工业空调冷水机组性能分析

陈宾毅

（西昌卫星发射中心海南发射场，海南文昌 571300）

0 引言

随着我国工业现代化建设水平的不断提升，目前各种工业工艺场合对于空调性能也提出了更高的要求。大规模的使用空调必然会带来能耗的增加，所以工业空调冷水机组的性能也成为空调负荷分析的主要目标。结合当前空调负荷变化情况来看，冷水机组的基本参数调控是提升性能的重要途径。为了更好分析与阐述冷水机组性能系数与测试方法，现就冷水机组的定义和工作原理分析如下。

1 工业空调冷水机组

1.1 冷水机组的定义

在制冷领域常用的冷水机包括风冷以及水冷两种机组类型。其中，压缩机可以分为涡旋式以及冷水式，通过温度控制的方式来区分，包括常温、低温两种冷水设备。冷水机组的常温机组为（0～35）℃，低温则分布于（-100～0）℃。在工业领域，冷水机组又被称之为冷却设备、冷冻机等，由于不同领域的应用方式与技术要求不同，所以其定义的方向也各不相同。其中，工业空调中成为冷水机组是通过水制冷的方式来实现功能。

1.2 冷水机组的工作原理

一般来说，冷水机组主要由冷凝器、压缩机、膨胀阀和蒸发器等4 个部分组成。在上述功能设备的相互配合之下能够实现制冷、制热的效果。从基本的工作原理角度上来看，冷水机可以将水作为制冷剂，依靠水与溶液的相互转化来实现制冷的效果。在工业冷却以及空调机组当中应用时，往往需要借助于换热器与线圈来帮助调控，其他类型的终端设备也可以在空间内分配，随后冷却水会重新发送回到冷凝器被终端冷却。在工业领域中，冷冻水与液体均通过流程设备进行控制，所以在技术上需要借助于冷却塔才能够实现基本冷却功能。

2 冷水机组性能系数

2.1 制冷系数

制冷系数（COP）是直接反映冷水机组性能的参数之一，其主要包括有风量、压缩机效率以及换热面积等参数影响。在进行系统的选择与选配时，必须要参考COP 这个主要性能参数指标。在半封闭螺杆风冷冷水机组当中，由于其性能优越，所以制冷量一般可以高达（350～700）kW，COP 为2.5，一些工艺精良的可以超过3。而半封闭式往复活塞制冷量为（70～700）kW，其COP为2.8 左右，最高的能够达到3.5 以上，一些大面积的机组甚至可以达到4 以上。除此之外，离心式冷水机组的效率最高，其制冷量也相对较小，普遍低于500 kW，COP 常规状态就可以超过2.9，一些高效率的设备可以达到5 左右。

2.2 综合负荷性能系数

根据美国空调制冷学会公布的空调冷水机组的设计参数，综合负荷性能系数是按照加权公式计算后得到的衡量机组制冷能力的参数，该配置主要在于调整负荷的功能，所以与性能、节能效率等内容具有密切的关联。综合符合性能系数的设计主要结合COP，EER 等参数进行计算，是指在蒸汽压缩循环冷水机组统一评价标准下测得的负荷数据。在进行IPLV 计算时，当机组无法正好卸载到3 个阈值进行负荷计算，可以采用标准规定插值法来进行COP，EEB 的标定，但是最低部分负荷不能够分别低于25%，50%以及75%。值得注意的是，标准中部分负荷点的冷却水温变化会影响测出机组达到的负荷EER 以及COP 的值，其中LF 是满工况条件下的部分负荷比。

3 冷水机组性能测试分析

3.1 温度测试

温度的测试主要任务是针对冷水机组运行过程中冷却水与冷冻水的温度进行测试。其中，为了确保系统运行特性得到展现，进行温度测量时可以采用水银温度计与传感器进行对比测试，实现误差的修正，确保温度测试的准确性。在进行温度测试时，为了提升测试的准确度，一定要确保冷却水与冷冻水同时进行测试。除此之外，常规的测试工具虽然能够有效测定温度，也可以反映出当时的温度指标，但是考虑到电子设备有可能出现故障与损坏等问题，还是应该借助于水银物理温度计进行测量，整体精准度更高。

3.2 压力测试

压力参数的测试必须结合多种参数测量点布置配合温度参数对应关系测量的方式来进行控制。其中，测量点接近于温度测点，此时测量数据可以直接经过压力传感器来获取。为了提升分析系统的精准度与综合性能，可以通过在压缩机中布置测试点的方法进行测试，吸排气口都是很好的测试位置。压力测试的过程中需要注意两个方面的具体问题。一个方面，温度的测点选择要科学，尽可能选择稳定性较强的地方进行测试，最好能够直接设置温度传感器与压力传感器，这样就能够实现持续跟踪测试，对于反映一些不太容易发现的问题也具有适应效果；另外一个方面，在借助于压缩机进行布点时，应该考虑到测试位置的选择，比如选择吸排气口时就需要配合完成测试点的检查，确保测试点符合测试标准后在进行检测。

3.3 负荷测试

进行部分负荷测试是确保工业空调冷水机组不同功能区域均能够达到预期的测试性能要求。负荷测试过程中需要保持机组在不同的负荷条件下进行运转，一般来说满负荷状态下的COP 最高，而在部分负荷下则会适当降低。但是，在实际的测试中会发现，由于多种外界因素的影响，实际上在负荷为70%左右时的COP 值最高，这个时候总换热量降低但是换热面积却增加，所以整个冷水机组的性能效率也会得到提升。根据上述分析判断，IPLV 的值会受到多种部分功能构件的性能影响与限制，包括机组的测试工况条件、压缩机、蒸发器以及电机等等都被包括在内。除此之外，负荷每降低一定的数值，测试的标准也会发生变化，评价系统的部分负荷性能都可以得到良好的支撑。其中，我国冷水机组应用最为广泛的是我国的南部地区，这些区域的湿度较高且年平均温度较高，所以进行负荷测试时也应该突出这两个方面的特征。

4 总结

在工业空调冷水机组的正常使用过程中，由于不同的工况条件下负荷不尽相同，因此如何调节最适合能源控制的性能来适应成本控制的客观要求就成为了冷水机组性能测试的主要目标。结合本文介绍的制冷系数以及综合负荷性能系数的参数标准介绍了温度、压力以及负荷等方面的测试分析途径，也希望能够对完善我国冷水机组性能测试分析标准，提升分析技术的针对性提供思路和见解。