冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，冷水機(jī)組的性能特點對于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、投資、運行等方面起著至關(guān)重要的作用，因此冷水機(jī)組的選擇在整個空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)得到足夠重視。
冷水機(jī)組的設(shè)計選擇
1．1 選擇依據(jù)
冷水機(jī)組的選擇應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礂l件、設(shè)備價格、機(jī)組能耗、運行管理、機(jī)組壽命，還要兼顧環(huán)保要求。各個地方、各工程的能源條件是不盡相同的，甚至差異很大，其中包括各地的能源政策、能源價格、能源供應(yīng)的可靠性等。在確定空調(diào)冷水機(jī)組時，必須以具體工程的能源背景為基礎(chǔ)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。選擇空調(diào)冷水機(jī)組時，既要考慮設(shè)備性能，同時還要考慮設(shè)備的價格。冷水機(jī)組能耗是確定空調(diào)方案要考慮的重要因素，此外空調(diào)冷水機(jī)組還要求運行管理方便，故障率小，使用壽命長。
在選擇空調(diào)冷水機(jī)組時，應(yīng)遵循以下一些基本原則：
1) 優(yōu)先采用以電力驅(qū)動的蒸氣壓縮式冷水機(jī)組。
2) 當(dāng)工程地區(qū)供電緊張，且有燃?xì)夤?yīng)，或者有余熱或廢熱時，可采用直燃型或蒸汽( 熱水) 型溴化鋰吸收式冷( 熱) 水機(jī)組供熱、供冷。
3)具有多種能源的大型建筑，可以采用復(fù)合能源供冷、供熱。
4) 夏熱冬冷地區(qū)、干旱缺水地區(qū)的中小型建筑，可采用空氣源熱泵或地下埋管式地源熱泵冷( 熱) 水機(jī)組供冷、供熱。
5) 當(dāng)有天然水等資源可利用時，可采用水源熱泵冷( 熱) 水機(jī)組供冷、供熱。6) 在峰谷電價差較大的地區(qū)，利用低谷電價時段蓄冷有顯著經(jīng)濟(jì)效益，可考慮采用電蓄冷系統(tǒng)供冷。
7) 積極發(fā)展集中供熱、區(qū)域供冷，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和集中供冷、供熱站。
1．2 冷水機(jī)組的選擇計算
選擇冷水機(jī)組需要考慮多種因素，主要包括建筑物的功能、建筑物全年冷( 熱) 負(fù)荷分布規(guī)律、各種冷水機(jī)組的特點、當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r、初投資和運行費用、環(huán)境要求等。冷水機(jī)組的選型，一般應(yīng)作方案的比較，包括蒸氣壓縮式冷水機(jī)組和溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的比較。
以電力驅(qū)動的蒸氣壓縮式冷水機(jī)組的能效比比溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的熱力系數(shù)高，所以對電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)，應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機(jī)組。選用時注意不同機(jī)型適宜的冷量范圍。表1 給出了冷水機(jī)組不同機(jī)型適宜的冷量范圍，隨著技術(shù)的發(fā)展，適用范圍會有所變化，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行選擇。當(dāng)有壓力不低于30 kPa 的蒸汽或溫度不低于80 ℃的熱水等適宜的熱源可利用，且系統(tǒng)制冷量不小于350 kW，所需冷水溫度不低于5 ℃時，應(yīng)選用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。
表1 蒸氣壓縮水冷式冷水機(jī)組選型范圍
單機(jī)名義工況制冷量/kW | 冷水機(jī)組選型 |
≤120 120～700 | 往復(fù)式、渦旋式 |
往復(fù)式 |
螺桿式 |
700～1000 1000～1750 | 螺桿式 |
螺桿式 |
≥1750 | 離心式 |
對于建筑面積較大，有內(nèi)、外區(qū)分的建筑物，往往需要同時供冷又供熱，則應(yīng)考慮選擇能夠同時供冷又供熱的冷熱源，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機(jī)組。冷水機(jī)組選型時，還應(yīng)認(rèn)真考慮有關(guān)節(jié)能規(guī)定。
1．3 冷水機(jī)組容量的確定
電動壓縮式機(jī)組的總裝機(jī)容量，應(yīng)按空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷負(fù)荷確定，不另作附加。理由是: 通過詳細(xì)的調(diào)查和測試表明，制冷設(shè)備裝機(jī)容量普遍偏大，這些大馬拉小車或機(jī)組閑置的情況，浪費了冷暖設(shè)備和變配電設(shè)備的大量資金，而且，當(dāng)前設(shè)備性能質(zhì)量大大提高，冷熱量均能達(dá)到產(chǎn)品樣本所列數(shù)值。另外，管道保溫性能好，構(gòu)造完善，冷、熱損失小，因此設(shè)備選型以正確的負(fù)荷計算為準(zhǔn)。此情況是針對單幢建筑的系統(tǒng)而言，對于管線較長的小區(qū)管網(wǎng)，應(yīng)按具體情況確定。
