制冷压缩机来满足低负荷时的空调要求

　　离心式冷水机组的性能分析，离心式冷水机组的单机制冷量它是决定离心式冷水机组能否正常使用的最关键参数，是指机组在设计工况下所具备的制冷量，可从厂家提供的产品样本中查得。在选择离心机单机制冷量时应注意以下几点：a）由于每台离心机的高效运行范围在其制冷量的40%100%之间，因此在机组选型时应认真分析建筑的负荷分布特性，尽量使所选的机组能运行在高效区内。b）在满足以上条件时，应尽量选择单机制冷量大的机组。c）在选型时应参考建筑物负荷分布特性，力争避免机组运行在其喘振区（离心机的喘振点同其能量调节方式有关，笔者将在下面详细分析），如建筑物负荷分布中有出现低负荷的情况，就可选配1台螺杆式制冷压缩机或活塞式制冷压缩机来满足低负荷时的空调要求。

　　离心式冷水机组的COP值该值是确定离心式冷水机组性能好坏的重要参数，应尽量选择COP值高的机组。对于空调用离心式冷水机组，其空调工况下的单位制冷量耗电量值在0.2kW/kW以下（国外一些在其本土销售的品牌离心机单位制冷量耗电量可低达0.14kW/kW，当然价格也要高一些），表1为几个进口品牌机组在空调工况下的COP值。

　　由于在实际使用中冷水机组大部分时间都是在部分负荷下运行的，所以选型时除了要考虑其在空调工况下的COP值外，还要分析它们在部分负荷时的COP值。目前各厂家所提供的冷水机组部分负荷COP曲线均是在变冷设计参考田国庆，男，1960年10月生，大学，学士，副教授，教研室主任310015浙江省杭州市舟山东路39号却水水温条件下得到的，而实际使用中冷却水水温变化又很小，因此在分析部分负荷效率时，应请有关厂家提供定水温下的部分负荷COP曲线。

　　此外离心机的冷凝器、蒸发器的水阻力对于水泵的功率消耗有很大影响，有计算表明，2110kW的离心机其冷凝器水阻力增加0.1MPa时，电机功率将增加1.5kW，其蒸发器水阻力每增加0.1MPa时，电机功率将增大1.25kW.因此在选择设备时这一点也应考虑进去。

　　噪声是衡量离心式冷水机组性能好坏的重要参数，它直接关系到离心式冷水机组运行时对周围环境的影响。目前国外采用的离心式冷水机组其A声级噪声一般在85在了解任何一种品牌产品的噪声指标时，必须明确下面两点：第一是该噪声值的测试环境，究竟是在现场测试的还是在静音室内测试的；第二要了解清楚测点距冷水机组的距离（一般分1m和3m两种）是多少。影响离心机噪声的主要因素是传动齿轮及机组排气（离心机的排气噪声大部分来源于排气管内气体的高速流动），对于前者，采用三级离心就可以较好地解决，对于后者下述两个方法是非常有效的：a）选配压缩机排气侧冷媒喷液装置。该装置通过径向口把制冷剂液体喷至排气侧，喷液产生的雾状制冷剂有吸声功能，并且其闪发蒸气能冷却压缩机排气。b）选用采用吸声材料制成的降噪垫，将其包扎在排气管上，一般可降低A声级噪声24dB.

　　外形尺寸与质量离心式冷水机组大都布置在室内，在进行设备选型时必须考虑所选设备尺寸是否符合布置要求。对性能相同机组，应优先选用尺寸较小的，以减小设备的占地面积。设备偏重则会增加对基础的承重要求，浪费了材料，增加了成本。有的厂家宣称其产品尺寸较大、质量较重是为了提高制冷效率，但事实上从外形尺寸、质量与能效比的比较来看这点并不明显。几个进口品牌产品（采用R134a工质）的外形尺寸与质量。

