离心式冷水机组在空调系统中的应用分析

王跃峰

（山西第八建筑集团有限公司，山西 太原 030027）

1 概述

离心式冷水机组是大、中型空调工程中应用得最多的机型，尤其是单机制冷量在1000 kW以上时，设计时宜选用离心式机组。离心式冷水机组单机容量大、COP值高、重量轻、占地面积小。由于制冷剂中不混有润滑油，蒸发器和冷凝器中不存在油膜影响，传热性能好，能量调节方便，大多是离心式冷水机组可以在15%～100%的范围内能较经济地实现无级调节，部分采用多级压缩的离心式冷水机组还可以改善低负荷时的喘振现象。但离心式冷水机组对材料强度、加工精度和制造质量要求严格。当运行工况偏离设计工况时效率下降较快，而且单级压缩机在低负荷下容易发生喘振。

离心式冷水机组种类较多，如何根据工程的实际情况选择合适的冷水机组，已经成为每个空调制冷设计人员必须面对的课题。

2 离心式冷水机组的选择

2.1 性能评价

离心式冷水机组单机制冷量大，具有比活塞式和螺杆式更高的性能系数，适合于大、中型工程。离心式冷水机组额定工况时的性能系数也不能完全代表机组的性能，也应在规定的工况下，按100%、75%、50%和25%负荷工况点来测定部分负荷性能，据此对机组性能作出全面评价。在设计选用或机组招标时，可要求厂商提供部分负荷性能。《公共建筑节能设计标准》中IPLV的确定如下：

IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D

式中，A=100%时的COP；

B=75%时的COP；

C=50%时的COP；

D=25%时的COP。

离心机的高效运行范围在其制冷量的40%～100%之间，在机组选型时应分析建筑的空调冷负荷分布特性，尽量使所选的机组能在高效区运行，避免机组运行在其喘振区。

2.2 开启式与半封闭式

按压缩机与电机的相对位置不同，离心式压缩机组大致分为半封闭式和开启式两种，两者之间的比较见表1。

开启式电机转子末端的轴流风机在运行时的噪声很高，而半封闭电机采用喷液态冷媒进行冷却，电机产生的噪声极低，因此如果空调系统要求噪声较低的场所（如医院、电台等）或制冷机房位于设备层时宜选择半封闭式离心机组。

表1 开启式离心压缩机组与半封闭式离心压缩机组比较

2.3 单机头与双机头

离心式冷水机组根据压缩机台数的不同，可分为单机头（一台压缩机）冷水机组和双机头（两台压缩机）冷水机组。双机头离心式冷水机组的制冷循环与单机头冷水机组相同，不同之处在于在蒸发器中吸收了冷冻水热量后的低压、低温气态制冷剂分别进入两台压缩机，压缩成高压的气态制冷剂再共同进入冷凝器完成制冷循环。

单机头离心式冷水机组满负荷下的能效比（COP值）双机头的要高，而双机头离心式冷水机组具有良好的负荷调节能力，空调冷负荷为设计冷负荷的10%～50%时一台压缩机运行，50%～100%负荷时两台同时运行，两台压缩机运行时，负荷平衡功能将平衡每台压缩机间的负荷，以获得机组的最佳效率。

因此，若空调系统不是很大，只选择一台离心式冷水机组时，建议选择双机头。若选择一台单机头，当单机头机组发生机头损坏情况时，需要进行停机检修，这将影响整台机组和空调系统的正常使用；若选择一台双机头冷水机组，其可靠性要比单机头机组高，使用过程中当某个机头发生故障或损坏时，只需将其对应的吸气阀门关闭，另一个压缩机机头还可正常使用。多余大型空调系统，需要选择很多台冷水机组时，建议选择单机头，因为选择多台制冷机组能够保证系统的可靠性和机组的备用性，而单机头机组满负荷效率高，同时压缩机台数的增加会带来事故隐患的可能性大，从性能系数和可靠性方面，多台单机头冷水机组的并联更为合理，但空调分区较多，冷水机组负担区域的负荷变化较大，机组之间不具有备用性时，可以考虑选择双机头，保证每个区域的最优工况。

2.4 能量调节

为了适应空调系统负荷变化和实现安全经济运行，需要对离心式机组的制冷量进行调节，常用的能量调节方式见表2。

3 结论

文章从离心式冷水机组的性能评价、压缩机的结构、压缩机的台数以及能量调节几个方面分析了不同类型离心式冷水机组的特点，就实际的空调工程中机组选型进行了分析比较，得出以下几点结论：

（1）机组选型时应分析建筑的空调冷负荷分布特性，尽量使所选的机组能在高效区运行，机组选型时不仅考虑满负荷下的COP值，还要计算其IPLV值。

（2）开启式离心机组效率高，但噪声高，空调系统要求噪声较低的场所或制冷机房位于设备层时宜选择半封闭式离心机组。

（3）单机头离心式冷水机组在满负荷下的COP值比双机头冷水机组高，但在部分负荷时双机头冷水机组的COP值远高于单压缩式冷水机组。

表2 离心式冷水机组能量调节方式

（4）为了适应空调系统负荷变化和实现安全经济运行，离心式机组需进行制冷量调节。