大型建筑中央空调冷(热)源方案选择技术分析报告

大型建筑中央空调冷（热）源方案选择技术分析报告简介：中央空调冷热源设备主要有燃气直燃机等吸收式机组和离心机等电力制冷机组两大类。吸收式制冷（热）机组根据驱动能源分为直燃型、蒸汽型、热水型机组等。电力制冷机组根据压缩机型式分为活塞式、螺杆式、离心式、冰蓄冷等。本文对以上各种机组进行了详细的介绍。关键字：吸收式机组，电力制冷机组，冷热源前言中央空调冷热源设备主要有燃气直燃机等吸收式机组和离心机等电力制冷机组两大类。吸收式制冷（热）机组根据驱动能源分为直燃型、蒸汽型、热水型机组等。电力制冷机组根据压缩机型式分为活塞式、螺杆式、离心式、冰蓄冷等。电力制冷机的特点电力制冷机组目前最普遍的制冷工质是R22、R134a。其工作原理是利用工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发4个过程的封闭循环实现制冷。电力制冷机组中，制冷压缩机是制冷机组的关键核心部件，对系统的运行性能、噪声、振动、可靠性和使用寿命有着决定性的作用。压缩机可以分为容积型和速度型二大类。容积型压缩机通过减少压缩空间容积，提高蒸汽压力来完成压缩功能。活塞式、螺杆式压缩机等属于容积型。速度型压缩机是由旋转部件连续将角动量转给蒸汽，再将该动量转为压力能。离心压缩机是速度型中最多且最典型的一种制冷压缩机。在大中型制冷量范围内，长期以来主要使用的是螺杆式和离心式机型。影响压缩机性能的因素1．制冷剂离心式、螺杆式、活塞式制冷机组中，循环流动的工作介质称为制冷剂（又称制冷工质）。它在系统的各个部件间循环流动，以实现能量的转换和传递，达到制冷机在冷凝器中向高温热源放热；在蒸发器中从低温热源吸热，实现制冷的目的。制冷系统中的制冷剂常常处于两相区或接近饱和状态。因此，对制冷剂的要求有：（1）热稳定性在一定的条件下受热温度升高会发生分解，但在制冷正常的运行条件下，由于制冷剂的工作温度低于其分解温度，制冷剂是热稳定的。制冷系统实际控制的制冷剂的最高使用温度还受制冷工况、润滑油的种类、压缩机的材料等因素限制。制冷系统中的制冷剂是同润滑油、钢铁、铜、电动机绕组长时间相接触的，为防止它们之间的相互作用，仍需限制它们的使用温度。（2）溶水性卤代烃和碳氢制冷剂很难溶于水，当制冷剂中含水量超过溶解度时，就会出现游离态的水；当制冷温度低于0℃时，游离水会因结冰堵塞节流机构通道。水溶解制冷剂后会发生水解现象，生成酸性物质，腐蚀金属材料，降低绕组的电气绝缘性能。（3）电绝缘性在封闭式压缩机中，电动机的线圈与制冷机直接接触，要求制冷剂应具有良好的电绝缘性能。而且如果有杂质、润滑油的存在会使制冷剂的电绝缘强度下降。（4）环保要求蒸汽压缩制冷机组用制冷剂的选用应考虑大气环保的要求，符合我国CFC替代的进程的总体要求。除满足以上一般制冷剂的选择原则外，还有下列一些特殊要求：——制冷剂的相对分子量尽可能大，也就是气体常数R要尽可能小。——制冷量不同时，应选用不同的单位容积制冷量的制冷剂。离心压缩机对制冷剂的单位容积制冷量的要求与容积式压缩机不同。为了使离心式压缩机转速、叶轮宽度与直径之比保持在合理的范围内，要求压缩机最小制冷量时的容积流量也不应太小。——液体比热容与气化潜热比值尽可能小。液体比热容与气化潜热之比值愈小，则循环的节流损失愈小，节流后产生的蒸汽也愈小。蒸汽没有制冷能力，被压缩机吸入而消耗了功，在多级省功器节流中，更希望节流后制冷剂的干度值越小越好。2．润滑油制冷系统中的润滑油又称冷冻机油、制冷润滑油。润滑油在各类制冷压缩机中起着十分重要的作用，其作用主要有如下几个方面：（1）润滑作用减少机械摩擦和磨损选择适宜粘度的冷冻机油，对于保证制冷压缩机的正常润滑、减少机械磨损和降低动力消耗是一个重要因素。粘度太小，在摩擦面不易形成正常的油膜厚度，加速机械磨损，同时，也会导致机械密封性能下降，造成泄漏。粘度太大，又会加大压缩机的动力消耗。冷冻机油的粘度随着油温上升或制冷剂的溶解而下降。