冷水机组的运行控制分析

冷水机组的运行控制分析

摘要：本文总结得出影响冷水机组与机组中部件工作调节的因素。并且对现今的单机冷水机组的节能运行与冷水机组群的节能运行进行了分析。

关键词：冷水机组； 功耗； 影响因数； 运行控制

Abstract: this paper summarizes that affecting the water chillers and the unit of the regulation of the parts factors. And on the current of single machine cold water chiller running and cold water chiller group of running are analyzed.

Keywords: water chillers; Power consumption; Influence factor; Operation control

1 前言

目前的冷水机组及其内部制冷机的技术改进已经使得它们的能耗大大降低，但是在大型建筑物中，空调系统冷水机组的能耗仍占整个建筑物能耗的约为 1/3。

冷水机组种类繁多，针对冷水机组的制冷热力学原理不同，制冷机分为压缩式制冷机与吸收式制冷机；对于压缩式制冷机对于其对制冷剂的压缩形式不同，分为往复式压缩机、螺杆式压缩机与轴流式压缩机、离心式压缩机；对于吸收式制冷机只对制冷剂工质进行区分类型。压缩式冷水机组使用方便，很少受到环境限制，吸收式冷水机组节省电能，但相对于压缩式冷水机组来说并不节省一次能源。

2 影响冷水机组功耗的因素

对冷水机组能耗影响比较大的水系统运行参数是：冷水供水温度，冷却水流量和冷却水进水温度。冷水供水温度上升，制冷机 COP 值将单调增大。降低冷却水流量，将降低制冷机冷凝器的传热效率，冷却水出水温度上升，对制冷机 COP 值的影响是负面的。冷却水出水温度上升，意味着制冷机冷凝温度和冷凝压力都已增加，这时制冷机COP 值将下降。

3 冷水机组的其他部件节能调节

任何部件工作状况的调节，都是因为负荷的变化导致以原来的工况将无法提供适合的能量，并且更浪费能量。由于冷水机组是一个完整关联紧密的整体，这种调节往往不是只有一两个部件工况改变。

3.1 蒸发器的调节

调节蒸发器的制冷量以适应负荷的变化，维持被冷却物温度一定。对蒸发器

的调节还包括蒸发器的供液量、蒸发压力（温度）的调节。

通常调节蒸发器一般属于开关控制，对于多台蒸发器为同一对象服务的制冷系统，还可以控制蒸发器工作的台数来调节，并且还可以采用延时调节。延时调节的特点是控制每台蒸发器停开的上下限都一样，只是每台蒸发器的停开都有一定的次序，并有一定的延时。

蒸发器的供液量随着不同的负荷有不同的设定值。供液量过多时，将导致蒸发压力变大，使得蒸发温度变高，冷却物温度不能降低到所需温度。

蒸发器的压力变化表示蒸发器负荷的变化，调节蒸发压力也意味着对蒸发器的制冷量进行调节。并且与供液量的多少相关。

3.2 冷凝器的调节

冷凝器的工作应当与压缩机的制冷量相匹配。冷凝器调节的目的是在制冷系统内保持相应的冷凝能力，并维持一定的冷凝压力。冷凝压力太高，会导致压缩机功耗增大，而且还容易引起事故；冷暖压力过低时，膨胀阀的通过能力下降，从而导致蒸发器供液不足。

一般大型空调系统中使用的都是水冷式冷凝器，可以控制冷却水的流量来调节冷凝器的能力及维持一定的冷凝压力。当冷凝压力下降时，减少冷却水流量，不仅使冷凝压力上升至设定值，还可以减少冷却水泵能耗；反之冷凝压力上升，增大冷却水流量，使冷凝压力下降至设定值，但制冷机中压缩机功耗将下降。