　　离心式冷水机组的结构分析对离心式冷水机组的结构进行分析，就是对其压缩机型式、能量调节方式以及制冷系统的自控和安全保护等加以分析，比较其在系统配置方面的优缺点。单机头与多机头笔者认为从使用角度讲多机头机组更为合理。首先其可靠性要比单机头机组高，在使用过程中如果压缩机多机头机组发生损坏，那么只要将其对应的吸气阀门关闭，其余压缩机机头均可正常使用。如果单机头机组发生机头损坏的情况，则只好进行停机检修，这将影响整台机组的正常使用。其次是多机头机组在部分负荷下的制冷效率较高。由于机组的多数运行时间处在部分负荷条件下，其在40%100%负荷下运行时效率较高，在40%以下负荷运行时效率将要大大降低，采用单机头机组比较容易遇到在40%以下负荷运行的情况。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，那它还是运行在高效区内。

　　开式与闭式所谓开式机组就是离心式制冷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。

　　为了降低传动齿轮的机械损失，目前许多公司均在设计时将齿轮的机械损失控制在0.5%以下。在离心式冷水机组中冷凝压力与蒸发压力的压缩比是靠叶轮的叶尖速度来保证的，而叶轮的寿命又是由叶轮的叶尖速度决定的。采用多级压缩可使每一级的压缩比大大下降，从而使其叶轮的叶尖速度降低，这样可充分提高叶轮的使用寿命。

　　影响轴承寿命的主要因素是其表面速度和其承载量。对于多级离心机由于其叶尖速度较低，因而其轴承表面速度也较低，有利于延长其寿命。但多级离心机采用多个叶轮，这无疑增大了轴承的承载量，另外采用R123作工质的三级离心机叶轮直径较大，这也增加了轴承的承载量，影响了轴承的寿命。所以单级与多级离心机对轴承寿命的影响需要综合考虑。

　　目前市场上带经济器的空调用多级离心机，其制冷工质为R123，根据理论计算，在相同工况下采用R123工质的多级离心机比单级离心机效率可提高7%.但在实际工作中由于每级压缩的吸排气均有一定的阻力，所以实际节能效果受到一定影响。

　　能量调节与喘振目前各个厂家在离心式冷水机组中所采用的能量调节方式大致有以下几种：进口导叶调节、压缩机变频调速、无叶扩压器宽度调节，也有厂家将上述方法综合在一起进行调节。不同的能量调节方法是决定离心机喘振点的一个非常重要的因素。

　　a）采用普通进口导叶调节，其喘振点在20%30%负荷之间，不同品牌机组有所不同。

　　b）采用进口导叶调节辅以压缩机叶轮变频调速，其喘振点可控制在10%负荷左右。

　　c）采用进口导叶调节辅以压缩机扩压器宽度调节，其喘振点可控制在10%负荷左右。

　　d）对于多级离心机组采用每级进口均配置进口导叶调节，也可将其喘振点控制在10%负荷左右。

　　同部分负荷COP值一样，上述喘振点均是在变冷却水进水温度情况下测得的，而实际使用中冷却水水温变化并不大，这就是实际使用过程中发生喘振时的负荷率总比厂家承诺的要高的原因。所以在选择机组时应请厂家提供定冷却水水温下的喘振点，这才有真正的意义。

　　节流装置目前用于离心式冷水机组的节流装置主要有电子膨胀阀和节流孔板两种形式，电子膨胀阀的主要特点是：a）可以运用自适应控制逻辑，形成自适应PSD（即比例P、求和S、微分D）的控制规律。在制冷环路负荷和压力不断变化的情况下，能稳定运行。

