蓄冰空调机组的技术改进

　　近年来，由于工农业生产的迅猛发展，电力供应显得较为紧张，尤其是在东南沿海城市的用电高峰时间这个问题显得尤为突出，因此采用蓄冷技术"移峰填谷"就成为缓解高峰用电的一项很重要的措施。

　　在蓄冰空调工程中，制冷主机的性能是直接影响到工程投入使用后其各项经济指标高低的重要因素，鉴于目前用于蓄冰空调的制冷主机多为双工况水冷螺杆式冷水机组，因此本文仅对其用于蓄冰空调时在设备选型和工程设计中应注意的几方面问题加以阐述，以供有关同行参考。

　　目前用于蓄冰空调的双工况水冷螺杆式冷水机组主要包括双螺杆和单螺杆两种型式，其中双螺杆机组是以美国顿汉布什，约克，特灵，意大利RC等为代表，单螺杆是以法国CIAT为代表。

　　不论是单螺杆还是双螺杆压缩机都有以下几个特点：a）结构紧凑，体积小，重量轻，没有气阀等易损件，因而具有可靠性高，维护管理简单等优点；b）由于没有余隙容积，没有气阀（减小了吸排气阻力），排气温度低（螺杆机均采用向工作腔喷油来降低排气温度），因此单级压缩比大，制冷效率高；c）采用滑阀调节装置，可空载启动及进行无级能量调节；d）对湿行程不敏感。

　　正因为螺杆式冷水机组具有以上众多优点，因而它在蓄冰空调工程中得以广泛采用。

　　2螺杆式冷水机组的选型

　　2.1双工况螺杆式冷水机组的制冷量

　　制冷量是决定螺杆式冷水机组正常使用的*关键参数，它是指螺杆式冷水机组运行时一定的进出口温度的冷却水，冷媒水在设计工况下其所具备的制冷量。对于双工况机组它包括空调和制冰两种工况下的制冷量，可从有关厂家提供的产品样本中查得。但目前在设计中也发现这样的情况，那就是有的厂所提供的样本参数并未经过测试而是抄自其它厂家的相关样本，这给设计人员的正确选型带来了一定困难。因此笔者建议在有条件的情况下设计人员可根据有关厂家的螺杆式冷水机组所配置的螺杆压缩机型号，从压缩机生产厂家处获得该压缩机的变工况性能曲线，根据螺杆冷水机组的设计工况查得该压缩机在冷水机组设计工况下的制冷量，从而判断该样本所提供参数的真伪。

　　2.2双工况螺杆式冷水机组的COP值

　　该值是确定螺杆式冷水机组性能好坏的重要参数，其值的高低直接影响到螺杆式冷水机组使用中的耗电量，因此，应尽量选择COP值高的机组。对于蓄冰用螺杆冷水机组其空调工况下的COP值应在4.5以上，制冰工况下的COP值应不小于3.2.目前个别进口品牌的高效型机组其值可达到5.8以上。

　　由于任何一台冷水机组在实际使用中其大部分时间都是在部分负荷下运行的，所以其选型时除了要考虑以上所讲的其在空调工况和制冰工况下的COP值外还要分析它们在部分负荷时的制冷效率。

　　2.3噪声

　　噪声是衡量一台螺杆式冷水机组的重要参数，它直接关系到螺杆式冷水机组运行时对周围环境的影响。目前国内采用的螺杆式冷水机组其噪声多在75～85dB之间。我们在进行工程设计选型中应优先选择噪声在80dB以下的机组。

　　2.4外形尺寸与重量

　　螺杆式冷水机组大多布置在室内，在进行设备布置时对设备与周围墙面的间距，设备之间的间距都应有明确要求，因此我们在进行设备选型时必须考虑所选设备尺寸是否符合该设备在布置时的尺寸要求。在性能相同的前提下应优先选用尺寸较小的机组，以减小设备的占地面积。设备重量偏重不仅增加了对基础的要求，而且浪费了材料，增加了成本。有的厂家宣称：其产品尺寸较大，重量较重，都是从为了提高制冷效率的角度出发。但事实上从外形尺寸，重量与能效比的比较来看这点并不明显。