（2）冷却作用冷冻机油在制冷压缩机中不断循环，因此也在不断带走制冷压缩机工作过程中产生的大量热量，使机械保持较低温度，从而提高制冷机的机械效率和使用可靠性。（3）密封作用冷冻机油还用于各轴封及汽缸和活塞间起密封作用，提高轴封和活塞环的密封性能，防止制冷剂泄漏。螺杆压缩机的转子之间，转子与机体之间间隙的油膜可减少压缩机的泄漏。（4）调节能量用作能量调节机构的动力。有些制冷机中，利用冷冻机油的油压作为能量调节机械的动力，对制冷机的制冷量进行自动或手动调节。螺杆压缩机中可利用润滑油的油压差推移滑阀，调节压缩机的制冷量。（5）清洁作用润滑油还可冲走摩擦处的杂质，缓冲机器振动。因此，润滑油需要具备优良的与制冷剂共存时的热稳定性、有极好的与制冷剂的互溶性、良好的润滑性、优良的低温流动性、无蜡状物絮状分离、不含水和优良的绝缘性能、热化学安定性和相溶性、抗泡性，对环境没有污染。3．水分在氟利昂系统中，不论来自润滑油、制冷剂的水或设备内存在的水，均会对系统造成很大的危害。具体的危害情况有：（1）腐蚀作用水分会降低冷冻机油的稳定性，促进氟利昂分解成盐酸和氢氟酸，对金属有腐蚀作用。所以，含水的制冷剂和润滑油的混合物能够溶解铜，当制冷剂在系统中与铜或铜合金接触时，铜便会溶解在混合物中，然后沉积在温度较高的钢铁部件上，形成一层铜膜，这就是所谓的镀铜现象。镀铜现象在压缩机曲轴的轴承表面，吸、排气阀等光洁表面特点明显。它会影响压缩机的运动部件的配合间隙，以及吸排气阀的密封，严重时使压缩机无法正常工作。（2）堵塞系统系统中的水分还会堵塞节流装置，使系统不能正常运行。（3）降低绝缘性能冷冻机油中溶解有水分，还会降低油的绝缘性能。4．不凝性气体或空气一般空调制冷机中采用R11和R123为制冷剂时，压缩机进口是处于真空状态。当机组运行、检修和停车时，不可避免地有空气、水分或其他不凝性气体等渗透到机组中。若这些气体过量而又不及时排出，会引起如下后果：（1）压力升高不凝性气体或空气会引起冷凝器内顶部压力急剧升高，使制冷量降低，制冷效果下降，耗功增加，甚至会引起主机停车。（2）机油变质制冷系统中不允许过量的空气或其他不凝性气体存在。这是因为空气中的氧气会与机油发生反应，使机油变质。同时空气中有79%不凝性氮气，会使制冷装置不能正常运行。5．轴封对于半封闭型和全封闭型机组，无需采用防止制冷剂外泄漏的轴封部件。但在压缩机内部，为防止级间气体内漏，或油与气的相互渗漏，必须采用各种型式的气封和油封结构。尤其压缩有毒、易燃易爆气体，或贵重的气体时，轴封是关键部件。轴封将电动机外壳与压缩机外壳隔离，防止润滑油由压缩机进入电动机，这对于开式和闭式电动机更重要。若轴封失效，润滑油会进入蒸发器，从而影响机组的效率和制冷能力。由于油的渗漏不易察觉，渗漏情况将越来越严重，迫使整台机组因缺油而停机。更有甚者，若不停机加油使机组维持运行，则最终蒸发器将充满渗漏的润滑油，致使机组的效率和制冷能力每况愈下。活塞式机组的性能特点1．活塞式压缩机的特点原理：应用曲柄连杆机构，带动活塞在气缸内作往复运动而进行压缩气体；特点：运动部件多，机构复杂，余隙容积大；2．活塞式机组的特点（1）造价低廉、体积小，多用于家用冷藏、住宅空调、汽车空调、及小型商用空调。（2）冷量小（100~200KW）（3）结构复杂、易损件多、对湿行程敏感、负荷调节性差、存在不平衡径向力离心机组的性能特点离心式制冷机组的主机是离心式制冷压缩机，由于该机械的流动是连续的，其流量比容积式机械要大得多。为了产生有效的动量转换，其旋转速度必须很高。离心式制冷机组又称透平式制冷机。它具有转速高，单机制冷量大，重量轻，体积小，能经济方便地调节制冷量，通常可在30~100%的负荷范围内无级调节，易于实现自动化操作等特点。离心式制冷机组不足之处有：（1）不适合小制冷量由于离心式制冷机转速高，为了保证叶轮有一定的宽度，必须适用于大流量（大制冷量）场合，不适用于制冷量小的场合。（2）结构复杂为了得到较高的压缩比，尤其对密度小的制冷剂，必须增加级数，一般还要用增速齿轮，对开启式机组，还要有耐高速的轴端密封。