前言
目前的冷水機組及其內部製冷機的技術改進已經使得它們的能耗大大降低,但是在大型建築物中,空調系統冷水機組的能耗仍佔整個建築物能耗的約爲 1/3。 冷水機組種類繁多,針對冷水機組的製冷熱力學原理不同,製冷機分爲壓縮式製冷機與吸收式製冷機;對於壓縮式製冷機對於其對製冷劑的壓縮形式不同,分爲往復式壓縮機、螺桿式壓縮機與軸流式壓縮機、離心式壓縮機;對於吸收式製冷機只對製冷劑工質進行區分類型。壓縮式冷水機組使用方便,很少受到環境限制,吸收式冷水機組節省電能,但相對於壓縮式冷水機組來說並不節省一次能源。
2.影響冷水機組功耗的因素
對冷水機組能耗影響比較大的水系統運行參數是:冷水供水溫度,冷卻水流量和冷卻水進水溫度。冷水供水溫度上升,製冷機 COP 值將單調增大。降低冷卻水流量,將降低製冷機冷凝器的傳熱效率,冷卻水出水溫度上升,對製冷機 COP 值的影響是負面的。冷卻水出水溫度上升,意味着製冷機冷凝溫度和冷凝壓力都已增加,這時製冷機COP 值將下降。
3.冷水機組的其他部件節能調節
任何部件工作狀況的調節,都是因爲負荷的變化導致以原來的工況將無法提供適合的能量,並且更浪費能量。由於冷水機組是一個完整關聯緊密的整體,這種調節往往不是隻有一兩個部件工況改變。
3.1 蒸發器的調節
調節蒸發器的製冷量以適應負荷的變化,維持被冷卻物溫度一定。對蒸發器的調節還包括蒸發器的供液量、蒸發壓力(溫度)的調節。
通常調節蒸發器一般屬於開關控制,對於多臺蒸發器爲同一對象服務的製冷系統,還可以控制蒸發器工作的臺數來調節,並且還可以採用延時調節。延時調節的特點是控制每臺蒸發器停開的上下限都一樣,只是每臺蒸發器的停開都有一定的次序,並有一定的延時。
蒸發器的供液量隨着不同的負荷有不同的設定值。供液量過多時,將導致蒸發壓力變大,使得蒸發溫度變高,冷卻物溫度不能降低到所需溫度。
蒸發器的壓力變化表示蒸發器負荷的變化,調節蒸發壓力也意味着對蒸發器的製冷量進行調節。並且與供液量的多少相關。
3.2 冷凝器的調節
冷凝器的工作應當與壓縮機的製冷量相匹配。冷凝器調節的目的是在製冷系統內保持相應的冷凝能力,並維持一定的冷凝壓力。冷凝壓力太高,會導致壓縮機功耗增大,而且還容易引起事故;冷暖壓力過低時,膨脹閥的通過能力下降,從而導致蒸發器供液不足。
一般大型空調系統中使用的都是水冷式冷凝器,可以控制冷卻水的流量來調節冷凝器的能力及維持一定的冷凝壓力。當冷凝壓力下降時,減少冷卻水流量,不僅使冷凝壓力上升至設定值,還可以減少冷卻水泵能耗;反之冷凝壓力上升,增大冷卻水流量,使冷凝壓力下降至設定值,但製冷機中壓縮機功耗將下降。
4.單機組調節
由於離心式冷水機組的高效率,它在空調工程中被廣泛採用。以下對單臺冷水機組的調節中只對離心式冷水機組與吸收式溴化鋰冷水機組進行分析說明。
4.1 離心式冷水機組調節
離心式冷水機組其壓縮機爲離心式,因此對於這種冷水機組的調節主要以改變壓縮機轉速和改變導葉角度。並且會輔助以調節冷凝器的冷卻水量與冷卻水供水溫度。
所以離心式壓縮機的穩定工作範圍在喘震點與滯止工況點之間,調節流量不能超過此範圍。
1) 轉速降低可導致製冷量急劇減少,當轉速在 100%~80%範圍內變化時,製冷量可知 100%~50%範圍內變化。改變轉速的方法節能性最好。
