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上海颛民机电有限公司

提高冷水机组运行效率的18个方法

空调系统通常是整个楼宇中消耗能源最大的系统，有时甚至占到全部耗能的40%~60%。所以，改善空调系统的运行效率能显著降低整个楼宇的运营成本，同时又不会给居住者带来任何不适。
冷水机组机房是对空调系统进行改良的一个重要环节。以下介绍了18个降低离心式水冷冷水机组运行成本的方法。大部分的改进措施只需少量投资或根本不需要投资。
采取节能措施主要针对以下三个方面。部件方面：包括正确地操作和保养冷水机组。调整最佳的水温和流量；系统方面：在不同的负荷条件下，对多台机组进行最佳的运行组合；改造方面：是指利用最新的节能技术对现有的机组进行改造。
正确的维护保养步骤和精确的数据记录是对冷水机组运行效率进行改善的基础。劣质的保养会使机组的实际运行状况与设计状态向去甚远。这样的状况包括不正确的水温控制，制冷剂的充注量偏少，存在泄漏点，冷凝器铜管的脏堵，等等。正确的维护保养能避免上述情况的发生，将冷水机组的能耗控制在设计范围之内。
为改善机组的运行效率，首先要对机组的运行状态参数有精确地记录。记录“运行日志”是一个最好的跟踪机组运行状态，发现异常变化的方法。没有精确的运行数据的记录，就不可能发现机组在效率方面存在的缺陷，不能找出相应的合理解决方案。同时也不能衡量机组能量转换的效果究竟如何。而且，机组的维护保养可能会被忽略，运行费用会在不知不觉中上升，甚至可能对机组的主要部件的安全构成威胁。没有精确的运行数据记录，你会发现想要实施以下所讨论的任何有关经济运行的措施都是非常困难的。

部件方面的改善机会
1. 正确设定冷冻水的出水温度。
在一年中的大部分时间，机组是部分负荷状态运行的。在此期间由于环境温度不高，湿
度也偏低，总体来说对制冷量的需求不是很大。在部分负荷的运行条件下，由于除湿部分的负荷减小，末端风机盘管的水温即使稍有提高，也能制得需要的室内温度。通常来说，提升冷冻水的出水温度就能降低压缩机运行压头，从而起到节能的效果。
以上的概念长期以来一直为空调业界所接受。最新的针对固定转速的离心机组的研究发现只有在机组的运行负荷在40%~80%的范围内，上述理论是成立的。在此区间，冷冻水出水温度每提升1°F可节能0.5%~0.75%（相对于满载运行能耗，下同）。而令人惊讶的是，当固定转速的离心机组运行负荷低于40%的情况下，提升冷冻水出水温度反而会增加机组的耗能。
另一方面，对于安装了变频装置的离心机组，其提升冷冻水出水温度后的节能效果就非常显著。一般在低于80%的负荷条件下，每提升1°F的冷冻水出水温度，可节能2%~3%。而且，即便机组的运行负荷低到10%，这样的节能效果依然存在。

2. 保持适当的制冷剂充注量。
制冷剂充注不足或过量会使热交换的效率下降，导致压缩机压头增加，能耗增加。制冷剂在蒸发器中的液位异常会使蒸发温度下降，而蒸发温度每提升1°F，机组就可以节省1.5%的能耗。
离心式制冷机组的蒸发器上一般都装有液位视镜，以观测制冷剂的液位高度。对于活塞式机组，可以通过观察冷凝器出液管路上的视镜有否气泡翻腾，来确认制冷剂的充注量是否偏少。制冷剂充注过量一般表现为，排气压力超高，冷凝器出液过冷度增加。一旦发现制冷剂充注量的偏差，应参照机组的出厂说明及时调整。

3．降低冷却水的进水温度。
决大部分的生产商都会标注机组的最小冷却水进水温度。但处于经济运行的考虑，许多生产商又重新评估了这个冷却水进水温度的最小值。因为制冷机组的能耗与冷凝压力和温度密切相关。降低冷却水的温度相应也就降低了冷凝温度及冷凝压力，从而降低压缩机的压头，达到了经济运行的效果。
测量数据表明，冷却水入水温度每下降1°F，机组的能耗即可减少1.5%。
冷却水温补偿系统能将冷却水的入水温度控制在冷却塔出水温度的2°F以上。许多系统的设计在冷却塔的进出水管之间增加了旁通。通过阀门调节，控制冷却水入水温度处于工厂推荐的最低温度水平。这样在机组节能运行的同时也能减少冷凝负荷。有的机组对冷凝器和冷却塔之间有水压差的要求。遇到类似情况，冷却水温调节要优先满足压差上的要求。

