【學(xué)員問題】空調(diào)系統(tǒng)中制冷機(jī)的選擇與節(jié)能？

　　【解答】一、制冷系統(tǒng)的耗能現(xiàn)狀

　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人民生活水平的不斷提高，能源的供給必有大幅度增加。但由于我國(guó)目前的能源利用率較低，造成能源的極大浪費(fèi)。我國(guó)決心在“十一五”期間使單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低2O%左右，這相當(dāng)于共節(jié)約2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)有關(guān)方面估算，如果將2O%的節(jié)能降耗目標(biāo)具體分解到每年，“十一五”期間中國(guó)的年節(jié)能率要達(dá)到4.4%.這體現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的要求，是現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的需要。

　　空調(diào)系統(tǒng)是能耗大戶。建筑直接耗能占社會(huì)總耗能的15%～2O%，采暖與空調(diào)能耗占建筑總能耗的3O%～5O%，如果不采用節(jié)能措施，必將給供電系統(tǒng)造成很大的壓力，也會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生不利的影響。制冷與空調(diào)設(shè)備的節(jié)能，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展具有極其重要的意義。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)而言，從設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行到管理每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能性有著重要的影響，其中制冷機(jī)的選擇對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的耗能大小起著決定性的影響。

　　二、制冷機(jī)選擇與節(jié)能

　　2.1、常用制冷壓縮機(jī)種類、特點(diǎn)與應(yīng)用

　　在工程實(shí)際中，常用的制冷壓縮機(jī)有活塞式、離心式、螺桿式、渦旋式四種類型。在各類制冷壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍和冷量范圍�；钊�式制冷壓縮機(jī)是使用歷史最長(zhǎng)的壓縮機(jī)，我國(guó)的生產(chǎn)、制造的技術(shù)很成熟，運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)也很豐富，造價(jià)較低廉，應(yīng)用普遍，突出的缺點(diǎn)是熱效率相對(duì)較低。其目前用于工程的單機(jī)制冷量在5.8～1745KW、之間。

　　螺桿式壓縮機(jī)與活塞式制冷壓縮機(jī)相比，具有易損件少、體積小、重量輕、單機(jī)壓縮比大、對(duì)濕行程不敏感、振動(dòng)小、熱效率較高等許多優(yōu)點(diǎn)，而且制冷量可在1O%～100%的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。較突出的缺點(diǎn)是噪音較大，耗油量大，價(jià)格相對(duì)較昂貴。其制冷量主要在150～1500KW、范圍內(nèi)。

　　離心式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)相比，具有轉(zhuǎn)速高、制冷量大、易損件少、維護(hù)簡(jiǎn)單、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、振動(dòng)小、對(duì)基礎(chǔ)要求低、潤(rùn)滑油和制冷劑基本不接觸等優(yōu)點(diǎn)，通�？稍�3O%～100%范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。其主要缺點(diǎn)是單機(jī)制冷量不宜太小，一般用于350KW、以上的場(chǎng)合，在1500KW、以上的大冷量場(chǎng)合有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　渦旋式壓縮機(jī)屬于新型的壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力平衡性能好、沒有吸氣閥片、易損件少、容積效率最高、轉(zhuǎn)速變化范圍很大，價(jià)格相對(duì)較高，目前主要應(yīng)用在5～70KW、的中等冷量范圍內(nèi)。

　　2.2、制冷機(jī)類型的選擇與節(jié)能

　　選擇制冷機(jī)時(shí)應(yīng)從溫度范圍、制冷量、一次性投資、運(yùn)行管理費(fèi)用、安全與環(huán)保等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

　　不同工況的壓縮機(jī)，其性能和可靠性有很大的差別。在選擇壓縮機(jī)時(shí)要根據(jù)工程實(shí)際的溫度需要選取合適的壓縮機(jī)。我國(guó)新的壓縮機(jī)名義工況標(biāo)準(zhǔn)（GB10871—89等）中將舊國(guó)標(biāo)中規(guī)定的各種形式壓縮機(jī)的名義工況由原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)工況和低溫工況兩種改為高溫工況、中溫工況和低溫工況三種。例如從表1、表2所示。各生產(chǎn)廠家在標(biāo)注自己產(chǎn)品時(shí)可能會(huì)有差別。如果選擇的壓縮機(jī)和工程實(shí)際的工況條件不符合，則勢(shì)必造成制冷系統(tǒng)的使用經(jīng)濟(jì)性下降、能耗增加、效率下降，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性降低，甚至發(fā)生危險(xiǎn)。設(shè)計(jì)人員在選擇壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格核對(duì)相關(guān)參數(shù)，嚴(yán)格控制壓縮機(jī)的使用工況不能超出極限條件。

