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關(guān)于冷水機(jī)組的運行控制分析理工論文
前言
目前的冷水機(jī)組及其內(nèi)部制冷機(jī)的技術(shù)改進(jìn)已經(jīng)使得它們的能耗大大降低,但是在大型建筑物中,空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組的能耗仍占整個建筑物能耗的約為 1/3。 冷水機(jī)組種類繁多,針對冷水機(jī)組的制冷熱力學(xué)原理不同,制冷機(jī)分為壓縮式制冷機(jī)與吸收式制冷機(jī);對于壓縮式制冷機(jī)對于其對制冷劑的壓縮形式不同,分為往復(fù)式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)與軸流式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī);對于吸收式制冷機(jī)只對制冷劑工質(zhì)進(jìn)行區(qū)分類型。壓縮式冷水機(jī)組使用方便,很少受到環(huán)境限制,吸收式冷水機(jī)組節(jié)省電能,但相對于壓縮式冷水機(jī)組來說并不節(jié)省一次能源。
2.影響冷水機(jī)組功耗的因素
對冷水機(jī)組能耗影響比較大的水系統(tǒng)運行參數(shù)是:冷水供水溫度,冷卻水流量和冷卻水進(jìn)水溫度。冷水供水溫度上升,制冷機(jī) COP 值將單調(diào)增大。降低冷卻水流量,將降低制冷機(jī)冷凝器的傳熱效率,冷卻水出水溫度上升,對制冷機(jī) COP 值的影響是負(fù)面的。冷卻水出水溫度上升,意味著制冷機(jī)冷凝溫度和冷凝壓力都已增加,這時制冷機(jī)COP 值將下降。
3.冷水機(jī)組的其他部件節(jié)能調(diào)節(jié)
任何部件工作狀況的調(diào)節(jié),都是因為負(fù)荷的變化導(dǎo)致以原來的工況將無法提供適合的能量,并且更浪費能量。由于冷水機(jī)組是一個完整關(guān)聯(lián)緊密的整體,這種調(diào)節(jié)往往不是只有一兩個部件工況改變。
3.1 蒸發(fā)器的調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的制冷量以適應(yīng)負(fù)荷的變化,維持被冷卻物溫度一定。對蒸發(fā)器的調(diào)節(jié)還包括蒸發(fā)器的供液量、蒸發(fā)壓力(溫度)的調(diào)節(jié)。
通常調(diào)節(jié)蒸發(fā)器一般屬于開關(guān)控制,對于多臺蒸發(fā)器為同一對象服務(wù)的制冷系統(tǒng),還可以控制蒸發(fā)器工作的臺數(shù)來調(diào)節(jié),并且還可以采用延時調(diào)節(jié)。延時調(diào)節(jié)的特點是控制每臺蒸發(fā)器停開的上下限都一樣,只是每臺蒸發(fā)器的停開都有一定的次序,并有一定的延時。
蒸發(fā)器的供液量隨著不同的負(fù)荷有不同的設(shè)定值。供液量過多時,將導(dǎo)致蒸發(fā)壓力變大,使得蒸發(fā)溫度變高,冷卻物溫度不能降低到所需溫度。
蒸發(fā)器的壓力變化表示蒸發(fā)器負(fù)荷的變化,調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力也意味著對蒸發(fā)器的制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且與供液量的多少相關(guān)。
3.2 冷凝器的調(diào)節(jié)
冷凝器的工作應(yīng)當(dāng)與壓縮機(jī)的制冷量相匹配。冷凝器調(diào)節(jié)的目的是在制冷系統(tǒng)內(nèi)保持相應(yīng)的冷凝能力,并維持一定的冷凝壓力。冷凝壓力太高,會導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增大,而且還容易引起事故;冷暖壓力過低時,膨脹閥的通過能力下降,從而導(dǎo)致蒸發(fā)器供液不足。
一般大型空調(diào)系統(tǒng)中使用的都是水冷式冷凝器,可以控制冷卻水的流量來調(diào)節(jié)冷凝器的能力及維持一定的冷凝壓力。當(dāng)冷凝壓力下降時,減少冷卻水流量,不僅使冷凝壓力上升至設(shè)定值,還可以減少冷卻水泵能耗;反之冷凝壓力上升,增大冷卻水流量,使冷凝壓力下降至設(shè)定值,但制冷機(jī)中壓縮機(jī)功耗將下降。
4.單機(jī)組調(diào)節(jié)
由于離心式冷水機(jī)組的高效率,它在空調(diào)工程中被廣泛采用。以下對單臺冷水機(jī)組的調(diào)節(jié)中只對離心式冷水機(jī)組與吸收式溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組進(jìn)行分析說明。
4.1 離心式冷水機(jī)組調(diào)節(jié)
離心式冷水機(jī)組其壓縮機(jī)為離心式,因此對于這種冷水機(jī)組的調(diào)節(jié)主要以改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和改變導(dǎo)葉角度。并且會輔助以調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻水量與冷卻水供水溫度。
所以離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍在喘震點與滯止工況點之間,調(diào)節(jié)流量不能超過此范圍。
1) 轉(zhuǎn)速降低可導(dǎo)致制冷量急劇減少,當(dāng)轉(zhuǎn)速在 100%~80%范圍內(nèi)變化時,制冷量可知 100%~50%范圍內(nèi)變化。改變轉(zhuǎn)速的方法節(jié)能性最好。