　　2.5价格

　　价格也是甲方单位选择设备时需要重点考虑的一个方面。在设备询价时我们应注意两个容易被忽视的问题。

　　2.5.1价格中所包括的设备组成和服务

　　一般来讲对于双工况水冷螺杆机组的设备组成大致包括螺杆式压缩机，水冷冷凝器，蒸发器，电动机，水流开关，隔震装置（弹簧或橡胶减振器），保温材料，微电脑控制中心（应注明保护与控制的内容，能量调节方式，电动机启动方式）。

　　另外还应搞清楚所报价格中是否包括设备包装费，运输费，路途保险费，开机调试费以及设备调试后的免费售后服务时间等。

　　再则还应让厂家在报价单上列出其机组所配各部件及主要电器元件的品牌与产地。

　　2.5.2机组的零配件价格

　　有的厂家为了实现其超额利润而将其设备中的专用配件价格定得非常高。从慎重的角度出发，我们在询价的同时应请厂方出示其产品中3年或5年易损零配件的目录并提供当前的价格。

　　拿到这些资料后可请有关中介机构审查或者请同行中已经使用过该机组的朋友提出意见。

　　3螺杆式冷水机组的结构分析

　　螺杆式冷水机组的结构分析，就是在螺杆式冷水机组的选型过程中除了比较各自的制冷量，COP值，噪声，运行重量，外形尺寸，价格等因素外，还要对其各自的压缩机型式，蒸发器型式，能量调节方式以及制冷系统的自控和安全保护等等加以分析，比较其各自在系统配置方面的优缺点。

　　3.1单机头与多机头比较

　　所谓单机头就是一台螺杆式冷水机组上只有一台螺杆式压缩机，目前其代表品牌是约克与特灵；多机头就是一台螺杆冷水机组上有一台以上的螺杆机，其目前的代表品牌是顿汉布什。笔者认为从使用角度讲多机头机组更为合理。

　　首先，多机头可靠性要比单机头机组高，如果在使用过程中有一台压缩机发生损坏，那只要将该机头的吸排气阀门关闭，其余压缩机均可正常使用。如果单机头机组发生机头损坏的情况，那只能停机检修，这将影响整台机组的正常使用。

　　其次，多机头机组在部分负荷下的制冷效率较高。螺杆式压缩机多采用滑阀调节，机组的多数运行时间处在部分负荷条件下，当其在50%～100%负荷下运行时功率消耗几乎正比于冷负荷，但当其在50%以下负荷运行时效率将要大大降低，采用单机头机组就会遇到这种情况，而采用多机头机组后就不会遇到这种情况。举个例子来讲，如果一台多机头机组有两个机头，各承担50%的负荷。当整台机组处在30%负荷下运行时其中一只机头停机，另一只机头在其自身60%的负荷条件下运行，那它还是运行在其高效区的范围内。

　　3.2开式与闭式比较

　　所谓开式机组就是螺杆式压缩机的电动机与压缩机彼此分开，中间用联轴器联接；而闭式机组的压缩机与电动机是彼此直联的，做在一个机壳内。两种形式各有千秋，开式机组在效率和可靠性上略有优势。现从以下三方面分析：a）效率。闭式电机采用制冷剂吸汽冷却（个别厂家也有采用制冷剂排汽冷却），这样会造成压缩机吸汽过热，从而降低其制冷效率大约在3%左右，而开式电机采用空气冷却就不存在这方面的问题。另外，闭式电机的转子在充满制冷剂的蒸气中转动比在空气中转动其阻力要大4倍左右，这样电机效率也有所下降，而开式机组也不存在这方面的问题。