2) 進口導葉使葉輪進口的絕對速度 c1有預旋,從歐拉公式可知導葉不僅使能量頭改變,同時也使流量改變達到調節制冷量的目的。通過導流葉片的調節可以使壓縮機在最大壓頭下任意點運行。當機組負荷降低時,導流葉片開始關閉,機組平穩減載到所需的負荷。採用進口導葉調節可以使喘震點在很小製冷量處纔會發生。筆者認爲在出口處的安裝角也可以同時做調整。
3) 冷凝器的供冷卻水溫與冷卻水量將使得冷凝器內壓力的變化,導致壓縮機的工況需要變化。但是這種調節一般不是完全以節能爲目的,需要配合壓縮機轉速調節一起使用。
4.2 吸收式溴化鋰冷水機組調節
吸收式溴化鋰冷水機組的製冷量幾乎與稀溶液的循環量成正比。因此,通常可以在稀溶液管上設調節閥,控制流量;或在稀溶液管上設三通調節閥,旁通一部分稀溶液到發生器出來的濃溶液中,以減少進入發生器的稀溶液流量。這種調節法的實質是,根據冷負荷確定供給發生器的'稀溶液量,而不改變循環倍率,故發生器的單位熱負荷可以不增加,經濟 性好。
5.冷水機組羣的調節
大型的空調系統中,一般使用的是冷水機組羣。合理的控制冷水機組羣中運行臺數的加載與卸載,可以降低冷水機組的能耗,有利於整個空調系統的節能。 冷水機組最高的 COP 一般不是在滿負荷情況下,而是出現在部分負荷時。以往控制策略是以空調負荷來控制冷水機組的啓停,基本不考慮單臺冷水機組的 COP,一般都是接近在線運行冷水機組全部爲滿負荷運行的狀態下才考慮加載。現在的研究表明,多開一臺冷水機組能使在線運行的所有冷水機組都處於最佳或者比較好的 COP,在一定條件下也能節省能量。但這要看具體使用的冷水機組的特性。
實際應用中要根據工程使用的冷水機組的實際運行數據,計算出他們在不同臺數運行時的啓停負荷切換點。冷水機組型號不同,組合不同,以及隨着冷水機組經過一段時間使用,實際運行特性不斷在變化,這些節能的啓停切換點也是在不斷變化的。
爲了減少工作量,可以建立一個自適應的數據庫,根據冷水機組功率及其 COP 值,自動計算出不同冷水機組臺數節能啓停切換點,更新當前使用數值。
另外要注意到是對於冷水機組羣臺數啓停控制,由於是根據負荷的要求進行調節,所以負荷的測量計算一定要準確,不然供需不平衡,也將浪費能量。
6.小結
綜上所述,本文總結得出以下幾點:
⑴對冷水機組的蒸發器與冷凝器調節進行了分析。蒸發器由於與負荷直接相關,控制調節的方法相對簡單。冷水機組中蒸發器一般爲多臺,因此調節方法一般是工作臺數的控制,隨負荷增減來控制蒸發器臺數的增減。冷凝器的調節主是 爲了配合冷水機組的製冷量。爲了保證一定冷凝能力與冷凝壓力,冷凝器的調節涉及到了冷卻水的供水溫度、冷卻水循環水量和冷水機組中的壓縮機功耗。冷凝器壓力增大時,爲使壓力下降,增大冷卻水循環水量或降低冷卻水供水溫度,會導致冷卻水水泵與冷卻塔中的風機功耗增大,但是冷水機組中的壓縮機功耗降低;冷凝器壓力減小時,爲使壓力上升,減小冷卻水循環水量或提高冷卻水供水溫度,會減少冷卻水水泵與冷卻塔中的風機功耗減小,但是冷水機組中壓縮機功耗將會增大。
⑵對單機組的調節作了分析,離心式冷水機組的調節與離心式水泵調節相似,轉速降低可導致製冷量急劇減少,改變轉速的方法節能性最好。吸收式溴化鋰冷水機組的負荷控制調節可以通過減少稀溶液的循環量。無論是對稀溶液進行節流而減小循環量還是使用旁通管以減少進入發生器的稀溶液量,經濟性都很好。而冷水機組羣的節能運行調節現在處於多臺冷水機組的啓停控制,現在的研究表明,多開一臺冷水機組能使在線運行的所有冷水機組都處於最佳或者比較好的 COP,在一定條件下也能節省能量。