4．消除泄漏点。
应消除封闭循环的制冷系统中的任何泄漏点。在正压机组中，漏点的存在会使制冷剂泄漏到大气中，减少系统中制冷剂的充注量。
对于负压机组而言，空气等不凝性气体会通过漏点进入系统内部。并最终聚集在冷凝器，占据制冷剂的冷凝空间。不凝性气体存在度每增加1°F，系统的能耗增加1.5%。（不凝性气体存在度的计算方式为冷凝压力对应的饱和温度减去实际冷凝温度。）
由于完全密封的制冷系统几乎是不存在的，所以绝大部分负压的制冷机组使用排气装置来排出进入系统的不凝性气体。但问题是，当排气装置不能正常运行或泄漏量大于排气装置的排空能力时，如何解决不凝性气体的问题。
对于没有过冷度设计的冷凝器，不凝性气体存在度的计算方式可以是冷凝压力对应的饱和温度减去冷凝器的出液温度。这个数值能反映不凝性气体在冷凝器中的存在度。如果该数值大于工厂给定的参考值，就必须检查机组的排气装置，并对机组进行检漏工作。

5．降低冷凝器铜管的污垢系数。
冷凝器换热管的污垢包括结晶，沉淀物，泥沙，藻类及微生物等。劣质的水处理和水系统不当的保养都会诱发这些因素。污垢系数的增加会导致热交换效率的下降，从而使得冷凝温度和压力上升，压缩机的功耗也相应增加了。
我们把冷凝温度与冷却水出水温度之间的差值称作“冷凝器的小温差值”。将这个“小温差值”控制在适当的范围内，就能保证冷凝器的冷凝效率。
“冷凝器的小温差值”每降低1°F，制冷机组运行能耗将下降1%。
一旦发现冷凝器换热管脏堵的现象，必须对铜管进行清洗，以保证“冷凝器小温差值”控制在6°F~10°F的范围之内。一般通刷铜管就足以解决问题，但有时则必须进行化学清洗。长期难以解决的脏堵问题预示着需加强水处理的工作。

6．保持适当的冷却水流量。
冷却水流量的降低直接导致机组运行能耗的上升。冷却水的流量每减少20%，机组的能耗就上升3%。
通常冷却水流量的减少是由以下一些因素导致的：阀门的开启度太小；冷却塔的喷嘴堵塞；水系统的滤网脏堵；水系统中有空气存在。一般通过调节水泵的出口阀门来控制冷却水的流量与设计值相符。如果常规调节不能解决问题，就必须考虑上述其他方面的因素了。

7．控制机组加载的波动。
大部分机组以20分钟内的能耗变化来确定是否有运行峰值产生。机组运行负荷的峰值一般出现在机组启动之初。而最高负荷通常出现在炎热夏季的早晨，原因是多台机组启动，而且整个系统的水温很高。
在机组启动之初限制机组加载是一个非常有效地降低能耗的方法。绝大部分的冷水机组有自动或手动的限制加载的装置。建议在机组运行的最初20分钟，将机组的最大负荷限制在60%左右。
为进一步控制负荷峰值，还可以采取逐次启动机组的方法。即控制机组的启动间隔在20分钟左右。这样就避免了多台机组同时加载的情况，且机组承担的负荷峰值会逐次减小。
控制机组的加载理论上会降低机组的运行成本，具体节能效果视机组本身效率曲线。

8．维持马达的效率。
机组的压缩机马达消耗最多的能源。马达效率下降的最常见原因是马达线圈冷却问题。在相同的工况条件下，如果运行记录显示电压不变，而电流有明显的上升，则马达的冷却就有可能存在问题。
对于半封闭式的压缩机，应该检查制冷剂的流量和回气管上的过滤器；对于开启式的压缩机，应检查机房的通风及空气流通的状况，马达的进风是否受到阻碍，进风滤网是否脏堵。另外，无论半封闭还是开启式的机组都需检查马达的润滑油是否污染，电缆接线桩是否松动或生锈。

