王虎俠

0 引言

冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，冷水機(jī)組的性能特點(diǎn)對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、投資、運(yùn)行等方面起著至關(guān)重要的作用，因此冷水機(jī)組的選擇在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)得到足夠重視。

1 冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)選擇

1.1 選擇依據(jù)

冷水機(jī)組的選擇應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礂l件、設(shè)備價(jià)格、機(jī)組能耗、運(yùn)行管理、機(jī)組壽命，還要兼顧環(huán)保要求。各個(gè)地方、各工程的能源條件是不盡相同的，甚至差異很大，其中包括各地的能源政策、能源價(jià)格、能源供應(yīng)的可靠性等。在確定空調(diào)冷水機(jī)組時(shí)，必須以具體工程的能源背景為基礎(chǔ)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。選擇空調(diào)冷水機(jī)組時(shí)，既要考慮設(shè)備性能，同時(shí)還要考慮設(shè)備的價(jià)格。冷水機(jī)組能耗是確定空調(diào)方案要考慮的重要因素，此外空調(diào)冷水機(jī)組還要求運(yùn)行管理方便，故障率小，使用壽命長。

在選擇空調(diào)冷水機(jī)組時(shí)，應(yīng)遵循以下一些基本原則:

1)優(yōu)先采用以電力驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮式冷水機(jī)組。2)當(dāng)工程地區(qū)供電緊張，且有燃?xì)夤?yīng)，或者有余熱或廢熱時(shí)，可采用直燃型或蒸汽(熱水)型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)組供熱、供冷。3)具有多種能源的大型建筑，可以采用復(fù)合能源供冷、供熱。4)夏熱冬冷地區(qū)、干旱缺水地區(qū)的中小型建筑，可采用空氣源熱泵或地下埋管式地源熱泵冷(熱)水機(jī)組供冷、供熱。5)當(dāng)有天然水等資源可利用時(shí)，可采用水源熱泵冷(熱)水機(jī)組供冷、供熱。6)在峰谷電價(jià)差較大的地區(qū)，利用低谷電價(jià)時(shí)段蓄冷有顯著經(jīng)濟(jì)效益，可考慮采用電蓄冷系統(tǒng)供冷。7)積極發(fā)展集中供熱、區(qū)域供冷，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和集中供冷、供熱站。

1.2 冷水機(jī)組的選擇計(jì)算

選擇冷水機(jī)組需要考慮多種因素，主要包括建筑物的功能、建筑物全年冷(熱)負(fù)荷分布規(guī)律、各種冷水機(jī)組的特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r、初投資和運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)境要求等。冷水機(jī)組的選型，一般應(yīng)作方案的比較，包括蒸氣壓縮式冷水機(jī)組和溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的比較。

以電力驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮式冷水機(jī)組的能效比比溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的熱力系數(shù)高，所以對(duì)電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)，應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機(jī)組。選用時(shí)注意不同機(jī)型適宜的冷量范圍。表1給出了冷水機(jī)組不同機(jī)型適宜的冷量范圍，隨著技術(shù)的發(fā)展，適用范圍會(huì)有所變化，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行選擇。

當(dāng)有壓力不低于30 kPa的蒸汽或溫度不低于80℃的熱水等適宜的熱源可利用，且系統(tǒng)制冷量不小于350 kW，所需冷水溫度不低于5℃時(shí)，應(yīng)選用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。

表1 蒸氣壓縮水冷式冷水機(jī)組選型范圍

對(duì)于建筑面積較大，有內(nèi)、外區(qū)分的建筑物，往往需要同時(shí)供冷又供熱，則應(yīng)考慮選擇能夠同時(shí)供冷又供熱的冷熱源，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機(jī)組。

