【學(xué)員問題】空調(diào)系統(tǒng)中制冷機的選擇與節(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。但由于我國目前的能源利用率較低，造成能源的極大浪費。我國決心在“十一五”期間使單位國內(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)約型社會的要求，是現(xiàn)實和長遠(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，也會對我國經(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，對于我國經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展具有極其重要的意義。對于空調(diào)系統(tǒng)而言，從設(shè)計、安裝、調(diào)試、運行到管理每個環(huán)節(jié)都對系統(tǒng)的節(jié)能性有著重要的影響，其中制冷機的選擇對于空調(diào)系統(tǒng)的耗能大小起著決定性的影響。

　　二、制冷機選擇與節(jié)能

　　2.1、常用制冷壓縮機種類、特點與應(yīng)用

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

　　螺桿式壓縮機與活塞式制冷壓縮機相比，具有易損件少、體積小、重量輕、單機壓縮比大、對濕行程不敏感、振動小、熱效率較高等許多優(yōu)點，而且制冷量可在1O%～100%的范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)。較突出的缺點是噪音較大，耗油量大，價格相對較昂貴。其制冷量主要在150～1500KW、范圍內(nèi)。

　　離心式壓縮機與活塞式壓縮機相比，具有轉(zhuǎn)速高、制冷量大、易損件少、維護(hù)簡單、連續(xù)工作時間長、振動小、對基礎(chǔ)要求低、潤滑油和制冷劑基本不接觸等優(yōu)點，通常可在3O%～100%范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)。其主要缺點是單機制冷量不宜太小，一般用于350KW、以上的場合，在1500KW、以上的大冷量場合有著不可比擬的優(yōu)勢。

　　渦旋式壓縮機屬于新型的壓縮機，其結(jié)構(gòu)簡單、動力平衡性能好、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，價格相對較高，目前主要應(yīng)用在5～70KW、的中等冷量范圍內(nèi)。

　　2.2、制冷機類型的選擇與節(jié)能

　　選擇制冷機時應(yīng)從溫度范圍、制冷量、一次性投資、運行管理費用、安全與環(huán)保等幾個方面進(jìn)行考慮。

　　不同工況的壓縮機，其性能和可靠性有很大的差別。在選擇壓縮機時要根據(jù)工程實際的溫度需要選取合適的壓縮機。我國新的壓縮機名義工況標(biāo)準(zhǔn)（GB10871—89等）中將舊國標(biāo)中規(guī)定的各種形式壓縮機的名義工況由原來的標(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)品時可能會有差別。如果選擇的壓縮機和工程實際的工況條件不符合，則勢必造成制冷系統(tǒng)的使用經(jīng)濟(jì)性下降、能耗增加、效率下降，壓縮機運轉(zhuǎn)的可靠性降低，甚至發(fā)生危險。設(shè)計人員在選擇壓縮機時應(yīng)嚴(yán)格核對相關(guān)參數(shù)，嚴(yán)格控制壓縮機的使用工況不能超出極限條件。

　　由于各種類型壓縮機性能特點的差異，制冷機在實際的應(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，選擇離心式制冷機比選擇其它制冷機具有相對較低的成本費用和更高的可靠性；而當(dāng)冷量在350KW~1500KW、時，螺桿式壓縮機比離心式壓縮機具有更好的部分負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，部分符合時其效率比離心式壓縮機高8%～1O%；冷量小于750KW、時，螺桿式壓縮機比往復(fù)式壓縮機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)計人員在選擇制冷機時應(yīng)根據(jù)各種類型壓縮機的性能特點和應(yīng)用范圍、工程實際的冷量負(fù)荷、工程實際對部分符合調(diào)節(jié)的要求等選擇合適的制冷機。

　　選擇制冷機時應(yīng)該注意，在冷量相同情況下，機種不同其一次性投資會有很大差別，運行管理費用也不同。在介紹了空調(diào)用制冷機不同選型時的相對價格和運行管理費用的對比值，如表3.在2002年對空調(diào)用不同類型制冷機運行費用進(jìn)行詳細(xì)比較，如表4.制冷機的運行時間越長，各種類型制冷機運行管理費用的差別越大，運行管理費用在設(shè)計選型中的地位越重要。如螺桿式制冷機安全可靠、維修周期長，在運行時不需要運行管理人員長時間的操作管理，其相對增加的一次性投資完全可以從運行管理費用等方面得到補償。根據(jù)制冷設(shè)計規(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，就采用溴化鋰吸收式制冷。”溴化鋰吸收式冷水機組設(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，其性能系數(shù)一般為1.5～1.7，而螺桿式制冷機組性能系數(shù)達(dá)4.5～5.0，離心式制冷冷機組性能系數(shù)達(dá)到5.0以上，活塞式制冷機組達(dá)4.0.目前工業(yè)電價0.95元/（KW、·h），燃料價格呈上漲趨勢，輕柴油平均4元/kg.按當(dāng)前電價和燃料價格計算，溴化鋰吸收式冷水機組運行費用比活塞式、離心式、螺桿式冷水機組都高。選型時應(yīng)綜合考慮一次性投資和運行管理費用，同時應(yīng)注意當(dāng)?shù)仉妰r、燃料價格和其他因素。

