淺談離心式冷水機(jī)組系統(tǒng)節(jié)能因素分析

張允濤

摘 要：離心式冷水機(jī)組已被廣泛應(yīng)用在工業(yè)和民用領(lǐng)域，機(jī)組的冷卻水循環(huán)為開放式系統(tǒng)，環(huán)境會對機(jī)組內(nèi)部產(chǎn)生影響。冷水機(jī)組通常按照滿負(fù)荷制冷量來選定，低負(fù)荷運行時，機(jī)組空載率增加。對機(jī)組及相關(guān)水循環(huán)組成部分采取節(jié)能調(diào)控措施，達(dá)到節(jié)能降耗效果。

關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組；系統(tǒng)節(jié)能；因素；分析

冷水機(jī)組作為核心部件，通過壓縮機(jī)帶動，將氣態(tài)制冷劑加壓，升溫后送入冷凝器，經(jīng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)吸收熱量，使之降溫冷凝。制冷劑液體通過流量控制室節(jié)流裝置控制，進(jìn)入蒸發(fā)器氣化吸熱，將流經(jīng)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(jié)能因素

機(jī)組所需要的冷卻水系統(tǒng)為開放式水循環(huán)系統(tǒng)，水質(zhì)暴露于空氣中，易產(chǎn)生污垢、菌藻、銹蝕物等雜質(zhì)，當(dāng)水體經(jīng)換熱銅管時，雜質(zhì)附著在銅管內(nèi)壁形成污垢，降低制冷效率，引起主機(jī)能耗上升。

離心冷水機(jī)組正常設(shè)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(jī)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(tǒng)各運行參數(shù)和工況保持不變的情況下，對冷凝器側(cè)小溫差數(shù)值動態(tài)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(qū)間內(nèi)認(rèn)為是臨界溫差值，超過2℃時，冷凝器熱交換能耗增加，應(yīng)考慮管的內(nèi)部清洗[1]。

二、機(jī)組運行狀況和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能因素

（一）機(jī)組運行狀況的節(jié)能因素涵蓋低負(fù)荷運行與低溫冷卻水運行兩方面

1.低負(fù)荷運行（部分負(fù)荷運行）

冷水機(jī)組是按照制冷劑完全蒸發(fā)的情況來設(shè)計，然而在實際使用中，系統(tǒng)很少在滿負(fù)荷下運行。部分負(fù)荷下，機(jī)組為保證用戶需要的出口溫度，自身調(diào)節(jié)壓縮機(jī)導(dǎo)流葉片開閉程度來改變進(jìn)入冷凝器的制冷量，流量變化而機(jī)組系統(tǒng)仍在全負(fù)荷運轉(zhuǎn)，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(dǎo)致冷凝壓力相應(yīng)降低，為保持冷凍出口溫度恒定，壓縮機(jī)要調(diào)節(jié)工作點來適應(yīng)更低冷凝壓力，工作點發(fā)生變化，改變機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性，在制冷的過程中，造成能量損耗[2]。

根據(jù)流體學(xué)理論，離心機(jī)所帶設(shè)施的流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率則與轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速，p為離心機(jī)輸入功率

由公式可知，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化對輸入功率變化是有影響的，通過改變壓縮機(jī)的工況頻率，來改變負(fù)荷變化時機(jī)組做功不變的狀況。

通過數(shù)值監(jiān)測，壓縮機(jī)變速方式運行，機(jī)組輸入功率值（即耗電量），均小于恒速狀態(tài)。

恒速與變速情況下的單位功率消耗比較

由圖得出，相同負(fù)荷下，單位功率消耗值受轉(zhuǎn)速變化影響明顯，負(fù)荷降低，兩者能耗差值加大，由此可知，機(jī)組變速調(diào)節(jié)時，負(fù)荷越低節(jié)能效果越好。

（二）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能因素

冷凍水系統(tǒng)與蒸發(fā)器構(gòu)成循環(huán)回路，蒸發(fā)器入口與出口水溫差為5℃，當(dāng)兩者差值降到3.5℃時，表明機(jī)組供應(yīng)冷水量過大，應(yīng)減少制冷。冷凍水循環(huán)是熱交換過程中的獨立系統(tǒng)，循環(huán)流量與攜帶冷量無關(guān)，負(fù)荷變化時仍處在滿載循環(huán)狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)性能有待改善。

負(fù)荷變化載冷劑參與的循環(huán)量應(yīng)隨之改變，在滿足換熱需求情況下，實現(xiàn)節(jié)能降耗。對冷凍水循環(huán)量調(diào)節(jié)時，要考慮因流量變化給冷水機(jī)組穩(wěn)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(jié)合的方式，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，實現(xiàn)有效節(jié)能。

1.水泵變頻中的溫差與壓差控制

冷凍水循環(huán)水泵主電機(jī)變頻控制，改變單位流量值，達(dá)到隨負(fù)荷變化而變流量的目的。實際應(yīng)用中，采集循環(huán)系統(tǒng)主供、主回水溫差值來控制泵輸送給蒸發(fā)器的變化量，確保出口溫度及溫差值在設(shè)定要求。由于系統(tǒng)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(tǒng)各點位壓力反饋值進(jìn)行比較。通常情況下，壓差傳感器可設(shè)置在冷凍水供水、回水主管上，此采集方式對蒸發(fā)器內(nèi)部流量與水壓變化較為精確，但對循環(huán)系統(tǒng)整體情況以及末端變化的靈敏度較差，尤其對較為復(fù)雜的末端用戶，不能準(zhǔn)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(huán)末端，這樣采集的數(shù)據(jù)，是最真實的運行工況，能夠確保變頻后系統(tǒng)內(nèi)所有用戶需求。

2.旁通閥控制

變頻措施能及時調(diào)節(jié)冷凍水供應(yīng)量，降低流量循環(huán)帶來的能耗。為彌補(bǔ)蒸發(fā)器內(nèi)流量變化對機(jī)組穩(wěn)定性影響，在頻率改變時對蒸發(fā)器內(nèi)的流量進(jìn)行補(bǔ)給，即：在蒸發(fā)器供回水主管安裝旁通閥。冷凍水流經(jīng)蒸發(fā)器達(dá)到設(shè)定最小限值時，蒸發(fā)器側(cè)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(fā)器近端形成小循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行水量補(bǔ)充，解決因變頻減流量帶來的供水不足。

綜上所述，冷水機(jī)組節(jié)能降耗，要針對設(shè)施特點，制定相應(yīng)方案。對系統(tǒng)各個組成環(huán)節(jié)綜合考慮，兼顧整體性和完整性，實現(xiàn)運行過程有效節(jié)能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張學(xué)發(fā).中央空調(diào)清洗技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社[J].2008：1.2.5.

[2]王如竹.制冷原理與技術(shù).科學(xué)出版社[J].2015：1.1.

[3]余曉平.暖通空調(diào)節(jié)能運行.北京大學(xué)出版社[J].2013：1.3.1.