　　由于各種類型壓縮機(jī)性能特點(diǎn)的差異，制冷機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用中有著不同的應(yīng)用范圍。有關(guān)文獻(xiàn)介紹：當(dāng)冷量大于580KW、時(shí)，選擇離心式制冷機(jī)比選擇其它制冷機(jī)具有相對(duì)較低的成本費(fèi)用和更高的可靠性；而當(dāng)冷量在350KW~1500KW、時(shí)，螺桿式壓縮機(jī)比離心式壓縮機(jī)具有更好的部分負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，部分符合時(shí)其效率比離心式壓縮機(jī)高8%～1O%；冷量小于750KW、時(shí)，螺桿式壓縮機(jī)比往復(fù)式壓縮機(jī)具有更高的可靠性和效率、易于維護(hù)保養(yǎng)。從節(jié)能角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員在選擇制冷機(jī)時(shí)應(yīng)根據(jù)各種類型壓縮機(jī)的性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍、工程實(shí)際的冷量負(fù)荷、工程實(shí)際對(duì)部分符合調(diào)節(jié)的要求等選擇合適的制冷機(jī)。

　　選擇制冷機(jī)時(shí)應(yīng)該注意，在冷量相同情況下，機(jī)種不同其一次性投資會(huì)有很大差別，運(yùn)行管理費(fèi)用也不同。在介紹了空調(diào)用制冷機(jī)不同選型時(shí)的相對(duì)價(jià)格和運(yùn)行管理費(fèi)用的對(duì)比值，如表3.在2002年對(duì)空調(diào)用不同類型制冷機(jī)運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行詳細(xì)比較，如表4.制冷機(jī)的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，各種類型制冷機(jī)運(yùn)行管理費(fèi)用的差別越大，運(yùn)行管理費(fèi)用在設(shè)計(jì)選型中的地位越重要。如螺桿式制冷機(jī)安全可靠、維修周期長(zhǎng)，在運(yùn)行時(shí)不需要運(yùn)行管理人員長(zhǎng)時(shí)間的操作管理，其相對(duì)增加的一次性投資完全可以從運(yùn)行管理費(fèi)用等方面得到補(bǔ)償。根據(jù)制冷設(shè)計(jì)規(guī)范“當(dāng)有壓力不低于30kPa（0.3kgf/c㎡）的蒸汽或溫度不低于8O℃的熱水等適宜的熱源可資利用，且制冷量大于或等于350KW（30×104kcal/h），所需冷水溫度不低于5℃時(shí)，就采用溴化鋰吸收式制冷。”溴化鋰吸收式冷水機(jī)組設(shè)置在沒有低品位蒸汽或熱水的環(huán)境即沒有低品位熱源可以利用時(shí)，其性能系數(shù)一般為1.5～1.7，而螺桿式制冷機(jī)組性能系數(shù)達(dá)4.5～5.0，離心式制冷冷機(jī)組性能系數(shù)達(dá)到5.0以上，活塞式制冷機(jī)組達(dá)4.0.目前工業(yè)電價(jià)0.95元/（KW、·h），燃料價(jià)格呈上漲趨勢(shì)，輕柴油平均4元/kg.按當(dāng)前電價(jià)和燃料價(jià)格計(jì)算，溴化鋰吸收式冷水機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用比活塞式、離心式、螺桿式冷水機(jī)組都高。選型時(shí)應(yīng)綜合考慮一次性投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，同時(shí)應(yīng)注意當(dāng)?shù)仉妰r(jià)、燃料價(jià)格和其他因素。