系统方面的改善机会
9．操作中恰当地对机组的运行进行组合。
一个冷水系统中存在多台冷水机组时，应仔细对各台机组的运行状态进行评估，以针对不同的运行条件，进行最佳的运行机组的组合。不仅要对各台机组满载或卸载运行的性能进行评估，也要评估卸载状态下多台机组和单台机组的运行效率。
举个简单的例子。对于一个安装固定转速离心机组的冷水系统，160冷吨的负荷可以由一台400冷吨的机组加载至40%承担；也可以由两台400冷吨的机组加载至20%承担。前一种运行状况能耗约为144Kw，后一种运行状况能耗约为194Kw。两者相比就能知道孰优孰劣了。有这样一条常规，就是不要让机组的运行负荷低于40%。因为除非是采用了变频技术的机组，当运行负荷小于40%，机组的效率将明显地下降。
同时，也要对每台机组的运行状况进行分析，以针对不同的负荷条件选择运行最合适的机组。随着负荷大小的变化，运行机组的切换是难以避免的。掌握哪台机组在低负荷条件下运行效率比较高，哪台机组在高负荷条件下运行效率比较高，就能决定启动机组的先后顺序。

10．合理安排冷冻水泵及冷却水泵的运行。
通过在停机状态下顺序停运水泵，并将停运的机组与整个水循环隔离开来，能起到节能的效果。
在机组停运状态下，如果继续让冷冻水流经机组，会使冷冻水供水总管的水温抬升，造成不必要的能量损耗。加装自动阀门，并将水泵与冷水机组联动。在机组停运状态下自动停运水泵，切断该管路上的流量，可以在保证供水温度的同时节省能耗。
另一种利用水泵节能的方式是在单台水泵向多台机组供水的场合使用双速或变速水泵。此外还可以使用初级/次级水泵。该类型水泵向冷水机组的供水为恒定流量，而依据负荷状况改变空气处理末端装置的水流量。
要引起注意的是，对水泵进行改造是一项很复杂的工作。可能会带来诸如水系统平衡等一系列问题，在实施措施之前必须经过相关专业人士的论证。

改造方面的改善机会
11．冷冻水循环的联通。
许多楼宇中有数个冷冻机房。在一年的大部分时间，制冷能力超出冷量需求。在此期间，大部分甚至全部机房都处于低效率的部分负荷运行状态。通过联通整个冷水系统，采取集中供冷，可以使部分机房有更长的时间运行在效率状况更好的高负荷状态。

12．使用功率因数修正电容。
功率因数是一个反映用电设备的电压和电流之间关系的参数。理想的功率因数值为1.0,实际运行中功率因数值通常在0.8~0.9之间。功率因数值越低，说明有越大的电流消耗在非用电负载的回路上，则损失的功率就越大。
改善功率因数值可以降低能耗。功率因数值的增加能使实际消耗在用电负荷上的功率占总输入功率的比例增加。安装功率因数修正电容是一项小投资，但有潜在的显著收效的改进措施。通常能将功率因数值由0.88提高到0.95。

13．安装远程监控系统。
一个远程监控系统能全天候地对制冷系统进行实时监控，并将信息传送到远程监控室。该系统能帮助操作者及时地发现问题，作出预判，提前调整机组的运行状态。
远程监控系统主要有以下三方面的作用。（1）在机组的运行状态超出设计工况时，发出警示，以避免能耗的浪费。（2）通过对机组运行参数变化的监控，及时提醒操作者进行一些维护保养工作，避免故障/保护停机的发生。（3）控制或降低机组受损的危险性。
有了远程监控系统并不等于说例行的运行数据记录和机房巡检工作就可以取消了。应该说，远程监控系统是对完善的机组保养体系的一个重要加强。

14．安装冷水机房整体自控系统。
冷水机房整体自控系统是一套专门用来对空调系统的冷水机组，水泵及冷却塔进行能量调节的装置。它能调控整个空调系统的效率达到最高。视机房自控系统的完善程度，能具备以下诸项功能：
Ÿ 负荷控制—对整个楼宇的冷负荷进行监控，参照实际情况，按照预设的的运行程序对机组的加载进行控制。
Ÿ 冷冻水温度的自动调节—根据环境温度/湿度的实际情况，调整冷冻水温度的设定，以降低能耗。
Ÿ 确定机组的启停时间—参照户外温度及其他参数，预判冷负荷状况。确定启停时间，以达到最佳的节能效果。
Ÿ 选择运行顺序—参照实际运行负荷，对冷水机组，水泵，冷却塔的运行进行最佳组合。
Ÿ 保养需求的提示—以运行参数为基础，及时提示进行必要的维护保养，保证机组运行在最佳状态。

