壓縮式冷水機(jī)組按其壓縮形式可分為離心式、螺桿式、活塞式和渦旋式等，離心式冷水機(jī)組因其結(jié)構(gòu)緊湊、單機(jī)制冷量大、占地面積少、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)、效率高等諸多特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。研究運(yùn)行工況的變化對(duì)離心冷水機(jī)組性能的影響，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組的高效運(yùn)行一直是空調(diào)制冷行業(yè)研究人員致力于突破的重點(diǎn)所在。冷水機(jī)組效率受到諸多因素的影響，除了通過(guò)冷水機(jī)組自身制造工藝提高效率外，還應(yīng)關(guān)注運(yùn)行工況對(duì)其能效的影響。
影響冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行性能的因素分為兩大類，即內(nèi)部因素和外部因素。其中，壓縮機(jī)形式、機(jī)組設(shè)計(jì)、制造工藝、制冷劑種類和充填量等為內(nèi)部因素。除此之外，冷水機(jī)組在不同的運(yùn)行工況下（外部因素），性能也存在明顯差異。運(yùn)行工況對(duì)冷水機(jī)組COP影響包含以下因素：冷凝溫度、蒸發(fā)溫度和負(fù)荷率。其中，冷凝溫度取決于冷凝器水流量、冷凝器進(jìn)水溫度以及冷凝器換熱效率（水與制冷劑的換熱溫差）；蒸發(fā)溫度取決于蒸發(fā)器換熱效率、蒸發(fā)器出水溫度、蒸發(fā)器水流量。污垢系數(shù)、不凝性氣體含量以及換熱器配置等因素會(huì)對(duì)換熱效率產(chǎn)生一定影響。通常冷水機(jī)組銘牌上所標(biāo)示的COP為國(guó)標(biāo)名義工況下的效率，依據(jù)該COP可在一定范圍比較冷水機(jī)組運(yùn)行性能。但實(shí)際冷水機(jī)組運(yùn)行中，運(yùn)行工況千差萬(wàn)別，名義工況下COP難以反映冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行能效。本文通過(guò)某品牌的離心式冷水機(jī)組為例，分別分析不同因素與冷水機(jī)組效率之間的規(guī)律關(guān)系。2、負(fù)載率對(duì)性能系數(shù)的影響該離心式冷水機(jī)組名義工況下的COP為6.6。在冷卻水和冷凍水定流量、冷凍水出水溫度7 ℃、冷卻水進(jìn)水溫度30 ℃的條件下，得到不同負(fù)荷率下的冷水機(jī)組性能特性，該工況下的部分負(fù)荷性能曲線如圖1所示。由圖1可知，離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線從100%開始，隨著負(fù)載率下降，COP緩緩升高，在75%～85%的部分負(fù)荷段，COP達(dá)到最高。曲線最高處的COP約為滿載工況COP的1.05倍。圖1的部分負(fù)荷性能曲線展示了離心機(jī)組的普遍性能規(guī)律，即離心式冷水機(jī)組的COP峰值往往不出現(xiàn)在滿負(fù)荷時(shí)。定頻離心式冷水機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過(guò)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)、進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)。導(dǎo)流葉片略微關(guān)閉時(shí)，減少了制冷劑流量，同時(shí)由于部分負(fù)荷下?lián)Q熱器換熱充分（相當(dāng)于放大了換熱器），因此往往部分負(fù)荷下機(jī)組效率最高（最高COP往往出現(xiàn)在70%～90%的負(fù)載段）。但是當(dāng)導(dǎo)葉開度過(guò)小時(shí)，節(jié)流作用明顯增加，效率大為下降。值得注意的是隨著運(yùn)行工況的不同，最高COP對(duì)應(yīng)的負(fù)荷率（即最佳負(fù)荷率）也是動(dòng)態(tài)變化的。因此，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)并分析冷水機(jī)組的最佳運(yùn)行負(fù)荷段，根據(jù)末端負(fù)荷需求變化，合理控制冷水機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)，對(duì)提升整個(gè)機(jī)房能效和安全性都有重要意義。