.暖通空調節能運行.北京大學出版社[J].2013：1.3.1.