　　b）可靠性。由于闭式电机在制冷剂中旋转，如果制冷回路中有空气渗透，被冷却的空气会有水份凝出结成冰塞，因而引起电机绕组绝缘损坏，从而引起电机烧毁。另外由于闭式电机需要设置在压缩机机壳内，体积不能太大，故其绕线线径较小，抗过载能力差。我国电网电压波动大，容易烧毁电机。但由于目前各有关厂家均在电机高温保护方面做了不少工作，使闭式机组的可靠性大大加强，上述这种情况在实际使用过程中也极少发生。开式电机由于电机在压缩机之外，因此不存在这方面的问题。

　　c）噪声与环境。由于开式机组的电机是外置的，因此电机噪声较大。而且由于其是采用空气冷却，因而其电机发热量均排放在机房内，造成机房温度过高，工作环境恶劣，需要加大机房的通风排气量，而这一切又需要增加通风耗电量。对于闭式电机，由于电机是内置的，因而其电机发热量均被制冷剂吸汽带走，所以机房工作环境良好，同时噪声较小。

　　3.3润滑系统

　　目前螺杆式压缩机的润滑方式有两种，一种是油泵供油润滑，另一种是采用吸排气压差润滑。

　　采用油泵供油润滑方式需增加一套油泵供油装置，从而使系统的故障率提高。因而这种润滑方式目前用得较少，多被压差润滑所取代。

　　另外由于螺杆式压缩机采用喷油方式来冷却排汽，同时对各传动件起到润滑和密封的作用，因而油的分离显得格外重要。目前常用的油分离器有两种，一种是以约克为代表的外置式油分，另一种是以顿汉布什为代表的内置式油分，两种油分的原理基本相同，都是利用降低排汽速度，依靠重力和滤网将汽和油在进入冷凝器前进行分离。两种油分的使用效果都较为理想，只是采用外置式油分的机组在外形尺寸上显得较大。

　　3.4能量调节

　　目前螺杆式压缩机多采用滑阀来进行能量调节，滑阀依靠油压来驱动。这种能量调节方式可在10%～100%的负荷范围内进行无级调节。当负荷在50%以上时输入功率与制冷量基本上呈正比关系，但当负荷在50%以下时，性能系数会大幅度下降，经济性较差。这也就是刚才所提到的多机头组的优势所在。

　　3.5内容积比可调

　　与往复式压缩机不同，螺杆式压缩机无吸排气阀，因而当其吸排气口位置确定后其吸气终了容积V1与压缩终了容积V2之比（称为内容积比）就确定了，由此其内压缩比也就确定了。所以会出现这样一个情况，即其内压缩终了的压力与排气管内的压力并不相同，存在一个欠压缩或过压缩，这两种情况的发生都会降低螺杆机的制冷效率。为了避免这种现象的发生，我们希望螺杆机的内压缩比与其运行工况下的吸排气压力比相同，要做到这点必须使内容积比做到可调。对于用于冰蓄冷工程的螺杆机因为其需要在空调工况和制冰工况下运行，因而其运行工况波动较大，为使其在两种工况下运行都能保证高效，应优先选择内容积比可调的螺杆冷水机组。

　　3.6经济器

　　螺杆式压缩机的特点之一就是可在气缸的适当位置开设补气孔，与经济器相联组成带经济器的制冷循环。目前采用的工艺流程多是让来自冷凝器的液体工质全部经过一级节流阀后进入经济器节流闪发。在经济器中的液体工质的液位由液位控制器控制，而其闪发蒸汽在中间压力下进入螺杆式压缩机的补气孔。此时经济器内的液体制冷剂的过冷度增加，再经过第二级节流阀进入蒸发器时其单位质量制冷量增大，制冷效率也相应提高。根据有关资料介绍在空调工况下采用带经济器的螺杆冷水机组其制冷效率可提高4%，而且随着蒸发温度的降低，带经济器的效果愈好，即比不带经济器的其制冷量增加得多，而功率增加却相应较少，性能系数得到较大提高。另外带经济器的螺杆压缩机能适应较宽的运行条件，单级压缩比大，这对用于冰蓄冷机组是较为合适的。