　　制冷機(jī)選型時(shí)還應(yīng)注意振動(dòng)、噪聲、安全與環(huán)保等問題�，F(xiàn)在國(guó)家政策對(duì)于環(huán)保的問題越來(lái)越重視，制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲等環(huán)保項(xiàng)目不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)規(guī)定，否則會(huì)受到相關(guān)的經(jīng)濟(jì)制裁。

　　2.3、制冷壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)、容量的選擇與節(jié)能

　　制冷壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)和容量的選擇，關(guān)系到制冷系統(tǒng)的運(yùn)行管理費(fèi)用的大小，這主要體現(xiàn)在部分負(fù)荷能量調(diào)節(jié)時(shí)的費(fèi)用和制冷壓縮機(jī)的損耗上。制冷壓縮機(jī)的臺(tái)數(shù)和容量應(yīng)盡量少，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)和便于管理操作；應(yīng)便于能量調(diào)節(jié)、單機(jī)負(fù)載率盡量高以利節(jié)能；應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際確定是否設(shè)置備用壓縮機(jī)。

　　壓縮機(jī)的輸氣量調(diào)節(jié)中，氣體的壓縮功隨著輸氣量的減小而減少，螺桿式壓縮機(jī)幾乎是成正比例減少，但壓縮機(jī)的機(jī)械損耗維持不變。因此，同樣容量的系統(tǒng)，采用多機(jī)并聯(lián)代替單臺(tái)壓縮機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)可節(jié)省功率，特別是冷量較大的系統(tǒng)。對(duì)同一系統(tǒng)中采用單機(jī)和四機(jī)并聯(lián)的耗能進(jìn)行了比較。四機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)在部分負(fù)荷75%、5O%、25%時(shí)分別停開l、2、3臺(tái)壓縮機(jī)，其余壓縮全負(fù)荷工作。從比較數(shù)據(jù)看，負(fù)荷越小，系統(tǒng)的節(jié)能率越高；當(dāng)部分負(fù)荷為25%時(shí)，四機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)比單機(jī)系統(tǒng)節(jié)能42%.從表5中數(shù)據(jù)看出，在部分負(fù)荷時(shí)，四機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)節(jié)能是相當(dāng)可觀的。

　　離心式壓縮機(jī)由于具有“喘振”和“堵塞”工況點(diǎn)，其高效工作范圍在4O%～100%之間，在選擇確定壓縮機(jī)容量和臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)盡可能選用單機(jī)制冷量大的制冷機(jī)組，減少所用的臺(tái)數(shù)。

　　多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的另一種壓縮機(jī)選擇方式是將大冷量的壓縮機(jī)和相對(duì)小冷量壓縮機(jī)并聯(lián)。全負(fù)荷時(shí)，大冷量和小冷量壓縮機(jī)全部投入工作；部分負(fù)荷時(shí)，可停一臺(tái)或數(shù)臺(tái)大冷量壓縮機(jī)，使各運(yùn)行壓縮機(jī)滿負(fù)荷工作，同時(shí)讓運(yùn)行壓縮機(jī)冷量總和與部分負(fù)荷相適應(yīng)。

　　多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)有著很大的節(jié)能潛力，但是多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)也有不利的方面。多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)采用多臺(tái)壓縮機(jī)，則系統(tǒng)一次性投資將增大；壓縮機(jī)的容量減少，其效率通常會(huì)有所降低，系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)壓縮機(jī)的質(zhì)量要求也提高了；多臺(tái)壓縮機(jī)占用的空間也增大。所以，在工程實(shí)際中選擇壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)和容量時(shí)應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際情況進(jìn)行具體分析后決定。

　　2.4、壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)方式的選擇與節(jié)能

　　壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的最終目的是使壓縮機(jī)的產(chǎn)冷量與外界熱負(fù)荷相平衡，能量調(diào)節(jié)方式的選擇決定了壓縮機(jī)部分負(fù)荷時(shí)能量調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。

