高温离心式冷水机组及其特性分析

文/孙琦 约克（中国）商贸有限公司北京分公司 吉林长春 130000



高温离心式冷水机组及其特性分析

文/孙琦 约克（中国）商贸有限公司北京分公司 吉林长春 130000

【摘要】随着节能环保问题的关注度不断提高，如何在保证空调系统良好制温性能的同时，通过技术手段实现能耗的有效降低，成为空调系统设计和开发中的重点和难点。本文则以此作为研究目标，通过高温离心式冷水机组的概述和特性分析，提出其设计和应用的改进策略，实现了空调控制系统能耗问题的妥善解决。由此总结出，要想降低空调控制系统能耗，提高其部分负荷运行时的性能，就应在加强高温离心式冷水机组的特性研究的同时强化其优化和改进。

【关键词】高温冷水机组；离心式；特性；部分负荷

目前大型公共建筑当中，为实现建筑内部的中央供冷，往往以水冷冷水机组作为空调控制系统的控制部件。其不仅有较大的机组制冷能力，且能效指标相对突出，受到市场和用户的欢迎和好评。然而，空调系统的能耗占比较大，在目前节能降耗大背景下无法满足实际需求。采用高温离心式冷水机组，结合其特性和优势，通过温湿度独立控制设计，即能有效缓解能耗问题。

一、高温离心式冷水机组概述

所谓高温离心式冷水机组，即在中央空调控制系统当中利用温湿度独立控制技术，通过提高冷水机组出水温度，进而实现冷水机组能效指标的优化，并借助于干式末段换热的运行方式，使得空调系统由传统的工作模式向节能模式转变。空调系统的工作模式转变为节能模式，其整体运行的能耗也就显著降低。相较于其它冷水机组，离心式冷水机组出水温度显著提高，且主要以蒸发温度为主。而蒸发温度提高时，可能会因系统流量的巨大变化和压比的变化，使得离心式冷水机组能效优势无法有效发挥。这是高温离心式冷水机组在技术设计上的缺陷，需要通过进一步的产品设计和研究进行有效处理和解决。

二、高温离心式冷水机组的特性

为提升高温离心式冷水机组应用于空调控制系统的能效发挥效果，必须首先充分了解其机组模式的特性，才能针对其运行特性实现相应的优化和改进。在进行其特性研究时，为确保研究的针对性，特以4000kW的离心式冷水机组设计作为研究对象和示例。其冷媒为R134a，且COP值最高可到8.01.在研究过程中，将冷水出水温度控制在160C，其蒸发温度和冷凝温度分别设为140C和370C。同时，过冷和过热度均为20C。

首先探究其在标准工况设计产品中变化工作条件下数据，通过摸底试验，分别使其在标准规定测试工况下和高出水温度工况下运行，并得出测试数据结果。结果表明，在高出水温度时，制冷量无明显增加，且因输入功率的下降，其COP值提高了约10%，与理论计算结果有较大出入。对其原因进行分析，可从离心式制冷压缩机特性切入。离心式压缩机经电动机供能，通过叶轮的旋转实现制冷气体的外周抛出，且在收到压缩后，由扩压器流出并于蜗室汇聚，最后经由排气管道至冷凝器中，实现了制冷剂的压缩作用。

在离心式制冷压缩机运行过程中，当达到高蒸发温度时，压缩机的压缩比与标准设计工况相比往往要小，通常减小25.9%左右。压比减小，则其流量不断增加。流量的巨大变化与原机组的流道设计不相匹配，也就导致流量无法达到额定值，机组性能因此也就无法得到相应要求。压缩机的压比变化导致其级效率的变化，这就要求对压缩机设计转速进行有效调整，以避免机组性能的巨大损失。

三、离心式冷水机组的改进策略

（一）优化调整压缩机的设计

基于上述研究结果，要想实现离心式冷水机组性能的优化和改进，应着重与压缩机的设计调整。首先，为避免流通面积的阻塞效果，保证流量的有效流通，特加大流道面积，实现冷媒流通能力的提升。需注意的是，中央空调冷水机组往往处于部分负荷状态，其冷剂流量的变化也会造成流道面积的变化进而影响机组的有效运行。这就要求在设计当中实现可变流截面扩压器的设计，当流量变化时，机组负载情况即便存在较大变化，也能满足流量的有效通行。其次，在压缩机的设计转速方面，也应作出相应的调整。压缩机转速降低则压比也会相应变化，这就要求当压比为2.0时，转速需降低20%。

（二）调整后的性能测试评估

在作出相应的设计优化和调整后，为验证设计优化效果，特利用改良后的高温离心式冷水机组进行性能测试和评估。在测试当中，将冷水出水温度控制在160C，且将其依照高冷水出水温度工况进行测试，并以IPLV测试工况作为测试条件。测试结果显示，当高温离心式冷水机组处于满负荷状态时，其能效指标较70C出水的离心式冷水机组提高了约33%，与设计计算指标相当。同时，当出水温度处于160C时，其IPLV值在8.1。综合来看，进行调整和改进后的高温离心式冷水机组的能效指标有了显著提升。

四、高温离心式冷水机组优化设计要点

在掌握高温离心式冷水机组的特性和运行状态之后，明确其优化和设计要点，对于提升其在福利控制空调系统中的能耗效果有着重要意义。

首先，应当明确的是，如离心式冷水机组要想处于高温运行状态，就应当对其压缩机进行优化和设计，通过压缩机的改造，实现整体能耗效果的提升。其次，如离心式冷水机组处于部分负荷状态，则其能效指标将出现显著降低。为此，在进行系统的优化设计时，应当做好负荷配置和控制方面的优化工作，以实现空调系统整体运行能耗的降低。此外，因中央空调系统难免处于部分负荷运行状态，则通过对其在部分负荷运行性能的优化，并经由空调系统的控制策略优化，则能为空调系统的整体能效提升提供有效保证。

结语：

开发并应用高温离心式冷水机组是空调控制系统能耗降低、能效提升的有效手段。基于对高温离心式冷水机组特性的研究和探索，充分发挥其在能耗降低上的优势，通过有效的改进策略，为空调控制系统能耗的降低提供重要保障，为空调企业产品优化打下坚实基础，也为我国的节能环保事业贡献巨大力量。

参考文献：

[1]董哲生,刘新民.高温冷水机组能效特性研究的误区剖析[J].暖通空调,2011, （11）:50-54.

[2]殷平.磁悬浮离心式冷水机组和独立新风系统(1):现状[J].暖通空调,2013,（12）:91-100.

[3]王嘉,张晓亮,王旭辉,燕达,石文星,李先庭,江亿,入谷阳一郎,上田宪治,张凯.微型离心式冷水机组性能分析[J].暖通空调,2009, （05）:104-108.