冷水机组在空调系统中的选择应用分析

王虎侠

0 引言

冷水机组是空调系统的重要部件，冷水机组的性能特点对于空调系统的设计、投资、运行等方面起着至关重要的作用，因此冷水机组的选择在整个空调系统的设计过程中应得到足够重视。

1 冷水机组的设计选择

1.1 选择依据

冷水机组的选择应充分考虑工程当地的能源条件、设备价格、机组能耗、运行管理、机组寿命，还要兼顾环保要求。各个地方、各工程的能源条件是不尽相同的，甚至差异很大，其中包括各地的能源政策、能源价格、能源供应的可靠性等。在确定空调冷水机组时，必须以具体工程的能源背景为基础，进行技术经济比较。选择空调冷水机组时，既要考虑设备性能，同时还要考虑设备的价格。冷水机组能耗是确定空调方案要考虑的重要因素，此外空调冷水机组还要求运行管理方便，故障率小，使用寿命长。

在选择空调冷水机组时，应遵循以下一些基本原则:

1)优先采用以电力驱动的蒸气压缩式冷水机组。2)当工程地区供电紧张，且有燃气供应，或者有余热或废热时，可采用直燃型或蒸汽(热水)型溴化锂吸收式冷(热)水机组供热、供冷。3)具有多种能源的大型建筑，可以采用复合能源供冷、供热。4)夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中小型建筑，可采用空气源热泵或地下埋管式地源热泵冷(热)水机组供冷、供热。5)当有天然水等资源可利用时，可采用水源热泵冷(热)水机组供冷、供热。6)在峰谷电价差较大的地区，利用低谷电价时段蓄冷有显著经济效益，可考虑采用电蓄冷系统供冷。7)积极发展集中供热、区域供冷，热、电、冷联产技术和集中供冷、供热站。

1.2 冷水机组的选择计算

选择冷水机组需要考虑多种因素，主要包括建筑物的功能、建筑物全年冷(热)负荷分布规律、各种冷水机组的特点、当地的能源状况、初投资和运行费用、环境要求等。冷水机组的选型，一般应作方案的比较，包括蒸气压缩式冷水机组和溴化锂吸收式冷水机组的比较。

以电力驱动的蒸气压缩式冷水机组的能效比比溴化锂吸收式冷水机组的热力系数高，所以对电力供应不紧张的地区，应首先选用蒸气压缩式冷水机组。选用时注意不同机型适宜的冷量范围。表1给出了冷水机组不同机型适宜的冷量范围，随着技术的发展，适用范围会有所变化，可通过技术经济比较进行选择。

当有压力不低于30 kPa的蒸汽或温度不低于80℃的热水等适宜的热源可利用，且系统制冷量不小于350 kW，所需冷水温度不低于5℃时，应选用溴化锂吸收式冷水机组。

表1 蒸气压缩水冷式冷水机组选型范围

对于建筑面积较大，有内、外区分的建筑物，往往需要同时供冷又供热，则应考虑选择能够同时供冷又供热的冷热源，可以选择水环热泵、水源热泵、模块式冷热水机组。

冷水机组选型时，还应认真考虑有关节能规定。

1.3 冷水机组容量的确定

电动压缩式机组的总装机容量，应按空调系统设计冷负荷确定，不另作附加。理由是:通过详细的调查和测试表明，制冷设备装机容量普遍偏大，这些大马拉小车或机组闲置的情况，浪费了冷暖设备和变配电设备的大量资金，而且，当前设备性能质量大大提高，冷热量均能达到产品样本所列数值。另外，管道保温性能好，构造完善，冷、热损失小，因此设备选型以正确的负荷计算为准。此情况是针对单幢建筑的系统而言，对于管线较长的小区管网，应按具体情况确定。

空气源热泵冷热水机组冬季的制热量，应依据室外空气调节计算温度修正系数和融霜修正系数，按下式进行计算。

其中，Q为机组制热量，kW;K1为使用地区室外空气调节计算干球温度的修正系数，按产品样本选取;K2为机组融霜修正系数，每小时融霜一次取0.9，两次取0.8;q为产品样本中的瞬时制热量，kW(标准工况:室外空气干球温度7℃，湿球温度6℃)。

选用直燃型溴化锂吸收式冷温水机组时，通常按冷负荷选型，并考虑冷、热负荷与机组供冷、供热量的匹配。当热负荷大于机组供热量时(直燃机组供热量一般为供冷量的80%)，不应采用加大机型的方式增加供热量。当通过技术经济比较合理时，可加大高压发生器以增加供热量，但增加的供热量不宜大于机组原供热量的50%。选择溴化锂吸收式机组时，还应考虑机组水侧污垢腐蚀等因素，对供冷(热)量进行修正。