空氣源熱泵冷熱水機(jī)組冬季的制熱量，應(yīng)依據(jù)室外空氣調(diào)節(jié)計算溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)，按下式進(jìn)行計算。
Q = K1K2q (1)
其中，Q 為機(jī)組制熱量，kW; K1為使用地區(qū)室外空氣調(diào)節(jié)計算干球溫度的修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選取; K2為機(jī)組融霜修正系數(shù)，每小時融霜一次取0．9，兩次取0.8; q 為產(chǎn)品樣本中的瞬時制熱量，kW(標(biāo)準(zhǔn)工況: 室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃) 。選用直燃型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組時，通常按冷負(fù)荷選型，并考慮冷、熱負(fù)荷與機(jī)組供冷、供熱量的匹配。當(dāng)熱負(fù)荷大于機(jī)組供熱量時( 直燃機(jī)組供熱量一般為供冷量的80%) ，不應(yīng)采用加大機(jī)型的方式增加供熱量。當(dāng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，可加大高壓發(fā)生器以增加供熱量，但增加的供熱量不宜大于機(jī)組原供熱量的50%。選擇溴化鋰吸收式機(jī)組時，還應(yīng)考慮機(jī)組水側(cè)污垢腐蝕等因素，對供冷( 熱) 量進(jìn)行修正。
1．4 設(shè)備臺數(shù)的確定
為了適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化的要求，保證系統(tǒng)可靠運行，機(jī)組宜選用多臺。只有在較小工程中，當(dāng)機(jī)房面積不夠或者投資困難時，才可考慮只選一臺機(jī)組，即使如此在機(jī)組選型時也應(yīng)考慮要選用性能優(yōu)良、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能良好、廠家服務(wù)周到的機(jī)型。實際工程中應(yīng)優(yōu)先考慮多機(jī)頭機(jī)組，包括活塞式、螺桿式與離心式機(jī)組，從而增加運行可靠性。當(dāng)系統(tǒng)低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，選用多臺機(jī)組可通過控制運行臺數(shù)達(dá)到既滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的需求，又降低運行費用的目的。選用多臺機(jī)組還可通過供給不同溫度的冷水實現(xiàn)分區(qū)供冷。選擇多臺機(jī)組時，從機(jī)房布置、零部件的互換以及檢修方面來看，選用同等容量的為好; 但是在實際工程中，機(jī)組容量的選擇主要取決于系統(tǒng)負(fù)荷情況，尤其是最低負(fù)荷值。例如有3臺容量相同的機(jī)組，當(dāng)負(fù)荷減小到只需運行1臺機(jī)組即可時，機(jī)組仍具有較高的效率，則選擇3 臺容量相同的機(jī)組是合理的。但當(dāng)負(fù)荷減小到對于1臺機(jī)組而言都是低負(fù)荷時，且在此負(fù)荷下機(jī)組運行效率很低，甚至無法正常運行時，那么配置1臺能適應(yīng)最小負(fù)荷的機(jī)組為宜。以3臺機(jī)組為例: 3臺容量相同的機(jī)組的配置只有三種運行組合，分別為33．3%， 66.7%， 100%負(fù)荷，而選擇兩大一小的配置則有五種運行組合，如小容量機(jī)組是大容量機(jī)組的一半時，機(jī)組組合的負(fù)荷分別是20%，40%，60%，80%，100%，這對于系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行是有利的。
1．5 冷水機(jī)組運行調(diào)節(jié)特點
冷水機(jī)組的能量調(diào)節(jié)性能較其滿負(fù)荷下的COP 值更具實際意義，大部分建筑物一年中只有幾小時出現(xiàn)空調(diào)滿負(fù)荷，每年70%的時間處在5%～60% 的負(fù)荷范圍，因此我們真正關(guān)心的是冷水機(jī)組在絕大多數(shù)實際負(fù)荷條件下的性能系數(shù)，因此冷水機(jī)組的調(diào)節(jié)性能是工程設(shè)計中需要重點考慮的方面。