这些都增加制造上的困难和结构上的复杂性。（3）环保要求由于离心式机组在过去都用CFCS物质作为制冷剂，随着时间的推移，一项紧迫的任务是改造原有离心机组，用新的制冷剂替代，或更换设备。同时在设计新的工程时，必须优先选用使用CFCS制冷剂的产品。（4）工况狭隘同一台机组工况适应范围狭，工况不能有大的变动。（5）易发生喘振喘振是离心式制冷压缩机这种速度式压缩机的固有特性。当排量小到某一极限点时就会发生该现象。只有通过对机器的试验，即不断减少其流量，才可以测出具体的喘振点，喘振点目前尚无法准确地计算出来。压缩机发生喘振时，将会出现气流周期性振荡现象。此时制冷剂交替地在压缩机中往返流动，附带发生噪声、振动和发热，长期在该工况下运行会损坏压缩机。喘振带给压缩机严重的损坏，会导致下列严重后果：（1）使压缩机的性能显著恶化，气体参数产生大幅度脉动。（2）噪声加大。（3）大大加剧整个机组的振动。喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力；压力失调引起强烈的振动，使密封和轴承损坏；甚至发生转子和定子元件相碰等；叶轮动应力加大。（4）电流发生脉动。因此，为了延长离心式压缩机的使用寿命，使用者必须经常注意做好日常维护保养工作，除了对机组各点温度、压力、流量、液位、电气数据及加进的制冷剂做好记录外，以下几点是很重要的：（1）必须保持系统密封。当运行低压离心式制冷机组时，系统泄露将导入不凝性气体和水气，影响机件的寿命。当运行高压离心式制冷机组时，泄漏亦会导致油和制冷剂的损失。真空泄漏可以通过检查压力和温度是否对应或放气装置的频繁运行来了解。高压系统的泄漏则可通过吸气压力下降、吸气过热升高等现象来判断制冷剂是否跑掉。这些泄漏现象必须加以制止以防止零部件的损坏。（2）遵照制造厂推荐的油过滤器的定期检查和更换，可以了解压缩机润滑系统的状况是否正常。油过滤器的经常阻塞，表明系统污染。定期将油取样分析含酸量、含水量和杂质等，有助于判断所存在的问题。（3）运行和安全控制器应定期检查和校准，以保安全。（4）应遵照制造厂的规定程序，定期检测封闭电动机相间和对地电阻值。这有助于检测内部电气绝缘是否有损坏，是否有任何漏电现象。（5）根据水质情况对水冷式油冷却器的水侧进行定期清洗。任何自动水控制器应进行检查。（6）对有些压缩机，需要定期对联轴器等其他机外部件进行人工润滑，以及更换机械密封。原动机和其附属设备都应进行定期保养。（7）定期进行振动测量和分析了解，找到和发现故障，这些故障包括不平衡、不同心、轴弯曲、轴承损伤、齿轮损伤、机械部位移动和电的不平衡等等。可以不进行拆卸就能在早期发现这些故障苗子，从而避免发生大的、紧急的和费用昂贵的修理。（8）对于具有内装式润滑系统的装置，在长期停车期间（如冬季），必须采取措施将油加热器长期通电，或者在再启用前更换润滑油。螺杆机组的性能特点目前螺杆式冷水机组的COP值已经接近离心式冷水机组的水平。加上螺杆机组能耐液击、零件少、运行平稳，其产量在逐步扩大。螺杆式制冷机组适用于高低温范围，包括空调和商业冷冻设备中，长期以来主要是R22制冷剂，近期许多厂商开始使用R134A制冷剂。最近，特别是欧洲市场出现以R404A和R407C为制冷剂的螺杆式制冷机。螺杆制冷压缩机的特点之一是单级压缩比大。但随着压比的增大，循环的节流损失增加，机器的泄漏损失也增加，效率急剧下降。为了提高效率，改善性能，常利用螺杆压缩机吸气、压缩、排气为单方向进行的特点，在压缩机的中部设置一个中间补气口，吸入从经济器来的闪发蒸汽。带经济器的螺杆压缩制冷循环系统有两种：一种是两次节流的系统；一种是一次节流，使液体过冷的系统。螺杆式制冷机组不足之处有：（1）加工要求高转子部件表面呈曲面形状，必须用专用精密机床。（2）工况范围狭小同一台机组，由于有固定的内容积比（具有可调内容积比的机组除外），适应工况范围不及活塞式那样宽广。（3）辅助设备复杂需庞大的油分离器来分离喷入机内的油，辅助设备复杂。（4）需要密封