3、冷凍水出水溫度對(duì)性能系數(shù)的影響在相同冷凝溫度下，不同蒸發(fā)器出水溫度也會(huì)對(duì)冷水機(jī)組COP產(chǎn)生影響。在冷卻水和冷凍水定流量、冷凝器進(jìn)水溫度為30 ℃條件下，得到不同蒸發(fā)器出水溫度下的冷水機(jī)組性能特性，如圖2所示。圖2 冷凍水出水溫度對(duì)冷水機(jī)組性能的影響由圖2可知，冷水機(jī)組性能COP隨著蒸發(fā)器出水溫度的提高而提高。通過(guò)分析比較，蒸發(fā)器出水溫度每提升1 ℃，冷水機(jī)組COP提升1.5%～3%，具體提升效果與實(shí)際運(yùn)行工況相關(guān)。3條冷水機(jī)組性能曲線COP峰值均出現(xiàn)在75%～85%負(fù)載率下。提高蒸發(fā)器出水溫度可以提高冷水機(jī)組COP值，因?yàn)檎舭l(fā)溫度的提高，意味著壓縮機(jī)壓縮比的降低。同時(shí)，制冷循環(huán)中的制冷劑容積制冷量隨壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)而變，制冷循環(huán)中的制冷劑蒸氣比體積隨蒸發(fā)溫度的降低而加大。冷凝溫度確定情況下，離心冷水機(jī)組的制冷量將隨蒸發(fā)溫度的提高而增大，冷水機(jī)組COP隨著蒸發(fā)溫度的提高而提升。雖然提高冷凍水出水溫度以提升冷水機(jī)組性能的效果顯著，但是工廠工程中出于對(duì)工藝的要求，尤其半導(dǎo)體工廠潔凈室車間對(duì)空調(diào)溫濕度、換氣次數(shù)有嚴(yán)格的要求，冷凍水出水溫度調(diào)節(jié)范圍比較窄。這就需要操作人員在保證工藝需求的前提下，盡量?jī)?yōu)化出水溫度，使冷水機(jī)組在COP峰值點(diǎn)運(yùn)行，進(jìn)一步提升冷水機(jī)組性能。而在商業(yè)樓宇建筑中，冷凍水出水溫度重置不失為有效提高空調(diào)冷水機(jī)房整體能效的重要途徑，當(dāng)春秋過(guò)渡季節(jié)或夜間低負(fù)荷時(shí)段，適當(dāng)提高出水溫度可實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組效率提升。4、冷凝器進(jìn)水溫度對(duì)性能系數(shù)的影響冷水機(jī)組的冷凝溫度由冷水機(jī)組冷卻側(cè)的換熱過(guò)程決定，熱量從冷水機(jī)組排到室外環(huán)境中，依次經(jīng)歷三個(gè)換熱過(guò)程：冷凝器中制冷劑冷凝熱傳給冷卻水、冷卻水將熱量從冷水機(jī)組搬運(yùn)至冷卻塔、冷卻塔中冷卻水與外部空氣換熱。冷凝器進(jìn)水溫度受到冷卻塔出力及濕球溫度的影響。在冷卻水和冷凍水定流量，蒸發(fā)器出水溫度7 ℃的條件下，冷水機(jī)組性能隨不同冷凝器進(jìn)水溫度的曲線如圖3所示。圖3可知，隨著冷凝器進(jìn)水溫度降低，冷水機(jī)組COP逐漸提升，冷凝器進(jìn)水溫度每降低1 ℃，冷水機(jī)組COP提升2%～5%，冷水機(jī)組節(jié)能效果明顯。圖3 冷凝器進(jìn)水溫度對(duì)冷水機(jī)組性能的影響市場(chǎng)上已有許多自控廠家或節(jié)能公司通過(guò)對(duì)冷卻水溫的優(yōu)化控制取得了一定的節(jié)能效果。其原理在于，當(dāng)冷凝器進(jìn)水溫度降低時(shí)，冷凝壓力下降，壓縮機(jī)出口氣體的焓值下降，輸入的電能降低，進(jìn)而提高冷水機(jī)組COP。實(shí)際操作控制中，還需要根據(jù)室外濕球溫度以及冷卻塔與冷水機(jī)組的實(shí)際配置情況，結(jié)合機(jī)組冷卻水允許最低進(jìn)水溫度等條件，合理調(diào)配冷水機(jī)組與冷卻水輸配排熱設(shè)備的能耗權(quán)重，以達(dá)到機(jī)房整體能效提升。5、冷凍水變流量對(duì)性能系數(shù)的影響2）最不利末端環(huán)路壓差保持恒定的末端壓差控制法；3種變流量控制的差別在此不做討論，下面以冷凍水采用定溫差變流量控制進(jìn)行分析。在冷卻水定流量，冷凝器進(jìn)水溫度30 ℃，蒸發(fā)器出水溫度7 ℃的條件下，蒸發(fā)器在不同進(jìn)出水溫差下的冷水機(jī)組特性如圖4所示。