活塞式冷水機(jī)組的制冷量調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)臺數(shù)或調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣缸的卸載裝置來完成，因此，它是有級調(diào)節(jié)。螺桿式機(jī)組的能量調(diào)節(jié)主要通過壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，通常采用滑閥調(diào)節(jié)。多機(jī)頭機(jī)組的能量調(diào)節(jié)還可由增、減壓縮機(jī)的運行臺數(shù)來實現(xiàn)，控制程序可設(shè)定各壓縮機(jī)的加載次序。采用滑閥調(diào)節(jié)一般為無級調(diào)節(jié)，有級調(diào)節(jié)與無級調(diào)節(jié)二者比較見圖1。離心式冷水機(jī)組單機(jī)制冷量大，具有比螺桿式更高的性能系數(shù)，為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化和實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運行，需要對離心式機(jī)組的制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，常用的能量調(diào)節(jié)方式見表2
溶液管路上的三通閥來實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)的。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減小時，通過調(diào)節(jié)三通閥將部分稀溶液旁通到濃溶液管路中流回吸收器。通過此方法可實現(xiàn)10%～ 100%負(fù)荷范圍的無級調(diào)節(jié)。
表2 離心式冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)方式
調(diào)節(jié)方式 | 原理 | 特點 |
進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié) | 壓縮機(jī)葉輪前的進(jìn)口倒流葉片 隨負(fù)荷發(fā)生旋轉(zhuǎn)，改變進(jìn)氣量從 而使葉輪隨與氣體動能變化 | 制冷量可在 25%～100%的范圍變化，經(jīng)濟(jì)性介于變速調(diào)節(jié)和進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)之間 |
旁通調(diào)節(jié) | 通過進(jìn)、排氣管之間設(shè)置的旁通管，使一部分高壓排氣返回壓縮機(jī)進(jìn)氣管 | 反喘振調(diào)節(jié)，旁通氣體沒有制冷卻消耗壓縮功，不經(jīng)濟(jì)，很小制冷量時適用 |
變速調(diào)節(jié) | 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排 氣量 | 最經(jīng)濟(jì)，但必須在電機(jī)轉(zhuǎn)速可變 時才適用 |
進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié) | 改變進(jìn)口截止閥開度，調(diào)節(jié)壓縮 機(jī)排氣量 | 調(diào)節(jié)方法簡單但不經(jīng)濟(jì)，制冷量 可在60% ～100% 的范圍變化 |
結(jié)語
本文從能源條件、設(shè)備價格、機(jī)組能耗、運行管理、機(jī)組壽命等方面分析了冷水機(jī)組的選擇依據(jù)，介紹了各種類型冷水機(jī)組的選型計算原則、臺數(shù)及容量確定，比較了不同類型冷水機(jī)組的運行調(diào)節(jié)特點，得出以下幾點結(jié)論：
1) 空調(diào)冷水機(jī)組使用的能源主要有電力、蒸汽、燃油與燃?xì)夂蜔崴?，選擇冷水機(jī)組適應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r，進(jìn)行詳盡的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。熟悉各種類型機(jī)組的基本性能和特點并能靈活地應(yīng)用于各種工程，才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理、節(jié)能的目的。
2)蒸氣壓縮式冷水機(jī)組的COP值比溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的高，電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機(jī)組，當(dāng)有適宜的熱源可利用時可選用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。對于需要同時供冷又供熱的建筑，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機(jī)組。
3)電動壓縮式機(jī)組的總裝機(jī)容量即為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計冷負(fù)荷; 考慮到結(jié)晶和污垢腐蝕因素，選擇溴化鋰吸收式機(jī)組時，對供冷量應(yīng)進(jìn)行修正。為了適應(yīng)實際空調(diào)負(fù)荷變化的要求，機(jī)組宜選用多臺，對于較小工程不得不選一臺冷水機(jī)組時應(yīng)優(yōu)先考慮多機(jī)頭機(jī)組。
4)實際工程衡量機(jī)組效率時，不只是應(yīng)比較名義工況下的性能，還應(yīng)比較部分負(fù)荷時的性能，因此選擇冷水機(jī)組時應(yīng)充分考慮其運行調(diào)節(jié)特點。
注：本文來源于互聯(lián)網(wǎng)，選擇發(fā)布是因為本文論述簡單清楚，適合初級設(shè)計人員參考。
