戴永峰

（徐州原土建筑設計有限公司，江蘇 徐州221006）

0 引 言

據(jù)調(diào)查，建筑總面積不足我國城鎮(zhèn)民用建筑面積5%的大型公共建筑，其用電量約占我國建筑用電量的1／4，其中50%以上電耗用于中央空調(diào)，因此研究降低大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗非常重要［1］，而風機盤管是半集中式空調(diào)系統(tǒng)中不可缺少的重要裝置，主要用來與空調(diào)房間進行冷 （熱）量交換，以滿足空調(diào)房間負荷的需要［2］.文獻［3－4］均采用變冷水溫度的方式（也就是質(zhì)調(diào)節(jié)）來滿足測試要求，這種方式調(diào)節(jié)起來非常復雜而且技術(shù)不成熟.本文在對制冷機間歇工作.冷熱水摻混、變頻工作等3種制冷系統(tǒng)的對比分析后，選擇并設計了變頻控制制冷系統(tǒng)作為空調(diào)實驗室的制冷系統(tǒng)，實驗室風機盤管全工況性能測試系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的量調(diào)節(jié)方式，滿足實驗室測試條件要求，也符合常規(guī)教學需求.

1 制冷系統(tǒng)方案比較

風機盤管實驗室用于對風機盤管進行冷、熱工況實驗.即對風機盤管在制熱或制冷狀態(tài)下，測量其制冷量和風量，用于檢驗風機盤管的性能.冷工況時空調(diào)小室的溫度為（27±0.1）℃，濕球溫度為（19.5±0.1）℃，風機盤管內(nèi)通（7±0.1）℃的冷水.熱工況時空調(diào)小室的溫度為（21±0.1）℃，風機盤管內(nèi)通（60±0.1）℃的熱水.根據(jù)風機盤管內(nèi)的流量和進出水溫差，可求知該風機盤管的制冷量或制熱量.通過橢圓噴嘴測量風機盤管的風量，同時根據(jù)風機盤管進出口設置的干、濕球溫度計，得出進出口空氣狀態(tài)的焓，這樣從風側(cè)也可以得出風機盤管的制冷量.從空調(diào)實驗室制冷原理［5］可知，冷、熱工況均需要一個溫度恒定的冷熱源.本實驗室的冷源采用變頻控制制冷系統(tǒng)，熱源采用電加熱熱水系統(tǒng).

單臺風機盤管所需的制冷量較小，市場上沒有適于該制冷量的冷水機組，因此需設計相應的制冷系統(tǒng).可采用的制冷系統(tǒng)工作形式有：（1）制冷機間歇工作；（2）制冷機不停機.將較低溫的冷水與熱水按一定比例摻混（簡稱冷、熱水摻混）；（3）制冷機變頻工作等3種形式.實驗室制冷系統(tǒng)方案比較見表1.

表1 實驗室制冷系統(tǒng)方案比較

從表1可以看出，前兩種制冷系統(tǒng)的工作形式均為定速壓縮機制冷系統(tǒng)，定速壓縮機制冷系統(tǒng)的特點是：由于制冷量是按最大負荷匹配的，而系統(tǒng)全年滿負荷工作時間只有10% ～20%，在大多數(shù)運轉(zhuǎn)時間內(nèi)系統(tǒng)的制冷量大于負荷.為了避免制冷溫度低于所需溫度，制冷系統(tǒng)一般采用停、開機的方法（即間歇工作）維持所需的制冷溫度，這樣就降低了系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率，從而造成系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效率的降低和能耗的增加，實驗表明，當運轉(zhuǎn)率50%時，效率約降低15%［6］.

與采用定轉(zhuǎn)速壓縮機的制冷裝置相比較，采用變頻技術(shù)的制冷裝置，由于可以實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的制冷量與負荷的最佳匹配，所以減少了運轉(zhuǎn)過程中的開、停機次數(shù)，在低負荷時壓縮機的效率較高，因此節(jié)能效果十分明顯.用全年總的運行效率進行比較（SEER），與采用定轉(zhuǎn)速壓縮機相比，采用變頻技術(shù)的制冷系統(tǒng)效率可提高1／3.

制冷機變頻工作可以實現(xiàn)冷水出水溫度的恒定且制冷系統(tǒng)簡單，雖然控制系統(tǒng)復雜，但結(jié)合本實驗室的變頻控制冷水系統(tǒng)，不論在教學上還是在實際應用中，都是可取的.

2 系統(tǒng)設計與安裝調(diào)試

2.1 制冷系統(tǒng)及控制系統(tǒng)

考慮到實驗室在不工作時，制冷系統(tǒng)也需要計算機房供冷，所以采用4臺變頻渦旋壓縮機，電機功率均為2.2kW，組成4組獨立的制冷系統(tǒng).制冷系統(tǒng)由渦旋式壓縮機、臥式殼管式冷凝器、干燥過濾器、電磁閥、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器（螺旋盤管）、氣液分離器組成［7］.制冷劑為R22.系統(tǒng)中設置高低壓控制器和高、低壓壓力表，用于保護壓縮機和監(jiān)控壓縮機工作［8］.冷凍水系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，蒸發(fā)器（螺旋盤管）浸沒在冷水箱中.

制冷系統(tǒng)原理為制冷劑R22經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸氣進入臥式管殼式水冷冷凝器，冷凝成高壓常溫液體后經(jīng)干燥過濾器、電磁閥進入熱力膨脹閥，經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流降壓降溫后，進入蒸發(fā)器，制冷劑液體在蒸發(fā)盤管內(nèi)吸收冷凍水的熱量而氣化，氣化后的制冷劑蒸氣經(jīng)氣液分離器進入壓縮機吸氣端.

