探讨丨中央制冷机组的选择

 二维码 1
作者:李安定 卓展工程顾问有限公司

对于老一辈的暖通工程师来说,如何选择中央空调机组已经是家常便饭,不足一提的事了,有经验的老法师看过项目的大概规模、性质、地理气候条件等第一眼就能给出最合适的空调主系统配置方案,其中就包括制冷主机的选择及配置。




1 (1).png


从历代传授的方式来看,主要还是按着上一代老法师的经验逐渐传授下去,这些经验当然宝贵,但是从当今社会的角度来看,往往真养的做法所造成的结果就是装机容量远远大于实际需求(有些甚至超过40%),造成部分制冷设备常年闲置,造成甲方在土建、电气、设备方面的初投资大大增加。同时也会造成制冷机组运行效率低、费用高及事故频发的可能。基于这些原因,近些年开始兴起能源管理中心的概念。但是,从源头来看,根本问题还是需要去发掘及解决。

随便问一个暖通工程师都知道,设计过程中制冷机组怎么选型和数量配置呢?相信大部分的回答就是基于负荷计算出来的最大值来考虑,在加上个安全系数就可以得出制冷机的选型了。但实际运行过程中,绝大数的空调在供冷期中出现最大负荷的时间是及其短暂的,大概只占到全年运行时间的百分之几而已,制冷机的大部分时间都还是工作在部分负荷的工况之下。所以近些年来越来越多的专家提出了主机的分析论点,尤其强调在给项目的制冷系统选择主机前应该先充分分析项目的性质和各方面参数指标,把握该项目负荷的变化规律,同时结合不同制冷机的特点、适用范围以及机组在部分负荷工况下的运行效率等来确定最终制冷主机的选型和配置。

当然,上述主要是从负荷角度来分析,实际操作中在中央制冷机组的选择方面同样还要考虑的一个就是建筑物的条件、规模、气候等,尤其是一些改建项目,以此来判断和确定制冷主机是选择水冷、风冷还是其他形式。同时还需结合甲方的需求、投资回报、经济节能等多方面。总而言之,除了经验,还要结合实际的综合分析来最终确定主机的选择。

就目前冷冻机房的发展趋势和方向来看,在新项目的制冷机选择上应把眼光也放远一些,考虑到冷冻机房的高效节能运行的需求,即使目前暂时不做高效冷冻机房,也可以为将来做好预留。不要到时明明制冷机没有到寿命,单位了做高效冷冻机房去换机组,浪费投资。

那我们继续来看下目前市场上主要制冷机组的种类及主要特点。目前市场常见的制冷机组主要有活塞式、螺杆式、离心式、吸收式等多种,因为活塞式在大型商业建筑的适用范围很小,其主要单机容量是在100W~200kW间,用在家用空调、汽车空调多见,所以这里不做详述。其次,溴化锂吸收式制冷机目前市场对其也是褒贬不一,因为其节电并不节能的特性,目前也不被大多数发展高效冷冻机房的业态所认可。所以从经济性角度来看电驱动性能要由于热力驱动的。那我们就直接谈谈螺杆机和离心机吧。

我本人其实很中意及喜欢螺杆机组,尤其是近些年其在技术上的发展、加工精度的提高及合成冷冻油的使用,使得螺杆机的运行效率越来越高,其COP值也接近于离心机组。虽然其主要涉及的领域是中等冷量的范畴,但正有向大、小两个冷量延伸的走向,甚至有取代部分活塞式的制冷机组的趋势。至于螺杆机的结构和运行特征在此也就不详述了,贴几个图大家参考或是翻下教科书之类的吧。

1 (1).jpg

1 (2).jpg


1 (3).jpg1 (4).jpg

双螺杆冷水机组制冷系统流程图


目前,螺杆式制冷机可实现在10%~100%间的冷量无极调节,其单机容量一般是在150kW~1400kW的场合中使用。但从经济性角度出发,让其运行在50%的负荷以上是最为经济的。所以,从这个角度来看,在选择螺杆机的单机容量和台数时就应该尽量保证制冷机的运行时间多一点是在其50%以上负荷状态点。


其二,离心式制冷机组。离心机属于中大冷量制冷机组,其工况不可以有太大的变化,且在低负荷时容易产生喘振,所以它的负荷调节范围只能在30%~100%范围内无极调节,主要单机容量都在350kW以上。离心机的选择方面就需留意一是不要让其低负荷运行,避免喘振对机组的伤害。二是要避免运行工况偏离设计工况,那样的话效率会急速下降。