　　制冷機選型時還應(yīng)注意振動、噪聲、安全與環(huán)保等問題。現(xiàn)在國家政策對于環(huán)保的問題越來越重視，制冷機運行時的噪聲等環(huán)保項目不應(yīng)超過相應(yīng)規(guī)定，否則會受到相關(guān)的經(jīng)濟(jì)制裁。

　　2.3、制冷壓縮機臺數(shù)、容量的選擇與節(jié)能

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

　　壓縮機的輸氣量調(diào)節(jié)中，氣體的壓縮功隨著輸氣量的減小而減少，螺桿式壓縮機幾乎是成正比例減少，但壓縮機的機械損耗維持不變。因此，同樣容量的系統(tǒng)，采用多機并聯(lián)代替單臺壓縮機在部分負(fù)荷時可節(jié)省功率，特別是冷量較大的系統(tǒng)。對同一系統(tǒng)中采用單機和四機并聯(lián)的耗能進(jìn)行了比較。四機并聯(lián)系統(tǒng)在部分負(fù)荷75%、5O%、25%時分別停開l、2、3臺壓縮機，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，四機并聯(lián)系統(tǒng)比單機系統(tǒng)節(jié)能42%.從表5中數(shù)據(jù)看出，在部分負(fù)荷時，四機并聯(lián)系統(tǒng)節(jié)能是相當(dāng)可觀的。

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

　　多機并聯(lián)系統(tǒng)的另一種壓縮機選擇方式是將大冷量的壓縮機和相對小冷量壓縮機并聯(lián)。全負(fù)荷時，大冷量和小冷量壓縮機全部投入工作；部分負(fù)荷時，可停一臺或數(shù)臺大冷量壓縮機，使各運行壓縮機滿負(fù)荷工作，同時讓運行壓縮機冷量總和與部分負(fù)荷相適應(yīng)。

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

　　2.4、壓縮機能量調(diào)節(jié)方式的選擇與節(jié)能

　　壓縮機能量調(diào)節(jié)的最終目的是使壓縮機的產(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部分負(fù)荷時能量調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性。

　　不同的壓縮機有不同的能量調(diào)節(jié)方式。

　　工程實際中活塞式壓縮機常用的能量調(diào)節(jié)方式有：頂開吸氣閥片調(diào)節(jié)、旁通調(diào)節(jié)、多機并聯(lián)調(diào)節(jié)、間隙運行調(diào)節(jié)等幾種方式�；钊�式壓縮機的能量調(diào)節(jié)方式多為有級調(diào)節(jié)，如8缸壓縮機可有1/4、1/2、3/4、1四檔運行；能量調(diào)節(jié)時活塞和連桿等零部件仍然在運動，機械摩擦仍存在，壓縮機能耗減小不多；間隙運行使壓縮機頻繁啟動，對電網(wǎng)和壓縮機都不利。總的來說，活塞式壓縮機在部分負(fù)荷時能量調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性都不高，可根據(jù)實際情況選擇合適方式。螺桿式壓縮機多采用滑閥調(diào)節(jié)能量、滑閥調(diào)節(jié)可以在1O%～100%范圍內(nèi)連續(xù)無級地進(jìn)行，在部分負(fù)荷為4O以上、內(nèi)容積比較小時，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，效率降低較多。國內(nèi)一些廠家研發(fā)的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(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、大冷量場合使用。

　　離心式壓縮機常用的能量調(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)計中應(yīng)優(yōu)先考慮使用。例如有關(guān)文獻(xiàn)提到：“美國YORK、Codeoak系列離心式冷水機組，采用‘Turbo變速調(diào)節(jié)器’變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，比定轉(zhuǎn)速的冷水機組每年節(jié)電3O%.”而其他調(diào)節(jié)方式適合用于短時間運行調(diào)節(jié)用。刮片式和渦旋式壓縮機作為中等冷量場合使用的壓縮機，其能量調(diào)節(jié)方式主要有間隙運行、多機并聯(lián)、旁通調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)等方式。隨著變頻技術(shù)和壓縮機相關(guān)技術(shù)難題的攻破，變頻調(diào)節(jié)方式應(yīng)用越來越廣泛。文獻(xiàn)[1]的分析表明，刮片式和渦旋式壓縮機屬于旋轉(zhuǎn)式壓縮機，適合采用變頻調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)能量；而在100Hz內(nèi)，無論從容積效率、等熵效率還是振動和噪聲進(jìn)行比較，渦旋式壓縮機的變頻調(diào)節(jié)性能比刮片式、活塞式壓縮機優(yōu)越；其中等熵效率比刮片式、活塞式高出8個百分點以上。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、盡量選擇制冷機組

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

　　三、結(jié)束語

　　在空調(diào)系統(tǒng)的運行節(jié)能中，制冷機的選擇是決定性因素。在選擇制冷機組時，應(yīng)在熟悉各種類型壓縮機運行和調(diào)節(jié)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實際工況、資金、技術(shù)條件和安全環(huán)保等實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或制冷機組。經(jīng)過論證比較后，設(shè)計的空調(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)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。