工業空調冷水機組性能分析

陳賓毅

（西昌衛星發射中心海南發射場，海南文昌 571300）

0 引言

隨著我國工業現代化建設水平的不斷提升，目前各種工業工藝場合對于空調性能也提出了更高的要求。大規模的使用空調必然會帶來能耗的增加，所以工業空調冷水機組的性能也成為空調負荷分析的主要目標。結合當前空調負荷變化情況來看，冷水機組的基本參數調控是提升性能的重要途徑。為了更好分析與闡述冷水機組性能系數與測試方法，現就冷水機組的定義和工作原理分析如下。

1 工業空調冷水機組

1.1 冷水機組的定義

在制冷領域常用的冷水機包括風冷以及水冷兩種機組類型。其中，壓縮機可以分為渦旋式以及冷水式，通過溫度控制的方式來區分，包括常溫、低溫兩種冷水設備。冷水機組的常溫機組為（0～35）℃，低溫則分布于（-100～0）℃。在工業領域，冷水機組又被稱之為冷卻設備、冷凍機等，由于不同領域的應用方式與技術要求不同，所以其定義的方向也各不相同。其中，工業空調中成為冷水機組是通過水制冷的方式來實現功能。

1.2 冷水機組的工作原理

一般來說，冷水機組主要由冷凝器、壓縮機、膨脹閥和蒸發器等4 個部分組成。在上述功能設備的相互配合之下能夠實現制冷、制熱的效果。從基本的工作原理角度上來看，冷水機可以將水作為制冷劑，依靠水與溶液的相互轉化來實現制冷的效果。在工業冷卻以及空調機組當中應用時，往往需要借助于換熱器與線圈來幫助調控，其他類型的終端設備也可以在空間內分配，隨后冷卻水會重新發送回到冷凝器被終端冷卻。在工業領域中，冷凍水與液體均通過流程設備進行控制，所以在技術上需要借助于冷卻塔才能夠實現基本冷卻功能。

2 冷水機組性能系數

2.1 制冷系數

制冷系數（COP）是直接反映冷水機組性能的參數之一，其主要包括有風量、壓縮機效率以及換熱面積等參數影響。在進行系統的選擇與選配時，必須要參考COP 這個主要性能參數指標。在半封閉螺桿風冷冷水機組當中，由于其性能優越，所以制冷量一般可以高達（350～700）kW，COP 為2.5，一些工藝精良的可以超過3。而半封閉式往復活塞制冷量為（70～700）kW，其COP為2.8 左右，最高的能夠達到3.5 以上，一些大面積的機組甚至可以達到4 以上。除此之外，離心式冷水機組的效率最高，其制冷量也相對較小，普遍低于500 kW，COP 常規狀態就可以超過2.9，一些高效率的設備可以達到5 左右。

2.2 綜合負荷性能系數

根據美國空調制冷學會公布的空調冷水機組的設計參數，綜合負荷性能系數是按照加權公式計算后得到的衡量機組制冷能力的參數，該配置主要在于調整負荷的功能，所以與性能、節能效率等內容具有密切的關聯。綜合符合性能系數的設計主要結合COP，EER 等參數進行計算，是指在蒸汽壓縮循環冷水機組統一評價標準下測得的負荷數據。在進行IPLV 計算時，當機組無法正好卸載到3 個閾值進行負荷計算，可以采用標準規定插值法來進行COP，EEB 的標定，但是最低部分負荷不能夠分別低于25%，50%以及75%。值得注意的是，標準中部分負荷點的冷卻水溫變化會影響測出機組達到的負荷EER 以及COP 的值，其中LF 是滿工況條件下的部分負荷比。

3 冷水機組性能測試分析

3.1 溫度測試

溫度的測試主要任務是針對冷水機組運行過程中冷卻水與冷凍水的溫度進行測試。其中，為了確保系統運行特性得到展現，進行溫度測量時可以采用水銀溫度計與傳感器進行對比測試，實現誤差的修正，確保溫度測試的準確性。在進行溫度測試時，為了提升測試的準確度，一定要確保冷卻水與冷凍水同時進行測試。除此之外，常規的測試工具雖然能夠有效測定溫度，也可以反映出當時的溫度指標，但是考慮到電子設備有可能出現故障與損壞等問題，還是應該借助于水銀物理溫度計進行測量，整體精準度更高。

3.2 壓力測試

壓力參數的測試必須結合多種參數測量點布置配合溫度參數對應關系測量的方式來進行控制。其中，測量點接近于溫度測點，此時測量數據可以直接經過壓力傳感器來獲取。為了提升分析系統的精準度與綜合性能，可以通過在壓縮機中布置測試點的方法進行測試，吸排氣口都是很好的測試位置。壓力測試的過程中需要注意兩個方面的具體問題。一個方面，溫度的測點選擇要科學，盡可能選擇穩定性較強的地方進行測試，最好能夠直接設置溫度傳感器與壓力傳感器，這樣就能夠實現持續跟蹤測試，對于反映一些不太容易發現的問題也具有適應效果；另外一個方面，在借助于壓縮機進行布點時，應該考慮到測試位置的選擇，比如選擇吸排氣口時就需要配合完成測試點的檢查，確保測試點符合測試標準后在進行檢測。

3.3 負荷測試

進行部分負荷測試是確保工業空調冷水機組不同功能區域均能夠達到預期的測試性能要求。負荷測試過程中需要保持機組在不同的負荷條件下進行運轉，一般來說滿負荷狀態下的COP 最高，而在部分負荷下則會適當降低。但是，在實際的測試中會發現，由于多種外界因素的影響，實際上在負荷為70%左右時的COP 值最高，這個時候總換熱量降低但是換熱面積卻增加，所以整個冷水機組的性能效率也會得到提升。根據上述分析判斷，IPLV 的值會受到多種部分功能構件的性能影響與限制，包括機組的測試工況條件、壓縮機、蒸發器以及電機等等都被包括在內。除此之外，負荷每降低一定的數值，測試的標準也會發生變化，評價系統的部分負荷性能都可以得到良好的支撐。其中，我國冷水機組應用最為廣泛的是我國的南部地區，這些區域的濕度較高且年平均溫度較高，所以進行負荷測試時也應該突出這兩個方面的特征。

4 總結

在工業空調冷水機組的正常使用過程中，由于不同的工況條件下負荷不盡相同，因此如何調節最適合能源控制的性能來適應成本控制的客觀要求就成為了冷水機組性能測試的主要目標。結合本文介紹的制冷系數以及綜合負荷性能系數的參數標準介紹了溫度、壓力以及負荷等方面的測試分析途徑，也希望能夠對完善我國冷水機組性能測試分析標準，提升分析技術的針對性提供思路和見解。