　　3.7蒸发器型式

　　水冷螺杆式冷水机组中采用的蒸发器一般有两种型式，即满液式蒸发器和干式蒸发器。满液式蒸发器其制冷剂液体是经过浮球阀（或节流孔板）进入蒸发器筒体管间，吸收管内流动的载冷剂液体所放出的热量而蒸发，制冷剂蒸气从筒体上部被压缩机吸走。这种型式的蒸发器由于其制冷剂沸腾是在管外，所蒸发的制冷剂蒸气可及时通过制冷剂液面而被压缩机吸走，因而其传热系数高，换热效果好。其缺点是制冷剂充注量大，回油较为困难（需配置专用的回油器）。目前许多品牌的螺杆冷水机组都采用满液式蒸发器，如美国顿汉布什，约克等。

　　干式蒸发器其制冷剂液体是在管内蒸发，为了控制供液量常与热力膨胀阀配套使用。载冷剂在管外流动，为了提高管外侧的流速以强化传热，常在筒内装有若干块折流板。干式蒸发器由于其制冷剂是在管内沸腾，因而其所蒸发的制冷剂蒸气不能及时排出管外，气液两相流中气体成份越来越多，所以此类蒸发器*大缺点是传热效率较低。而它的优点是蒸发器中制冷剂充注量较少，回油较为方便，用热力膨胀阀供液取代浮球阀从而使系统简单可靠。因而在某些品牌螺杆冷水机组中仍有使用。

　　3.8单螺杆与双螺杆比较

　　从单螺杆压缩机的工作原理及构造中我们可看出，单螺杆压缩机与双螺杆压缩机相比较有下列几个特点：a）由于单螺杆压缩机具有一个螺杆和两个齿轮的结构，造成螺杆上下压缩是对称进行，因此平衡了压力，使轴承寿命得以提高，从而使机组的使用寿命延长，维修工作量减少。

　　b）齿轮转子与螺杆相互啮合，不受压力引起的传递动力作用，因而可以采用密封性和润滑性能好的树脂材料，使接触精度得以提高，密封性加强，减少了泄漏损失，从而使这类压缩机可以有较高的制冷系数。但由于整个机组系统设计等多方面的原因，目前所推出的几个品牌的单螺杆冷水机组其整机制冷效率并不高。这也是目前单螺杆冷水机组推广缓慢的一个重要原因。

　　c）齿轮转子如采用高强度树脂材料（工程塑料）制成，这样还可减少内部零件相互冲击所带来的振动及运行噪声。但如果齿轮转子采用钢质材料制造，则机组运行中的振动与噪声将明显增大。

　　3.9双工况螺杆冷水机组的安全保护与自动控制

　　3.9.1安全保护

　　安全保护应包括以下几点：吸汽压力过低，排汽压力过高，油温过高，油压差过低，油位过低，防结冰，冷冻水与冷却水不流动，压缩机电流过大，电机温度过高，防止压缩机频繁启动，压缩机运行故障，传感器故障，电压过高或过低，断相，螺杆转子反转保护等等。

　　3.9.2系统控制

　　系统控制应具有以下功能：a）可采用人工或自动方式进行开机或停机操作；b）可用BAS系统的外部信号对机组进行开机或停机操作；c）可用微电脑编制以七天为一个周期的运行程序；d）可对压缩机进行顺序控制（仅限多机头机组）。

　　3.9.3能量调节

　　根据设定的冷冻水温度，将微电脑置于自动控制位置来控制滑阀的位置，以此来实现机组的能量调节；冷冻水温度可通过楼宇自控系统实行远程设定；可以根据楼宇的具体使用情况编制程序来实现压缩机的加载循环。

　　3.9.4信息显示

　　微电脑控制中心应配置液晶显示功能，可利用简单的菜单驱动程序，通过菜单操作快速查询下列参数：冷冻水出水温度，蒸发压力，冷疑压力，系统电压，压缩机工作电流，压缩机累积运行时间，压缩机启动次数，压缩机接触器状态，水流开关状态，冷却水进出水温度，环境温度等。