2) 進(jìn)口導(dǎo)葉使葉輪進(jìn)口的絕對速度 c1有預(yù)旋,從歐拉公式可知導(dǎo)葉不僅使能量頭改變,同時也使流量改變達(dá)到調(diào)節(jié)制冷量的目的。通過導(dǎo)流葉片的調(diào)節(jié)可以使壓縮機(jī)在最大壓頭下任意點運行。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時,導(dǎo)流葉片開始關(guān)閉,機(jī)組平穩(wěn)減載到所需的負(fù)荷。采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)可以使喘震點在很小制冷量處才會發(fā)生。筆者認(rèn)為在出口處的安裝角也可以同時做調(diào)整。
3) 冷凝器的供冷卻水溫與冷卻水量將使得冷凝器內(nèi)壓力的變化,導(dǎo)致壓縮機(jī)的工況需要變化。但是這種調(diào)節(jié)一般不是完全以節(jié)能為目的,需要配合壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)一起使用。
4.2 吸收式溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組調(diào)節(jié)
吸收式溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的制冷量幾乎與稀溶液的循環(huán)量成正比。因此,通常可以在稀溶液管上設(shè)調(diào)節(jié)閥,控制流量;或在稀溶液管上設(shè)三通調(diào)節(jié)閥,旁通一部分稀溶液到發(fā)生器出來的濃溶液中,以減少進(jìn)入發(fā)生器的稀溶液流量。這種調(diào)節(jié)法的實質(zhì)是,根據(jù)冷負(fù)荷確定供給發(fā)生器的稀溶液量,而不改變循環(huán)倍率,故發(fā)生器的單位熱負(fù)荷可以不增加,經(jīng)濟(jì) 性好。
5.冷水機(jī)組群的調(diào)節(jié)
大型的空調(diào)系統(tǒng)中,一般使用的是冷水機(jī)組群。合理的控制冷水機(jī)組群中運行臺數(shù)的加載與卸載,可以降低冷水機(jī)組的能耗,有利于整個空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。 冷水機(jī)組最高的 COP 一般不是在滿負(fù)荷情況下,而是出現(xiàn)在部分負(fù)荷時。以往控制策略是以空調(diào)負(fù)荷來控制冷水機(jī)組的啟停,基本不考慮單臺冷水機(jī)組的 COP,一般都是接近在線運行冷水機(jī)組全部為滿負(fù)荷運行的狀態(tài)下才考慮加載。現(xiàn)在的研究表明,多開一臺冷水機(jī)組能使在線運行的所有冷水機(jī)組都處于最佳或者比較好的 COP,在一定條件下也能節(jié)省能量。但這要看具體使用的冷水機(jī)組的特性。
實際應(yīng)用中要根據(jù)工程使用的冷水機(jī)組的實際運行數(shù)據(jù),計算出他們在不同臺數(shù)運行時的啟停負(fù)荷切換點。冷水機(jī)組型號不同,組合不同,以及隨著冷水機(jī)組經(jīng)過一段時間使用,實際運行特性不斷在變化,這些節(jié)能的啟停切換點也是在不斷變化的。
為了減少工作量,可以建立一個自適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,根據(jù)冷水機(jī)組功率及其 COP 值,自動計算出不同冷水機(jī)組臺數(shù)節(jié)能啟停切換點,更新當(dāng)前使用數(shù)值。
另外要注意到是對于冷水機(jī)組群臺數(shù)啟停控制,由于是根據(jù)負(fù)荷的要求進(jìn)行調(diào)節(jié),所以負(fù)荷的測量計算一定要準(zhǔn)確,不然供需不平衡,也將浪費能量。
6.小結(jié)
綜上所述,本文總結(jié)得出以下幾點:
⑴對冷水機(jī)組的蒸發(fā)器與冷凝器調(diào)節(jié)進(jìn)行了分析。蒸發(fā)器由于與負(fù)荷直接相關(guān),控制調(diào)節(jié)的方法相對簡單。冷水機(jī)組中蒸發(fā)器一般為多臺,因此調(diào)節(jié)方法一般是工作臺數(shù)的控制,隨負(fù)荷增減來控制蒸發(fā)器臺數(shù)的增減。冷凝器的調(diào)節(jié)主是 為了配合冷水機(jī)組的制冷量。為了保證一定冷凝能力與冷凝壓力,冷凝器的調(diào)節(jié)涉及到了冷卻水的供水溫度、冷卻水循環(huán)水量和冷水機(jī)組中的壓縮機(jī)功耗。冷凝器壓力增大時,為使壓力下降,增大冷卻水循環(huán)水量或降低冷卻水供水溫度,會導(dǎo)致冷卻水水泵與冷卻塔中的風(fēng)機(jī)功耗增大,但是冷水機(jī)組中的壓縮機(jī)功耗降低;冷凝器壓力減小時,為使壓力上升,減小冷卻水循環(huán)水量或提高冷卻水供水溫度,會減少冷卻水水泵與冷卻塔中的風(fēng)機(jī)功耗減小,但是冷水機(jī)組中壓縮機(jī)功耗將會增大。
⑵對單機(jī)組的調(diào)節(jié)作了分析,離心式冷水機(jī)組的調(diào)節(jié)與離心式水泵調(diào)節(jié)相似,轉(zhuǎn)速降低可導(dǎo)致制冷量急劇減少,改變轉(zhuǎn)速的方法節(jié)能性最好。吸收式溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的負(fù)荷控制調(diào)節(jié)可以通過減少稀溶液的循環(huán)量。無論是對稀溶液進(jìn)行節(jié)流而減小循環(huán)量還是使用旁通管以減少進(jìn)入發(fā)生器的稀溶液量,經(jīng)濟(jì)性都很好。而冷水機(jī)組群的節(jié)能運行調(diào)節(jié)現(xiàn)在處于多臺冷水機(jī)組的啟停控制,現(xiàn)在的研究表明,多開一臺冷水機(jī)組能使在線運行的所有冷水機(jī)組都處于最佳或者比較好的 COP,在一定條件下也能節(jié)省能量。
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