1 (5).jpg1 (6).jpg1 (7).jpg


结合目前的变频技术的发展,制冷机在调节范围和效率上都有了不少提高,这也为高效冷冻机房的提供了必要的条件。


好了,我还是想回到螺杆机。因为,目前市场上螺杆机除了水冷机组还有风冷机组为主要市场选择。从综合效率COP来看,水冷显然会占优。但是之前我也说了,中央主机的选择并非只考虑一个性能指标为主,还是需要综合考虑其他因素,风冷机组一般都是冷水/热水的热泵机组,在两管制系统中,直接可以在冬天作为采暖使用,无需再增加锅炉等热源设备,但其受气候因素尤其是冬季极寒气候因素比较大,在南方地区会更佳适用广泛。只要气候等条件允许,从长期运行、维护等角度来说,或许其综合指标会远大于水冷机组的单项指标。


1 (8).jpg

风冷螺杆式热泵机组


最后就是来聊最最重点的了,那么究竟该如何选择和配置中央制冷机组呢?

谈下个人的观点:首先是要确定机组总容量,这里面需考虑机组实际的运行工况和设计工况偏离后所造成的冷量不足问题。一般这种情况下可以适当对机组要求的制冷量增加不超过10%的比例。


其次就是机组类型的选择,一般首要考虑的是各机组本身的适用冷量范围和调节能力,首选电力为驱动型的机组。对于需要同时冷、热负荷,且夏冬季冷、热负荷相差不大的地区在综合比较后可以首选热泵机组。


再次就是机组的搭配和台数的选择,之前也了解到,一般来说一个项目在一年的绝大部分运作时间里,中央制冷机组都是工作在部分负荷状态下,因此确定机组时考虑机组的部分负荷运行性能是非常重要的一件事。一般无论项目规模再小也不建议只设置1台制冷机组,中小规模宜至少选用2台机组,较大规模可选用3台,特大规模选用3台以上。在项目规模较大,当选用到3台及以上数量机组,且选用的机组中有大型机组时,可考虑其中至少1台机组选用小负荷机组。因为无论是离心机还是螺杆机,让大机组去带小负荷时是很不经济的做法。一般可以选用一台小机组,让其工作在不超过25%的总负荷内,这正好也是大机离心机的喘振临界点。选用小机后就可以保证系统在处于最低负荷率的时候,仍可以在总负荷5%处正常运行。剩余的机组可考虑选用相同容量的机组,机组的数量根据项目常年部分负荷工况点来选择。所以这时不光要看负荷的静态数值,还要看负荷的动态值综合考虑。


再聊一下现在很多中小规模的项目也在提出使用模块化风冷热泵机组和VRV多联机组的中央空调系统。因为此两类机组具有很强的灵活性,只要不在太极寒的地区,很多中小型规模的项目都可以用,且目前总造价有控制的项目使用频率还相当的高,尤其适合小空间出租的办公楼和快捷型酒店之类。

那么这两个小机组群究竟有什么优势?

  1. 刚才也提到过,灵活性特别强,两者都是模块化的外机,坏了一台也不会影响到整体,所以也不许配置过多的裕量,项目局部改造也不受影响。

  2. 只要地域和气候条件允许,两者都属于热泵型,所以冬季都可以实现采暖。

  3. 不占用地库地方面积,可省出更多的空间给商业及其他用途。

  4. 系统相对简单,将来维护保养比集中式的中央冷源系统要省心不少。

但此类机组毕竟都属于风冷型,相对于水冷机组而言,COP值会差到很远,极端冷热的室外环境都会直接影响到机组的效能,使效能下降很多。所以,对节能要求特别高以及对大气环境保护有要求的项目还是要慎重综合考虑。

顺便提一下,对于使用模块化风冷热泵和VRV多联机的项目,我本人觉得如果甲方经济能力尚可的话(VRV多联机要比模块化风冷热泵初投资贵20%~25%),我还是更推荐用VRV的多联机组,原因之一是其使用寿命和能效比都比模块化风冷热泵出众,虽然投资略贵,但长时间的使用后,其稍高的能效足以在短期内收回高出部分的投资。之二是VRV只要施工质量保证,相对于模块化风冷热泵会有较好的稳定性。之三是源自本人对日本精工产业的那份喜爱的情怀。


1 (9).jpg

模块化风冷热泵机组

1 (10).jpg

VRV多联机组



好文章供分享学习,其版权归属原作者:资深设计专家李安定。


文章分类: 卓展原创
分享到:
赞助商
登录