　　3.9.5远距离监视功能

　　螺杆式冷水机组的微电脑控制中心应有完整的RS-232或RS-485通讯接口及各种相关的软硬件。用一个简单的终端装置和一个普通的调制解调器就可对机组进行远距离监视和控制。

　　4螺杆式冷水机组的工程设计

　　冰蓄冷工程中双工况螺杆冷水机组的布置是一项综合性工作，必须与建筑，结构，给排水，建筑电气等多工种密切配合。就本专业自身而言，与其他冷水机组一样应注意以下几个方面的问题。

　　4.1机房的选址与设计

　　4.1.1机房应尽量靠近冷负荷中心。目前国内大多数蓄冰工程机房均设在地下室，如有特殊原因而必须设在屋顶或中间设备层的话，应考虑屋面或楼层要有足够的承重能力。对于放置在中间设备层的机组还要注意机组的减振设计。

　　4.1.2机房高度应根据机组的具体情况而定，但其*低高度不应低于3.6m. 4.1.3机房应按规范采用二级耐火材料或不燃材料建造。对于采用噪声较大螺杆冷水机组的机房，为了减少噪声对相邻房间的影响以及改善机房操作工人的工作环境，应对机房进行吸声和隔声两方面的处理。目前常采用将吸声材料与普通结构墙体做成复合墙的办法，这对于吸声和隔声两者都是有利的。

　　4.1.4机房内的主机间应与水泵间和控制室分开设置。

　　4.1.5机房设在地下室时应设机械通风，对于选用开式机组的机房即使不设在地下室也要考虑机械通风。通风量可按V=0.404Q 2/3（m3 /h）计算，其中Q（kcal/h）为螺杆冷水机组空调工况下的总制冷量。

　　4.2螺杆式冷水机组的布置

　　螺杆冷水机组的布置应力求紧凑，以节约有限的建筑面积。机组及其管路的连接应符合工艺流程，并应便于安装，操作与维修。

　　4.3乙二醇泵和水泵的配置

　　4.3.1乙二醇泵的选型。在进行乙二醇泵选型时首先应该弄清楚系统所配乙二醇溶液的密度，粘度和比热。以此来确定乙二醇泵的流量。

　　在进行扬程计算时可先按水作介质来确定管路阻力，再将计算结果乘上1.2-1.3的修正系数，以此作为乙二醇泵的扬程。

　　4.3.2选用水泵时应尽量选用性能曲线陡一些的水泵。这是因为水泵性能曲线越平坦，其超流量现象越严重（即减少很少的阻力就会使流量增大很多），由于水泵耗电量随流量的增加而加大，超流量意味着有可能超过水泵电机的负荷，对电机的使用会带来极大的影响。

　　4.3.3水泵的效率。水泵的选择，在满足其使用要求的前提下应注意其效率。其实际工作点应尽量落在其高效区域内。

　　4.3.4对于冰蓄冷工程中的串联流程所配置的综合泵，即要在白天的融冰工况或制冷和融冰的组合工况下运行（这时其所需流量是由空调负荷决定的），又要在夜间制冰工况下运行（此时其所需流量是由制冰负荷决定的）。由于在这两种工况下其所需流量是不同的，空调负荷下所需流量要大于制冰负荷的所需流量。因此如果仅用一台泵来完成这两种工况下的任务，势必造成在制冰工况下水泵成为大马拉小车，效率较低。所以笔者建议在进行综合泵配置时应考虑设置两台泵分别完成其不同功能。这样做尽管可能会增加工程的初投资，但可大大降低泵的运行费用。另一种办法就是让两台泵并联，在制冰时仅启动一台制冰泵，在白天空调负荷下两台泵同时投入使用。

　　这样做就要注意两个问题，一是这两台泵应尽量选用同一型号的泵，第二，两台泵并联运行时的流量要小于这两台泵各自独立运行时的流量之和。