冷水機(jī)組選型時(shí)，還應(yīng)認(rèn)真考慮有關(guān)節(jié)能規(guī)定。

1.3 冷水機(jī)組容量的確定

電動(dòng)壓縮式機(jī)組的總裝機(jī)容量，應(yīng)按空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷確定，不另作附加。理由是:通過詳細(xì)的調(diào)查和測試表明，制冷設(shè)備裝機(jī)容量普遍偏大，這些大馬拉小車或機(jī)組閑置的情況，浪費(fèi)了冷暖設(shè)備和變配電設(shè)備的大量資金，而且，當(dāng)前設(shè)備性能質(zhì)量大大提高，冷熱量均能達(dá)到產(chǎn)品樣本所列數(shù)值。另外，管道保溫性能好，構(gòu)造完善，冷、熱損失小，因此設(shè)備選型以正確的負(fù)荷計(jì)算為準(zhǔn)。此情況是針對(duì)單幢建筑的系統(tǒng)而言，對(duì)于管線較長的小區(qū)管網(wǎng)，應(yīng)按具體情況確定。

空氣源熱泵冷熱水機(jī)組冬季的制熱量，應(yīng)依據(jù)室外空氣調(diào)節(jié)計(jì)算溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)，按下式進(jìn)行計(jì)算。

其中，Q為機(jī)組制熱量，kW;K1為使用地區(qū)室外空氣調(diào)節(jié)計(jì)算干球溫度的修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選取;K2為機(jī)組融霜修正系數(shù)，每小時(shí)融霜一次取0.9，兩次取0.8;q為產(chǎn)品樣本中的瞬時(shí)制熱量，kW(標(biāo)準(zhǔn)工況:室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)。

選用直燃型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組時(shí)，通常按冷負(fù)荷選型，并考慮冷、熱負(fù)荷與機(jī)組供冷、供熱量的匹配。當(dāng)熱負(fù)荷大于機(jī)組供熱量時(shí)(直燃機(jī)組供熱量一般為供冷量的80%)，不應(yīng)采用加大機(jī)型的方式增加供熱量。當(dāng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，可加大高壓發(fā)生器以增加供熱量，但增加的供熱量不宜大于機(jī)組原供熱量的50%。選擇溴化鋰吸收式機(jī)組時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)組水側(cè)污垢腐蝕等因素，對(duì)供冷(熱)量進(jìn)行修正。

1.4 設(shè)備臺(tái)數(shù)的確定

為了適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化的要求，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，機(jī)組宜選用多臺(tái)。只有在較小工程中，當(dāng)機(jī)房面積不夠或者投資困難時(shí)，才可考慮只選一臺(tái)機(jī)組，即使如此在機(jī)組選型時(shí)也應(yīng)考慮要選用性能優(yōu)良、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能良好、廠家服務(wù)周到的機(jī)型。實(shí)際工程中應(yīng)優(yōu)先考慮多機(jī)頭機(jī)組，包括活塞式、螺桿式與離心式機(jī)組，從而增加運(yùn)行可靠性。

當(dāng)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，選用多臺(tái)機(jī)組可通過控制運(yùn)行臺(tái)數(shù)達(dá)到既滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的需求，又降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。選用多臺(tái)機(jī)組還可通過供給不同溫度的冷水實(shí)現(xiàn)分區(qū)供冷。選擇多臺(tái)機(jī)組時(shí)，從機(jī)房布置、零部件的互換以及檢修方面來看，選用同等容量的為好;但是在實(shí)際工程中，機(jī)組容量的選擇主要取決于系統(tǒng)負(fù)荷情況，尤其是最低負(fù)荷值。例如有3臺(tái)容量相同的機(jī)組，當(dāng)負(fù)荷減小到只需運(yùn)行1臺(tái)機(jī)組即可時(shí)，機(jī)組仍具有較高的效率，則選擇3臺(tái)容量相同的機(jī)組是合理的。但當(dāng)負(fù)荷減小到對(duì)于1臺(tái)機(jī)組而言都是低負(fù)荷時(shí)，且在此負(fù)荷下機(jī)組運(yùn)行效率很低，甚至無法正常運(yùn)行時(shí)，那么配置1臺(tái)能適應(yīng)最小負(fù)荷的機(jī)組為宜。以3臺(tái)機(jī)組為例:3臺(tái)容量相同的機(jī)組的配置只有三種運(yùn)行組合，分別為33.3%，66.7%，100%負(fù)荷，而選擇兩大一小的配置則有五種運(yùn)行組合，如小容量機(jī)組是大容量機(jī)組的一半時(shí)，機(jī)組組合的負(fù)荷分別是20%，40%，60%，80%，100%，這對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是有利的。

1.5 冷水機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)特點(diǎn)

