高温离心式冷水机组及其特性研究(2)
3.2、性能测试
按照上述的技术分析,珠海格力电器股份有限公司设计并制造了一台4000kW、冷媒为R134a、冷水出水温度为16℃的离心式高温冷水机组,并对该冷水机组按照高冷水出水温度工况(冷水进水温度21℃,出水温度16℃;冷却水进水温度30℃,出水温度35℃)和国标GB/T 18430. 1中的IPLV测试工况进性能测试,测试结果如图4所示。
从测试数据可以看出,机组在满负荷运行状态下,能效指标COP值达到7.7,比7℃出水的离心式冷水机组能效指标提高了33.2% ,基本接近设计软件的计算指标;在冷水的出水温度为16℃时,按照国家标准GB /T18430.1计算的IPLV值为8.1。表2为部分负荷测试的结果。
表2 标准部分负荷性能测试数据
测试结果表明,改进后的高出水温度冷水机组,其能效指标与标准机组相比有大幅度的提高,基本接近前述软件的理论计算值,当其被用于温湿度独立控制的空调系统时,必将显著降低系统的能耗。
4、COP值的变化趋势
中央空调系统由于设计时是按照最大负荷计的,而在实际运行时,冷水机组基本都是处在不同的工作条件和部分负荷状态下运行的,因此,需要对产品的变工况和卸载运行进行试验。
冷水机组的变工况包括冷却水进水温度条件的改变、冷水出口温度设定值的改变和由于空调负荷本身的变化而导致机组在部分负荷下运行等情况。实际应用场合,可能是上述条件中的一种或多种情况的综合,冷水机组的变工况和部分负荷的特性就能反应出机组的产品适应能力和COP值的变化趋势。
4.1、变冷却水条件试验
离心式冷水机组在运行过程中,如果冷却水的温度发生变化,将直接影响到机组的制冷量和能效特性。当冷却水温度降低时,由于冷却效果好,将使机组获得更低的冷凝温度,从而增加机组的制冷量,提高机组的效率 。试验过程中,保持冷水的进口温度为21℃,出水温度为16℃;冷却水的进口温度从26℃逐渐增加到35℃,测试出来的COP值变化情况如图5所示。
图5 冷却水温度变化时性能变化趋势 图6 冷冻水出水温度变化时性能变化趋势
4.2、变冷水出水温度试验
冷水出口温度的升高,对机组的制冷量和能效特性也有很大的影响。当冷水温度升高时,由于更有利于蒸发,将使机组获得更高的蒸发温度,从而使机组的制冷量增加。试验过程中,保持冷却水的进口温度为30℃,出水温度为35℃;冷水出口温度从12℃升到20℃,测试出的冷水机组的性能参数变化情况如图6。出水温度低于12℃时,由于制冷剂的流量变小,可能会使机组工作在接近喘振的临界点,从而导致机组出现异常,这是在实际运行中应该注意的。
4.3、部分负荷试验
冷水出口温度恒定时机组的性能参数随负荷变化而变化的特性是指保持水冷冷水机组的出水温度为16℃,人工调整机组的负荷从100%开始逐渐下降,测试机组COP 值和制冷量的变化情况。测试过程中保持冷却水的温度为30℃进水,试验的结果如图7所示。从图中可以看出,在冷水机组恒定16℃出水情况下,当冷水机组压缩机运行负荷从100%降低到25%时,冷水机组的COP值下降了42. 6%。在实际应用过程中,通常冷水机组的控制系统都是设定成固定的出水温度,当实际空调负荷减小时,机组的自动控制系统将自动卸载,降低压缩机的负荷比,成为部分负荷运行状况,从而导致COP的下降。这说明在开展节能降耗的工作中,仅关注机组本身满负荷条件下的COP值是不够的,需要关注整个空调系统的运行总能耗。
图7 变负荷运行时性能变化趋势
值得注意的是,由于离心式压缩机的工作特性,当冷水机组运行时因运行条件的变化导致制冷剂流量减少时,有可能使机组的工作点接近压缩机的喘振临界点,从而影响到机组运行的安全性,这就需要在机组的设计时考虑到防喘振控制。
离心式制冷机组工作时一旦进入喘振工况,应立即采取调节措施,降低出口压力或增加入口流量。压力比和负荷是影响喘振的两大因素,当负荷越来越小,小到某一极限点时,便会发生喘振,或者当压力比大到某一极限点时,也会发生喘振。一般可以通过在控制系统中设定安全工作区,当机组运行工作点接近临界区域时,通过调整流量或压力来使机组工作点远离临界区域,达到保护的目的。
5、结论
(1)当离心式冷水机组运行在高冷水出水温度时,需要对压缩机本身重新进行优化设计;
(2)离心式冷水机组工作在部分负荷状态下,其能效指标将有明显下降,在空调系统设计时,应注意系统的负荷配置和控制的优化,以尽可能降低整个空调系统的能耗;
(3)在空调系统设计时应尽量避免空调系统运行在较低的负荷比例下,而由于中央空调系统在运行过程中,冷水机组的部分负荷运行势在难免,因此,通过改善冷水机组在部分负荷运行时的性能和优化空调系统的控制策略也有着非常重要的意义。
