浅谈离心式冷水机组系统节能因素分析

张允涛

摘 要：离心式冷水机组已被广泛应用在工业和民用领域，机组的冷却水循环为开放式系统，环境会对机组内部产生影响。冷水机组通常按照满负荷制冷量来选定，低负荷运行时，机组空载率增加。对机组及相关水循环组成部分采取节能调控措施，达到节能降耗效果。

关键词：冷水机组；系统节能；因素；分析

冷水机组作为核心部件，通过压缩机带动，将气态制冷剂加压，升温后送入冷凝器，经冷却水循环系统吸收热量，使之降温冷凝。制冷剂液体通过流量控制室节流装置控制，进入蒸发器气化吸热，将流经的载冷剂热量带走，完成对载冷剂制冷交换过程。

一、热交换过程中的节能因素

机组所需要的冷却水系统为开放式水循环系统，水质暴露于空气中，易产生污垢、菌藻、锈蚀物等杂质，当水体经换热铜管时，杂质附着在铜管内壁形成污垢，降低制冷效率，引起主机能耗上升。

离心冷水机组正常设定的小温差为1℃（即冷凝器饱和温度与冷却水出口温度间差值为1℃，小温差值增加，则热交换的效能下降），温度每升高1℃，主机能耗将增加3%～4%，小温差越大，能耗增加百分比幅度越快。

在系统各运行参数和工况保持不变的情况下，对冷凝器侧小温差数值动态分析，可以客观反映出冷却水与制冷剂热交换情况，通常在小温差值1.5℃～2℃区间内认为是临界温差值，超过2℃时，冷凝器热交换能耗增加，应考虑管的内部清洗[1]。

二、机组运行状况和冷冻水循环系统的节能因素

（一）机组运行状况的节能因素涵盖低负荷运行与低温冷却水运行两方面

1.低负荷运行（部分负荷运行）

冷水机组是按照制冷剂完全蒸发的情况来设计，然而在实际使用中，系统很少在满负荷下运行。部分负荷下，机组为保证用户需要的出口温度，自身调节压缩机导流叶片开闭程度来改变进入冷凝器的制冷量，流量变化而机组系统仍在全负荷运转，耗能量与制冷量比值增加明显。

2.低温冷却水运行

冷却水温度降低，会导致冷凝压力相应降低，为保持冷冻出口温度恒定，压缩机要调节工作点来适应更低冷凝压力，工作点发生变化，改变机组运行经济性，在制冷的过程中，造成能量损耗[2]。

根据流体学理论，离心机所带设施的流量与转速成正比，功率则与转速的三次方成正比。

即： G1/G2=n1/n2 p1/p2=（n1/n2）3

其中：G为流量，n为离心机转速，p为离心机输入功率

由公式可知，转速发生变化对输入功率变化是有影响的，通过改变压缩机的工况频率，来改变负荷变化时机组做功不变的状况。

通过数值监测，压缩机变速方式运行，机组输入功率值（即耗电量），均小于恒速状态。

恒速与变速情况下的单位功率消耗比较

由图得出，相同负荷下，单位功率消耗值受转速变化影响明显，负荷降低，两者能耗差值加大，由此可知，机组变速调节时，负荷越低节能效果越好。

（二）冷冻水循环系统节能因素

冷冻水系统与蒸发器构成循环回路，蒸发器入口与出口水温差为5℃，当两者差值降到3.5℃时，表明机组供应冷水量过大，应减少制冷。冷冻水循环是热交换过程中的独立系统，循环流量与携带冷量无关，负荷变化时仍处在满载循环状态，经济性能有待改善。

负荷变化载冷剂参与的循环量应随之改变，在满足换热需求情况下，实现节能降耗。对冷冻水循环量调节时，要考虑因流量变化给冷水机组稳定性及出水温度带来的影响 [3]。

针对上述情况，采取冷冻水泵变频与主干管路旁通阀控制相结合的方式，增强系统稳定性，实现有效节能。

1.水泵变频中的温差与压差控制

冷冻水循环水泵主电机变频控制，改变单位流量值，达到随负荷变化而变流量的目的。实际应用中，采集循环系统主供、主回水温差值来控制泵输送给蒸发器的变化量，确保出口温度及温差值在设定要求。由于系统分支管路的阻力不同，降低流量会影响末端点位压力值，影响局部制冷效果。压差控制是对变流量后系统各点位压力反馈值进行比较。通常情况下，压差传感器可设置在冷冻水供水、回水主管上，此采集方式对蒸发器内部流量与水压变化较为精确，但对循环系统整体情况以及末端变化的灵敏度较差，尤其对较为复杂的末端用户，不能准确反映实时状况。另一种采集方式是将压差传感器放置在最薄弱的循环末端，这样采集的数据，是最真实的运行工况，能够确保变频后系统内所有用户需求。

2.旁通阀控制

变频措施能及时调节冷冻水供应量，降低流量循环带来的能耗。为弥补蒸发器内流量变化对机组稳定性影响，在频率改变时对蒸发器内的流量进行补给，即：在蒸发器供回水主管安装旁通阀。冷冻水流经蒸发器达到设定最小限值时，蒸发器侧的流量传感器动作，控制旁通阀开启，将供出冷冻水的部分流量引到回水，在蒸发器近端形成小循环系统，进行水量补充，解决因变频减流量带来的供水不足。

综上所述，冷水机组节能降耗，要针对设施特点，制定相应方案。对系统各个组成环节综合考虑，兼顾整体性和完整性，实现运行过程有效节能。

参考文献：

[1]张学发.中央空调清洗技术.化学工业出版社[J].2008：1.2.5.

[2]王如竹.制冷原理與技术.科学出版社[J].2015：1.1.

[3]余晓平.暖通空调节能运行.北京大学出版社[J].2013：1.3.1.