浅谈风冷冷水机组低温环境下运行的几种方式

吴 瑾

(泰豪科技股份有限公司)

1 前言[1]

风冷冷水机组和水冷冷水机组均是为末端提供冷媒水的空调设备。风冷冷水机组直接利用外部空气散热，安装使用方便。而相较于风冷冷水机组，水冷冷水机组在安装上就较复杂，往往要专门为其添加复杂的冷却塔、冷却水泵等一系列配置，且大多需要专用机房，安装要求也相对严格。

在一些特殊环境，需要空调设备一年四季均可提供冷源，此时，风冷冷水机组受到室外环境温度的影响，冷凝温度低于蒸发温度，压力不可建，导致机组停机不能正常运行。所以，在这种运用中多采用水冷冷水机组。但对于一些小型机房或者移动数据中心，水冷冷水机组机动性差，往往不能满足要求。

在这种情况下，风冷冷水机组在低温环境条件下能够正常运行问题的解决相当重要。目前，为了解决风冷冷水机组低温环境下不能正常运行进行制冷，运行方式较多，下面对几种运行方式进行阐述。

2 风冷冷水机组的低温运行方式 [2-7]

2.1 单独运行方式

2.1.1 采用冷凝压力调节阀及冷凝压力旁通阀，自动调节冷凝压力。

图一 冷凝压力调节阀及冷凝压力旁通阀运行方式

如图一所示，翅片风换热器后安装冷凝压力调节阀，旁并联一冷凝压力旁通阀。从压缩机排出的制冷剂经过翅片风换热器与外部空气换热，冷凝后的制冷剂到达贮液器，经膨胀阀节流后，通过水换热器换热，最后回到压缩机。

在此运行方式中，需要首先设置冷凝压力调节阀的动作值。在运行过程中，环境温度高时，冷凝压力高于动作值，冷凝压力旁通阀关闭，冷凝压力调节阀全开，机组如未安装此装置时同样工作。但，环境温度降低时，冷凝压力也逐渐降低，当冷凝压力低于动作值时，冷凝压力调节阀逐渐调小，经翅片风换热器后流出的制冷剂流量减小，冷凝压力随之升高。而当冷凝压力旁通阀前后压差超过3bar时，旁通阀开启，制冷剂直接由旁通路流至贮液器，当前后压差减小后，旁通阀再关闭，如此循环。

该种运行方式虽然可使得冷凝压力升高，但，由于冷凝压力旁通阀的突然开启和关闭，导致冷凝压力波动较大。当环境温度较低时，冷凝压力还未上升到正常运行值时，旁通路就已经打开了，旁通阀再次关闭时，冷凝压力降低，然后再重复上升，旁通路开启，冷凝压力降低的过程，所以最后，机组仍然不能正常运行。另外，由于频繁的开启关闭，冷凝压力调节阀及旁通阀的寿命大大减小，容易损坏。

2.1.2 采集冷凝压力，调节变频轴流风机风量

图二 变频轴流风机调节风量运行方式

如图二所示，翅片风换热器换热采用变频轴流风机抽取空气进行换热，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器。环境温度高时，冷凝压力正常，轴流风机全负荷运行；环境温度下降时，冷凝压力随环境温度下降而下降。冷凝压力传感器不断读取冷凝压力值，当冷凝压力值低于控制系统设定值时，控制系统给出信号，调小变频轴流风机风量。风量变小后，冷凝换热效果降低，冷凝压力提高。控制系统实时根据测得的冷凝压力不间断控制风机电机频率，保证冷凝压力不低于系统设定值，满足压缩机的高低压差建立，正常运行条件。

该种运行方式利用变频轴流风机调小风量，以降低冷凝器换热效果的方法提升冷凝压力，但是，由于制冷剂仍然通过翅片风换热器，当，环境温度较低时，即使，风机全部关闭，但由于自然对流换热，可能冷凝压力仍然较低，长时间运行下，机组仍有可能被迫停机。