15．加装热回收装置。
对于内部有多种负荷要求的楼宇，热回收装置就有了用武之地。比如在提供冷量的同时，还需要提供家用热水。如果类似的负荷需求很大，那么热回收装置的投资在三年左右的时间就能收回。当然加装热回收装置也需要进行仔细地论证。

16．加装变频装置。
对于固定转速的离心机组而言，在压缩机入口安装预旋转导流叶片是一种传统的能量调节方式。它实际上起到一个限制制冷剂流量，降低能耗的作用。使用这样的能量调节机构，虽然可以降低能耗，但从制冷效率考虑，千瓦/冷吨的单位制冷量能耗反而上升了。
目前，随着变频技术的发展，可以通过控制马达的转速来降低能耗，并更好地运用预旋转导流叶片技术。对固定转速机组，当冷却水温下降，预旋转导流叶片相应关小；而安装了变频装置的机组，遇到类似工况则可以降低马达的转速，维持预旋转导流叶片的开度，从而提高了机组的运行效率。
使用变频装置的机组可以节能30%左右。当然，实际节能量最终取决于机组的运行时间，负荷状况，冷却水的入口温度等各方面因素。

17．改装较小型号的压缩机和马达。
如果机组的制冷量大于楼宇的实际冷负荷，那么改装较小型号的压缩机和马达，使机组的制冷能力与楼宇冷负荷尽可能接近，可以降低运行能耗。实际上制冷能力超过冷负荷的现象是很常见的。选择较小的型号后，运行效率相对就能提高。
改装压缩机和马达的另一个原因是降低老旧机组维修保养的费用。机组最重要的维修保养部件存在于压缩机和马达。更换这一部分的费用大大低于整机更新，而整个机组的运行效果却有明显的改善。另外，新的压缩机和马达所包含的新技术也能降低运行维护费用。
使用较小型号的压缩机和马达，保留原有的热交换装置，还能进一步提高机组运行效率。因为对于较小的压缩机，原有稍大型号的热交换装置，可以提供更为充裕的换热面积。

18．整机更换。
最后，如果某台老式机组的运行效率无论如何达不到设计值或期望值，可以考虑整机的更新。冷水机组上的一些新技术包括高效换热管的应用，更充裕的热交换面积，压缩机/马达运行效率的改善等等。
在作出决定之前，必须仔细评估目前机组与新机组的千瓦/冷吨的制冷效率值。再将更新机组的初投资与新机组运行成本的节省作比较。通常对于那些运用了先进技术的新机组，节能的效果会是相当具有吸引力的。

结论
在对日常运行数据记录进行仔细分析的基础上，我们能发现改善机组运行效率的机会。也就是说改善机组运行效率的第一步工作是制定并实施完善的维护保养制度，并对运行参数记录进行仔细地分析。
接下来应该对与各部件相关的因素进行评估。比如，冷冻水的出水温度设定，系统检漏等等。有了好的维护保养制度和正确的操作步骤，类似的工作基本上不需要任何费用的，但带来的收益却是相当显著的。
然后，应对整个冷水系统进行分析，发现相关组件的改善机会。比如，冷水机组的最佳运行组合等。虽然这样的改善必须基于大量的数据整理分析工作，但它所带来的收益也是非常显著的。
最后，可以考虑机组的更新改造。机组越是老旧，改造后的收益就越显著。虽然，采用这个方案提高机组的运行效率需要较大的初投资，但如果措施恰当，成本的回收应在几年之内就能完成。对部件相关因素及系统进行改善能在短期之内收到成效，但只能针对机组运行效率的某一方面缺陷；机组的更新虽然需要较长时间回收投资，但对整体运行效率的改善是很有帮助的。
很重要的一点是，尽可能多地找寻改善机组运行效率的途径。从多方面采取措施的成效要大大高于只采取一两个措施的收效。
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