變頻控制系統(tǒng)如圖1所示，采用DDC控制系統(tǒng)，DI點14個，DO點4個，AI點3個，AO點2個.通常情況下制冷機組JZ1－3按給定頻率（50～60Hz）工作，制冷機組JZ4始終變頻工作.制冷系統(tǒng)開機前，首先向冷凝器通冷卻水，此時，水流開關(guān)動作，計算機根據(jù)水流開關(guān)信號確定制冷機開機與否，若水流開關(guān)發(fā)出有水流信號，制冷系統(tǒng)電磁閥先打開，延遲1min后制冷壓縮機開機.DDC計算機根據(jù)冷凍水的出水溫度，通過變頻器調(diào)節(jié)制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速，當冷凍水出水溫度與給定值偏差較大時，制冷機組JZ1－3的3臺機組均按給定頻率工作，制冷機組JZ4按最大頻率工作；當冷凍水出水溫度偏差小于某最大偏差時時，制冷機組JZ1－3中的1個或幾個工作，制冷機組JZ4變頻工作.水流開關(guān)無信號時，機組不能工作；高壓高于給定值或低壓低于給定值制冷系統(tǒng)停機.

2.2 設備選擇

制冷系統(tǒng)采用變頻渦旋壓縮機，其特點是效率高，制冷量調(diào)節(jié)范圍大（電機頻率在30～130Hz范圍內(nèi)變化），由于水冷式冷凝器具有冷凝溫度低、體積小等優(yōu)點，系統(tǒng)采用水冷式冷凝器.同時，為保證不同季節(jié)冷卻水系統(tǒng)均能正常工作，在冷卻水進出水管上裝有電動三通閥，保證冷卻水進入冷凝器的溫度在20℃以上.蒸發(fā)器采用廠家定型產(chǎn)品5P螺旋盤管.熱力膨脹閥采用RF4內(nèi)平衡式熱力膨脹閥［9］.

2.3 安裝與調(diào)試

圖1 制冷系統(tǒng)DDC控制原理框圖

在系統(tǒng)的安裝過程中，螺紋接頭處的喇叭口應光滑，不得有翻邊、裂紋等缺陷，以免系統(tǒng)泄漏；布置管徑較細的引壓管時也不能隨意彎曲，防止彎曲半徑太小造成壓扁堵塞甚至產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，導致壓力表和高低壓控制器指示錯誤和失靈；制冷劑的充注量應根據(jù)系統(tǒng)的實際情況，保證膨脹閥的供液充足，可以通過視液鏡或聽制冷劑的流動聲判斷膨脹閥前的供液是否充足；膨脹閥開度小和制冷劑充注量少均會造成低壓壓力低.同時，要注意熱力膨脹閥的開閥方向，并應垂直安裝.由閥桿確定閥的開啟狀態(tài)，順時針為關(guān)，逆時針為開.

2.4 運行參數(shù)

渦旋變頻壓縮機由于采用了變頻器，因此其轉(zhuǎn)速隨頻率變化而產(chǎn)生不同的輸氣量，從而使制冷、制熱量增大或減小，目前，變頻壓縮機運行范圍一般 為30～115Hz.在高頻，變頻壓縮機可以進一步提升運行頻率的方式，使變頻壓縮機輸出超過其額定能力.總體上看，變頻壓縮機可調(diào)節(jié)范圍位于其額定能力的48%～104%之間.

表2為50Hz時制冷系統(tǒng)主要參數(shù).從表2可以看出，當就頻壓縮機在50Hz運行時，實測其冷凍水的進出口水溫為12／7℃，冷卻水供回水溫度為29.1／32.3℃，基本滿足常規(guī)空調(diào)水系統(tǒng)的參數(shù)要求（冷凍水進出口水溫為12／7℃，冷卻水供回水溫度為32／37℃）.

表2 50Hz時制冷系統(tǒng)主要參數(shù)

3 結(jié)束語

為了滿足風機盤管實驗室的溫濕度要求，需要提供溫度恒定的冷源，通過對比3種制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點，選擇并設計了變頻控制制冷系統(tǒng).在暑期測試中，變頻控制制冷系統(tǒng)能滿足冷水 出水溫度恒定的要求，可提供風機盤管溫度為5～11℃的冷凍水.該測試實驗臺為教師及學生對風機盤管的性能研究提供了設計合理、測試準確穩(wěn)定的平臺.

［1］夏玲，錢雪峰，岳海兵，等.風機盤管性能測試系統(tǒng)設計及影響因素分析［J］.流體機械，2013，33（2）：17－20.

［2］尹應德，張泠，蘭麗，等.風機盤管的模擬、調(diào)節(jié)和節(jié)能分析［J］.制冷與空調(diào)，2005，5（1）：41－45.

［3］劉金平，周登錦.空調(diào)系統(tǒng)變冷水溫度調(diào)節(jié)的節(jié)能分析［J］.暖通空調(diào)，2004，34（5）：90－96.

［4］黃健機.關(guān)于中央空調(diào)水系統(tǒng)變水溫的分析［J］.廣東科技，2007（2）：84－85.

［5］吳業(yè)正.制冷原理及設備［M］.西安：西安交通大學出版社，1997：45－55.

［6］石毅登，田懷璋，陳林輝，等.采用變頻技術(shù)的制冷裝置的優(yōu)勢分析［J］.制冷與空調(diào)，2004，4（5）：59－62.

［7］李樹林.制冷技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003：67－85.

［8］張子慧.熱工測量與自動控制［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996：32－45.

［9］楊楊.制冷系統(tǒng)中節(jié)流裝置的應用對比分析［D］.北京：北京工業(yè)大學，2011：4－7.