1.4 设备台数的确定

为了适应空调负荷变化的要求，保证系统可靠运行，机组宜选用多台。只有在较小工程中，当机房面积不够或者投资困难时，才可考虑只选一台机组，即使如此在机组选型时也应考虑要选用性能优良、负荷调节性能良好、厂家服务周到的机型。实际工程中应优先考虑多机头机组，包括活塞式、螺杆式与离心式机组，从而增加运行可靠性。

当系统低负荷运转时，选用多台机组可通过控制运行台数达到既满足空调系统冷负荷的需求，又降低运行费用的目的。选用多台机组还可通过供给不同温度的冷水实现分区供冷。选择多台机组时，从机房布置、零部件的互换以及检修方面来看，选用同等容量的为好;但是在实际工程中，机组容量的选择主要取决于系统负荷情况，尤其是最低负荷值。例如有3台容量相同的机组，当负荷减小到只需运行1台机组即可时，机组仍具有较高的效率，则选择3台容量相同的机组是合理的。但当负荷减小到对于1台机组而言都是低负荷时，且在此负荷下机组运行效率很低，甚至无法正常运行时，那么配置1台能适应最小负荷的机组为宜。以3台机组为例:3台容量相同的机组的配置只有三种运行组合，分别为33.3%，66.7%，100%负荷，而选择两大一小的配置则有五种运行组合，如小容量机组是大容量机组的一半时，机组组合的负荷分别是20%，40%，60%，80%，100%，这对于系统的稳定经济运行是有利的。

1.5 冷水机组运行调节特点

冷水机组的能量调节性能较其满负荷下的COP值更具实际意义，大部分建筑物一年中只有几小时出现空调满负荷，每年70%的时间处在5%～60%的负荷范围，因此我们真正关心的是冷水机组在绝大多数实际负荷条件下的性能系数，因此冷水机组的调节性能是工程设计中需要重点考虑的方面。

活塞式冷水机组的制冷量调节是靠调节压缩机台数或调节压缩机气缸的卸载装置来完成，因此，它是有级调节。螺杆式机组的能量调节主要通过压缩机的能量调节机构实现，通常采用滑阀调节。多机头机组的能量调节还可由增、减压缩机的运行台数来实现，控制程序可设定各压缩机的加载次序。采用滑阀调节一般为无级调节，有级调节与无级调节二者比较见图1。离心式冷水机组单机制冷量大，具有比螺杆式更高的性能系数，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。

溴化锂吸收式冷水机组是通过安装在吸收器和发生器间的稀溶液管路上的三通阀来实现能量调节的。当系统负荷减小时，通过调节三通阀将部分稀溶液旁通到浓溶液管路中流回吸收器。通过此方法可实现10%～100%负荷范围的无级调节。

表2 离心式冷水机组能量调节方式

2 结语

本文从能源条件、设备价格、机组能耗、运行管理、机组寿命等方面分析了冷水机组的选择依据，介绍了各种类型冷水机组的选型计算原则、台数及容量确定，比较了不同类型冷水机组的运行调节特点，得出以下几点结论:

1)空调冷水机组使用的能源主要有电力、蒸汽、燃油与燃气和热水，选择冷水机组适应充分考虑工程当地的能源状况，进行详尽的技术经济比较。熟悉各种类型机组的基本性能和特点并能灵活地应用于各种工程，才能达到经济、合理、节能的目的。2)蒸气压缩式冷水机组的COP值比溴化锂吸收式冷水机组的高，电力供应不紧张的地区应首先选用蒸气压缩式冷水机组，当有适宜的热源可利用时可选用溴化锂吸收式冷水机组。对于需要同时供冷又供热的建筑，可以选择水环热泵、水源热泵、模块式冷热水机组。3)电动压缩式机组的总装机容量即为空调系统设计冷负荷;考虑到结晶和污垢腐蚀因素，选择溴化锂吸收式机组时，对供冷量应进行修正。为了适应实际空调负荷变化的要求，机组宜选用多台，对于较小工程不得不选一台冷水机组时应优先考虑多机头机组。4)实际工程衡量机组效率时，不只是应比较名义工况下的性能，还应比较部分负荷时的性能，因此选择冷水机组时应充分考虑其运行调节特点。

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