　　b）电子膨胀阀由步进电机带动，不仅反应快速，且精确到位，膨胀阀可在30s内实现全开或全闭过程。

　　c）不受冷凝温度影响，能在很低冷凝压力下工作，大大提高部分负荷下的COP值。

　　d）在接近零过热度时能平稳运行，不产生振荡，从而充分提高蒸发器的效率。

　　e）密封性能好，全关时能全部封死管路，不需要另外配电磁阀隔断。

　　所以采用它作为节流装置可以使整台机组效率与可靠性提高。但电子膨胀阀的制造成本较高，目前在离心式制冷压缩机中的使用还不普遍。

　　以节流孔板作为冷水机组的节流装置的主要优点是制造成本较低。它的缺点是随着热负荷的增加，要求蒸发器供液量增加，而这时却由于冷凝压力与蒸发压力差的减小，使供入蒸发器的制冷剂量减少，这就形成了一个矛盾。因此该种节流方式不适合工况变化较大的场合。

　　对于节流孔板的缺点许多公司都已意识到，因此在采用R134a作为工质的离心机中各个厂家基本上均采用电子膨胀阀或类似产品。但在采用R123工质的离心机中由于R123工质空调工况的冷凝与蒸发压力之差较小，而R123与R134a在空调工况下单位制冷量的质量流量基本相同，如系统采用电子膨胀阀作节流装置势必使膨胀阀的口径很大，所以目前以R123为工质的离心机其节流装置均采用节流孔板。

　　评价一种工质的性能优劣，主要有三点，即效率（对机组效率的影响）、安全性（毒性、燃烧性）以及对环境的影响。

　　目前用于离心式制冷压缩机工质的冷媒主要有R22，R123，R134a.使用厂家均宣称其所选冷媒是最合理的。

　　随着保护臭氧层及全球变暖问题得到越来越多人士的关注，在空调制冷领域已经有了两个很明确的目标：a）要选用理论制冷效率高的替代冷媒与设计制造能效高的设备，以减少耗能、排放的CO带来的间接变暖影响。b）要提高设备与系统的密封性，完善维修保养的操作方法与规章制度，以减少替代冷媒的泄漏与无意释放所造成的直接气候变暖影响（从这个角度讲选用闭式机组较为有利）。

　　临界角的测量本实验对临界角的测量分为两种不同边壁条件的情况，即半受限分散射流与自由分散射流。对于半受限的情况，即风口在平面壁上。可见，随楔形顶角的不同，射流的轴线有不同程度的弯曲，当顶角较小时由于回流区小，射流在内外侧的压差作用下而向内弯曲，直至合拢。随着顶角增大轴线的弯曲越来越小，至87弯曲已经相当小了，在顶角为90时分散射流的轴线几乎是一条直线，而再增大顶角时因风口边壁的影响，在外侧也可能发生贴附而造成轴线弯曲，这点由顶角为95时的轴线向上弯曲情况可以说明。实验表明，半受限楔形分散射流不发生弯曲的临界角度为90.

　　对于风口无边壁影响条件下的自由楔形分散射流，其实验结果参见图6.基于同样的理由，自由楔形分散射流轴线不发生弯曲的临界角为此顶角时轴线将有不同程度的向下弯曲。

　　对比两种情况下的临界角是有较大差别的，自由分散射流的临界角为114，比半受限射流的临界角要大。这是因为半受限射流受风口边壁的限制，气流是在边壁以下区域扩散，而自由楔形射流无边壁的限制，它的气流扩散域比半受限情况要大，因此导致自由分散射流临界角要大些。

　　结论本实验表明楔形顶角的大小对分散射流的稳定性有决定性影响。无论风口边壁是否受限分散射流都分别存在一个沿导流叶片射流轴线不发生弯曲的临界角。关于分散射流的临界角度，Awbi锥形分散射流保持不向上贴附的临界角度为120，因为锥形轴对称流场与本实验的楔形平面流场有所不同，所以临界角度有差异。

　　由于尚未见到相关论述的论文，本实验的讨论是初步的，仅考虑了两个主要因素，至于楔形导流叶片大小的影响、楔形顶点离开风口位置以及风口出流均匀性等因素，有待于进一步的讨论。