4 单机组调节

由于离心式冷水机组的高效率，它在空调工程中被广泛采用。以下对单台冷水机组的调节中只对离心式冷水机组与吸收式溴化锂冷水机组进行分析说明。

4.1 离心式冷水机组调节

离心式冷水机组其压缩机为离心式，因此对于这种冷水机组的调节主要以改变压缩机转速和改变导叶角度。并且会辅助以调节冷凝器的冷却水量与冷却水供水温度。

所以离心式压缩机的稳定工作范围在喘震点与滞止工况点之间，调节流量不能超过此范围。

1) 转速降低可导致制冷量急剧减少，当转速在 100%~80%范围内变化时，制冷量可知 100%~50%范围内变化。改变转速的方法节能性最好。

2) 进口导叶使叶轮进口的绝对速度 c1有预旋，从欧拉公式可知导叶不仅使能量头改变，同时也使流量改变达到调节制冷量的目的。通过导流叶片的调节可

以使压缩机在最大压头下任意点运行。当机组负荷降低时，导流叶片开始关闭，机组平稳减载到所需的负荷。采用进口导叶调节可以使喘震点在很小制冷量处才会发生。笔者认为在出口处的安装角也可以同时做调整。

3) 冷凝器的供冷却水温与冷却水量将使得冷凝器内压力的变化，导致压缩机的工况需要变化。但是这种调节一般不是完全以节能为目的，需要配合压缩机转速调节一起使用。

4.2 吸收式溴化锂冷水机组调节

吸收式溴化锂冷水机组的制冷量几乎与稀溶液的循环量成正比。因此，通常可以在稀溶液管上设调节阀，控制流量；或在稀溶液管上设三通调节阀，旁通一部分稀溶液到发生器出来的浓溶液中，以减少进入发生器的稀溶液流量。这种调节法的实质是，根据冷负荷确定供给发生器的稀溶液量，而不改变循环倍率，故发生器的单位热负荷可以不增加，经济性好。

5 冷水机组群的调节

大型的空调系统中，一般使用的是冷水机组群。合理的控制冷水机组群中运行台数的加载与卸载，可以降低冷水机组的能耗，有利于整个空调系统的节能。

冷水机组最高的 COP 一般不是在满负荷情况下，而是出现在部分负荷时。以往控制策略是以空调负荷来控制冷水机组的启停，基本不考虑单台冷水机组的 COP，一般都是接近在线运行冷水机组全部为满负荷运行的状态下才考虑加载。现在的研究表明，多开一台冷水机组能使在线运行的所有冷水机组都处于最佳或者比较好的 COP，在一定条件下也能节省能量。

但这要看具体使用的冷水机组的特性。

实际应用中要根据工程使用的冷水机组的实际运行数据，计算出他们在不同台数运行时的启停负荷切换点。冷水机组型号不同，组合不同，以及随着冷水机组经过一段时间使用，实际运行特性不断在变化，这些节能的启停切换点也是在不断变化的。

为了减少工作量，可以建立一个自适应的数据库，根据冷水机组功率及其 COP 值，自动计算出不同冷水机组台数节能启停切换点，更新当前使用数值。

另外要注意到是对于冷水机组群台数启停控制，由于是根据负荷的要求进行调节，所以负荷的测量计算一定要准确，不然供需不平衡，也将浪费能量。

6 小结

综上所述，本文总结得出以下几点：

⑴对冷水机组的蒸发器与冷凝器调节进行了分析。蒸发器由于与负荷直接相关，控制调节的方法相对简单。冷水机组中蒸发器一般为多台，因此调节方法一般是工作台数的控制，随负荷增减来控制蒸发器台数的增减。冷凝器的调节主是为了配合冷水机组的制冷量。为了保证一定冷凝能力与冷凝压力，冷凝器的调节涉及到了冷却水的供水温度、冷却水循环水量和冷水机组中的压缩机功耗。冷凝器压力增大时，为使压力下降，增大冷却水循环水量或降低冷却水供水温度，会导致冷却水水泵与冷却塔中的风机功耗增大，但是冷水机组中的压缩机功耗降低；冷凝器压力减小时，为使压力上升，减小冷却水循环水量或提高冷却水供水温度，会减少冷却水水泵与冷却塔中的风机功耗减小，但是冷水机组中压缩机功耗将会增大。

⑵对单机组的调节作了分析，离心式冷水机组的调节与离心式水泵调节相似，转速降低可导致制冷量急剧减少，改变转速的方法节能性最好。吸收式溴化锂冷水机组的负荷控制调节可以通过减少稀溶液的循环量。无论是对稀溶液进行节流而减小循环量还是使用旁通管以减少进入发生器的稀溶液量，经济性都很好。而冷水机组群的节能运行调节现在处于多台冷水机组的启停控制，现在的研究表明，多开一台冷水机组能使在线运行的所有冷水机组都处于最佳或者比较好的 COP，在一定条件下也能节省能量。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。