　　不同的壓縮機(jī)有不同的能量調(diào)節(jié)方式。

　　工程實(shí)際中活塞式壓縮機(jī)常用的能量調(diào)節(jié)方式有：頂開吸氣閥片調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、多機(jī)并聯(lián)調(diào)節(jié)、間隙運(yùn)行調(diào)節(jié)等幾種方式�；钊�式壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方式多為有級(jí)調(diào)節(jié)，如8缸壓縮機(jī)可有1/4、1/2、3/4、1四檔運(yùn)行；能量調(diào)節(jié)時(shí)活塞和連桿等零部件仍然在運(yùn)動(dòng)，機(jī)械摩擦仍存在，壓縮機(jī)能耗減小不多；間隙運(yùn)行使壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和壓縮機(jī)都不利。總的來(lái)說(shuō)，活塞式壓縮機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)能量調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性都不高，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適方式。螺桿式壓縮機(jī)多采用滑閥調(diào)節(jié)能量、滑閥調(diào)節(jié)可以在1O%～100%范圍內(nèi)連續(xù)無(wú)級(jí)地進(jìn)行，在部分負(fù)荷為4O以上、內(nèi)容積比較小時(shí)，功率和制冷量的幾乎是成正比的，在部分負(fù)荷4O%以下、內(nèi)容積比較大時(shí)，效率降低較多。國(guó)內(nèi)一些廠家研發(fā)的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以在2.6～5范圍內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠很好地配合滑閥進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。螺桿式壓縮機(jī)優(yōu)良的能量調(diào)節(jié)性能使得它能在較惡劣的，冷量變化較大的中、大冷量場(chǎng)合使用。

　　離心式壓縮機(jī)常用的能量調(diào)節(jié)方法有：變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)、進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、冷凝器冷卻水量調(diào)節(jié)等。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)這兩種方式經(jīng)濟(jì)性較好，在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用。例如有關(guān)文獻(xiàn)提到：“美國(guó)YORK、Codeoak系列離心式冷水機(jī)組，采用‘Turbo變速調(diào)節(jié)器’變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，比定轉(zhuǎn)速的冷水機(jī)組每年節(jié)電3O%.”而其他調(diào)節(jié)方式適合用于短時(shí)間運(yùn)行調(diào)節(jié)用。刮片式和渦旋式壓縮機(jī)作為中等冷量場(chǎng)合使用的壓縮機(jī)，其能量調(diào)節(jié)方式主要有間隙運(yùn)行、多機(jī)并聯(lián)、旁通調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)等方式。隨著變頻技術(shù)和壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)難題的攻破，變頻調(diào)節(jié)方式應(yīng)用越來(lái)越廣泛。文獻(xiàn)[1]的分析表明，刮片式和渦旋式壓縮機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，適合采用變頻調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)能量；而在100Hz內(nèi)，無(wú)論從容積效率、等熵效率還是振動(dòng)和噪聲進(jìn)行比較，渦旋式壓縮機(jī)的變頻調(diào)節(jié)性能比刮片式、活塞式壓縮機(jī)優(yōu)越；其中等熵效率比刮片式、活塞式高出8個(gè)百分點(diǎn)以上。在資金和技術(shù)條件允許的條件下，應(yīng)盡量采用變頻調(diào)節(jié)的方式，可以使壓縮機(jī)的部分負(fù)荷仍具有較高的容積效率，使制冷系統(tǒng)具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

　　2.5、盡量選擇制冷機(jī)組

　　確定了壓縮機(jī)的種類、容量和臺(tái)數(shù)后，應(yīng)盡量選用制冷機(jī)組，如壓縮冷凝機(jī)組、冷水機(jī)組、鹽水機(jī)組、單機(jī)雙級(jí)機(jī)組、氨泵機(jī)組等。制冷機(jī)組是經(jīng)過(guò)廠商全面論證和試驗(yàn)的，匹配合理、能效比高、耗電量少；如螺桿式、離心式冷水機(jī)組能效比一般都在4.5～5.8之間。選用機(jī)組可減少了設(shè)計(jì)和安裝環(huán)節(jié)，工程的質(zhì)量得到較好的保證。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能中，制冷機(jī)的選擇是決定性因素。在選擇制冷機(jī)組時(shí)，應(yīng)在熟悉各種類型壓縮機(jī)運(yùn)行和調(diào)節(jié)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實(shí)際工況、資金、技術(shù)條件和安全環(huán)保等實(shí)際情況確定選擇方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，然后確定合適的制冷壓縮機(jī)或制冷機(jī)組。經(jīng)過(guò)論證比較后，設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)才能達(dá)到節(jié)能的目的。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。