2.1.3 采集冷凝压力，调节贮液器加热器加热量

图三 贮液器可调电加热器运行方式

如图三所示，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器，贮液器内部安装可调电加热器，可调电加热可对贮液器内制冷剂进行加热，使冷凝压力提高，由于可调电加热加热量可调，可实现冷凝压力的可调节。冷凝压力传感器不断读取冷凝压力值，当冷凝压力值低于控制系统设定值时，控制系统给出信号，开启一组可调电加热，当仍然低于时，开启二组，以此类推，反之，冷凝压力超过设定值时，关闭一组电加热，当仍然高于时，关闭二组，以此类推。冷凝压力可保持在设置压力值附近，使风冷冷水机组在低温环境下正常运行。

在此种运行方式中，选择好贮液器的加热器的加热量及加热器的组数比较重要，当加热量过大时，会造成冷凝压力上升过高，过快，甚至高压保护，加热量过小时，会造成冷凝压力上升不到设定值要求，仍然不能保证长期低温环境下的正常运行。加热器组数的选取也是一样，若组数太多，控制复杂，组数太少，可能造成冷凝压力波动大。

2.1.4 采集冷凝压力，调节分段翅片风换热器的段数，调节冷凝器换热面积

如图四所示，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器，翅片风换热器为分段式设计，设计成n段，每段分别由1个电磁阀控制，翅片风换热器分为几段，则分配几个电磁阀，另外翅片风换热器旁连接一旁通路，由电磁阀n+1控制。冷凝压力传感器不断读取冷凝压力值，当冷凝压力值低于控制系统设定值时，控制系统给出信号，关闭一段冷凝器，当仍然低于时，关闭二段，以此类推，当所有段冷凝器均关闭时，开启电磁阀n+1，开通旁通路，制冷剂不通过冷凝器，直接由旁通路进入贮液器；反之，冷凝压力超过设定值时，开启一段冷凝器，以此类推。

图四 分段式翅片风换热器调节换热效果运行方式

在此种运行方式中，翅片风换热器采用分段设计，分段设计的目的是可以减掉一部分的换热面积，使得冷凝器换热效果下降，冷凝压力提高。分段数越多，控制越精确，但也越复杂，所以，同上，选择好分段数在这种运行方式中很重要。

2.1.5 采集冷凝压力，调节电动三通阀制冷剂流量分配

图五 三通流量调节阀调节制冷剂流量运行方式

如图五所示，压缩机后安装三通流量调节阀，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器。三通流量调节阀一头连接压缩机，另外两头分别连接翅片风换热器和贮液器。从压缩机排出的制冷剂经过三通流量调节阀，三通流量调节阀将制冷剂分配一部分给翅片风换热器换热冷凝，另一部分则通过旁通路直接进入贮液器。当环境温度高时，冷凝压力高，此时，三通流量调节阀将所有制冷剂分配给翅片风换热器，旁通路关闭。冷凝压力传感器不断读取冷凝压力值，当冷凝压力值低于控制系统设定值时，控制系统给出信号，调节三通流量调节阀的开启度，逐渐调小通往翅片风换热器的制冷剂量，调大通往旁通路的制冷剂量，反之，冷凝压力超过设定值时，逐渐调大通往风换热器的制冷剂量，调小通往旁通路的制冷剂量。

在此种运行方式中，采用连续可调的三通流量调节阀，通过调节制冷剂流量的方法达到提高冷凝压力的目的，这种方式与第一种方式较相似，但该方法可达到平滑连续可调，且直接由压力传感器测得的压力值来控制调节量，较精确，不存在突开突关的冷凝压力振荡问题。

2.2 组合方式

顾明思议，组合方式即，利用前面提到的五种单独运行方式组合到一起进行运行，弥补某一单独方式的缺陷，更加完善的解决低温运行问题，下面阐述几种常用的组合方式。

2.2.1 采集冷凝压力，调节变频轴流风机风量和贮液器电加热器加热量

图六 变频轴流风机+贮液器加热器运行方式

如图六所示，翅片风换热器采用变频轴流风机换热，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器，在贮液器内部安装可调加热器。利用变频轴流风机调节风量与制冷剂在贮液器内加热双重调节方式，风量调节优先，贮液器内电加热器调节次之。这种调节方式，可以弥补风量调节而遇到的超低温运行问题，另外，由于同时风量调节优先，在风量调节遇到问题时，采用贮液器加热器，所以比单独配置贮液器加热器时所需的加热量少得多，这样也较易调节。