冷水機(jī)組的能量調(diào)節(jié)性能較其滿負(fù)荷下的COP值更具實(shí)際意義，大部分建筑物一年中只有幾小時(shí)出現(xiàn)空調(diào)滿負(fù)荷，每年70%的時(shí)間處在5%～60%的負(fù)荷范圍，因此我們真正關(guān)心的是冷水機(jī)組在絕大多數(shù)實(shí)際負(fù)荷條件下的性能系數(shù)，因此冷水機(jī)組的調(diào)節(jié)性能是工程設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的方面。

活塞式冷水機(jī)組的制冷量調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)或調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣缸的卸載裝置來完成，因此，它是有級(jí)調(diào)節(jié)。螺桿式機(jī)組的能量調(diào)節(jié)主要通過壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通常采用滑閥調(diào)節(jié)。多機(jī)頭機(jī)組的能量調(diào)節(jié)還可由增、減壓縮機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，控制程序可設(shè)定各壓縮機(jī)的加載次序。采用滑閥調(diào)節(jié)一般為無級(jí)調(diào)節(jié)，有級(jí)調(diào)節(jié)與無級(jí)調(diào)節(jié)二者比較見圖1。離心式冷水機(jī)組單機(jī)制冷量大，具有比螺桿式更高的性能系數(shù)，為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化和實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對(duì)離心式機(jī)組的制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，常用的能量調(diào)節(jié)方式見表2。

溴化鋰吸收式冷水機(jī)組是通過安裝在吸收器和發(fā)生器間的稀溶液管路上的三通閥來實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)的。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減小時(shí)，通過調(diào)節(jié)三通閥將部分稀溶液旁通到濃溶液管路中流回吸收器。通過此方法可實(shí)現(xiàn)10%～100%負(fù)荷范圍的無級(jí)調(diào)節(jié)。

表2 離心式冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)方式

2 結(jié)語

本文從能源條件、設(shè)備價(jià)格、機(jī)組能耗、運(yùn)行管理、機(jī)組壽命等方面分析了冷水機(jī)組的選擇依據(jù)，介紹了各種類型冷水機(jī)組的選型計(jì)算原則、臺(tái)數(shù)及容量確定，比較了不同類型冷水機(jī)組的運(yùn)行調(diào)節(jié)特點(diǎn)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)空調(diào)冷水機(jī)組使用的能源主要有電力、蒸汽、燃油與燃?xì)夂蜔崴?，選擇冷水機(jī)組適應(yīng)充分考慮工程當(dāng)?shù)氐哪茉礌顩r，進(jìn)行詳盡的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。熟悉各種類型機(jī)組的基本性能和特點(diǎn)并能靈活地應(yīng)用于各種工程，才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理、節(jié)能的目的。2)蒸氣壓縮式冷水機(jī)組的COP值比溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的高，電力供應(yīng)不緊張的地區(qū)應(yīng)首先選用蒸氣壓縮式冷水機(jī)組，當(dāng)有適宜的熱源可利用時(shí)可選用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。對(duì)于需要同時(shí)供冷又供熱的建筑，可以選擇水環(huán)熱泵、水源熱泵、模塊式冷熱水機(jī)組。3)電動(dòng)壓縮式機(jī)組的總裝機(jī)容量即為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷;考慮到結(jié)晶和污垢腐蝕因素，選擇溴化鋰吸收式機(jī)組時(shí)，對(duì)供冷量應(yīng)進(jìn)行修正。為了適應(yīng)實(shí)際空調(diào)負(fù)荷變化的要求，機(jī)組宜選用多臺(tái)，對(duì)于較小工程不得不選一臺(tái)冷水機(jī)組時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮多機(jī)頭機(jī)組。4)實(shí)際工程衡量機(jī)組效率時(shí)，不只是應(yīng)比較名義工況下的性能，還應(yīng)比較部分負(fù)荷時(shí)的性能，因此選擇冷水機(jī)組時(shí)應(yīng)充分考慮其運(yùn)行調(diào)節(jié)特點(diǎn)。

[1]GB 50019-2003，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[2]彥啟森.空調(diào)用制冷技術(shù)[M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[4]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]陸亞俊.暖通空調(diào)[M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]葛鳳華.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)分析[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.