圖4 冷凍水變流量對(duì)冷水機(jī)組性能的影響由圖4可知，冷水機(jī)組蒸發(fā)器變流量性能曲線在部分負(fù)荷大于80%時(shí)，三條變流量的性能曲線極為接近，結(jié)果表明當(dāng)冷凝器條件一定時(shí)，冷凍水流量變化引起的冷水機(jī)組性能變化很小。究其原因，一方面蒸發(fā)器側(cè)水流量的降低導(dǎo)致蒸發(fā)器側(cè)換熱效率下降，使機(jī)組COP降低；另一方面，定溫差的變流量控制下，由于蒸發(fā)器出水溫度相同，蒸發(fā)器回水溫度的不同會(huì)引起蒸發(fā)溫度的變化，蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)出水溫度平均值在部分負(fù)荷下比定流量的蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)出水溫度平均值高，也就意味著冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度較高，從而機(jī)組COP提高。上述兩個(gè)方面的綜合影響使得機(jī)組在不同溫差下的COP基本保持不變。當(dāng)冷凝側(cè)進(jìn)水溫度相同時(shí)，隨著冷卻水流量的減小，引起系統(tǒng)排熱量的減小和冷凝器換熱效率的下降。在冷凍水定流量、冷凝器進(jìn)水溫度30 ℃、蒸發(fā)器出水溫度7 ℃的條件下，冷凝器在不同進(jìn)出水溫差下的冷水機(jī)組特性如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)蒸發(fā)器側(cè)條件相同及冷凝器進(jìn)水溫度一定時(shí)，冷卻水變流量對(duì)冷水機(jī)組性能影響較大。定溫差變流量控制下，隨著負(fù)載率的減少，冷水機(jī)組冷凝側(cè)的冷卻水流量逐漸減少，相對(duì)定流量運(yùn)行而言，冷水機(jī)組COP下降在3%～8%。圖5 冷凝器變流量對(duì)冷水機(jī)組性能的影響與冷凍水泵類似，冷卻水泵變流量后，節(jié)省的能耗往往占到冷水機(jī)組運(yùn)行能耗在3%～8%。具體節(jié)能率大小的變化方向與冷水機(jī)組COP下降的趨勢(shì)方向一致，即負(fù)載率愈小，冷卻水泵節(jié)省的能耗越多，而冷水機(jī)組COP下降得也越多。綜上所述，冷卻水泵的變頻控制對(duì)冷水機(jī)組性能影響較大，冷卻水泵變頻節(jié)省的電能是否抵消了冷水機(jī)組能耗的增加后仍有富余，這是決定采用這一技術(shù)的關(guān)鍵因素。本文分別對(duì)影響冷水機(jī)組性能的5個(gè)主要因素即冷水機(jī)組負(fù)載率、冷凝器進(jìn)水溫度、蒸發(fā)器出水溫度、蒸發(fā)器水流量和冷凝器水流量進(jìn)行了定量分析，得出如下結(jié)論：1）離心式冷水機(jī)組的COP峰值往往不出現(xiàn)在滿負(fù)荷時(shí)，更多情況是負(fù)載率在70%～90%時(shí)，冷水機(jī)組性能最高；2）蒸發(fā)器出水溫度每提升1 ℃，冷水機(jī)組COP提升1.5%～3%，在滿足末端換熱需求的前提下，提高蒸發(fā)器出水溫度可有效提高冷水機(jī)房效率；3）冷凝器進(jìn)水溫度每降低1 ℃，冷水機(jī)組COP提升2%～5%，實(shí)際操作控制中，需要合理調(diào)配冷水機(jī)組與冷卻水輸配排熱設(shè)備的能耗權(quán)重，以達(dá)到冷水機(jī)房整體能效提升；4）合理調(diào)節(jié)蒸發(fā)器水流量，可大量節(jié)省冷凍水泵能耗，不同冷凍水流量下，冷水機(jī)組性能幾乎沒有差別，因此可在保證末端需求的前提下盡量降低冷凍水流量；5）冷卻水變流量對(duì)冷水機(jī)組性能影響較大，冷卻水變流量需要充分了解冷水機(jī)組性能與冷卻水泵、冷卻塔性能；6）冷水機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)備間能效相互影響，優(yōu)秀的機(jī)房操作、控制與管理應(yīng)以實(shí)際設(shè)備的基本運(yùn)行特性為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌兼顧，從而提升機(jī)房整體能效，提高能源利用率。版權(quán)聲明：本文作者江明旒，文章觀點(diǎn)不代表本公眾號(hào)立場(chǎng)，版權(quán)歸屬原作者，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。
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