2.2.2 采集冷凝压力，调节变频轴流风机风量和分段式翅片风换热器

如图七所示，翅片风换热器换热采用变频轴流风机抽取空气换热，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器，翅片风换热器采用分段式设计。利用变频轴流风机调节风量与分段式翅片风换热器的段数的双重调节方式，风量调节优先，翅片风换热器段数调节次之；这是其中一种调节方式，另一种，就是分段式翅片风换热器段数调节优先，风量调节次之；还有一种，可以两者同时调节，但此种调节控制逻辑较难完成，如若出错，可能造成反向效果。

图七 变频轴流风机+分段式翅片风换热器运行方式

2.2.3 采集冷凝压力，调节变频轴流风机风量和电动三通阀制冷剂流量分配

如图八所示，翅片风换热器换热采用变频轴流风机抽送空气进行换热，翅片风换热器后安装冷凝压力传感器，翅片风换热器前安装电动三通流量调节阀。利用变频轴流风机调节风量与电动三通流量调节阀制冷剂流量调节的双重调节方式。风量调节和三通流量调节阀的制冷剂流量调节都是连续平滑的，若调节控制完成的好，此种调节方式的调节精度最好，但若调节控制未做好，则可能造成反向效果。

图八 变频轴流风机+三通流量调节阀运行方式

3 结论

上述提到的方法，有的直接调节通过翅片风换热器制冷剂流量，有的减小翅片风换热器的实际使用换热面积，有的减小风量以降低翅片风换热器换热效率，有的则对冷凝后制冷剂加热以提高冷凝压力，各种方式的最终目的是使得低温环境下本应较低的冷凝压力得以提高，满足压缩机工作条件，使得即使低温条件下，压缩机也能正常启动工作。

但各种方法均有其利弊。如：采用机械式冷凝压力调节阀和冷凝压力旁通阀方式，会造成冷凝压力振荡，在较低温环境下，不能够长期运行，且阀动作频繁导致容易损坏，需经常更换；而采用贮液器加热器的方式虽提高冷凝压力明显，但不好掌握加热量，容易造成冷凝压力超高，较危险，且控制复杂；用变频风机风量调节方式较安全，但在较低温环境中，由于自然换热，仍然不能保证一定正常工作；用分段式冷凝器的方式，可以使得换热面积减小，但分段数太少，则作用不大，分段数较多，则电磁阀组多，控制复杂不说，制作方面也较复杂；利用三通流量调节阀的方法可以解决分段式冷凝器的问题，连续平滑调节通过翅片风换热器制冷剂流量，但由于三通流量调节阀的自身特点，它的调节曲线并非线性，而是曲线，在某个点的调节时，可能造成制冷剂的突然增大或者减小，调节并不完全能如控制所愿；组合式方法可以有效地解决单一方式所带来的问题，但是，仍然会有控制方面的优先级别问题，热量匹配问题等等。所以考虑运行方式时，可根据自己的使用环境特点来选择，若使用地区低温环境温度并不是太低，则可选择单一方式即可，若使用地区温度较低，则应该选择组合方式。另外，控制系统的设计在机组运行上也至关重要，选择运行方式时，最好能多做试验，了解实际运行情况的规律，以便匹配最好的控制设计。

[1]张华俊，等.小型风冷式冷热水机组的现状和发展，建筑节能，2003.5.

[2]彦启森.空气调节用制冷技术.2版.北京：中国建筑工业出版社.

[3]尉迟斌主编，实用制冷与空调工程手册.北京：机械工业出版社，2001.9.

[4]丁国良，伏龙.全年供冷的风冷冷水式机组问题分析与解决，建筑热能通风空调，2004年，第23卷第2期.

[5]郎铁军，潘翠玉，等.一种可全年供冷的节能型风冷冷水机组的研制.

[6]郎铁军.风冷冷水机组全年供冷方案的比较，制冷空调与电力机械，2003.03.

[7]吴瑾.一种可低温环境下运行的风冷冷水机组，CN101738029A.