螺杆式冷水机组由于机械结构简单,检修方便,相对较低的价格和维护费用以及相对稳定的运行状况,目前在小冷吨市场上独占熬头,受到广大用户和设计人员的青睐。
但是随着市场份额的扩大,客户需求的不断提升,市场上出现了多机头的螺杆式冷水机组。由于对空调市场缺乏深入的了解,许多用户甚至部分从事制冷空调行业的人员,对单机头机组和多机头机组缺乏必要的了解,经常询问关于单机头机组和多机头机组的优劣问题。
1、负载变化对能效比的影响
多机头冷水机组能够打动用户的一个表面原因是多机头冷水机组在系统负荷减少到一定程度时可以减少部分压缩机的运行(多机头就是多台螺杆压缩机的模块组合,当水温降到接近区间时,根据出水温度的比例积分运算,将关闭模块组合中运行时间长、启动次数多的压缩机) 。
这样对一台压缩机而言,是在60 %～100 %的空调系统负荷下运行,从而认为达到节能的目的。值得注意的是,这里讨论的是其中的一台(或多台) 压缩机的效率,而不是指冷水机组的效率。
按照常规的想法,压缩机与电动机的最佳效率应该是50 %～90 %左右。当压缩机与电动机在低于50 %的情况下工作时效率急剧下降。单机头冷水机组的负荷变化量大,调节范围广,根据实际负载的变化,单机头冷水机组能随之改变,可以节省部分耗电量。
冷负荷在60 %～80 %时,机组冷凝器和蒸发器增加了换热余量,即增加了冷凝器和蒸发器的相对换热面积,同时冷却塔的相对散热面积也增大,这样就减小了制冷剂和冷冻水、空气和冷却水的换热温差,使机组的冷凝温度下降、蒸发温度升高,从而提高机组的效率,降低用户使用成本。当机组60 %冷负荷时最省电,单位冷吨耗电为0. 6 kW/ ton ,此时机组的能效比为5. 80 。
对于多机头冷水机组,由于各制冷系统通常各自独立,每台压缩机很难利用整个机组的冷凝器和蒸发器面积。例如,有两个压缩机头的机组,当整个空调系统的负荷下降到50 %时,关闭一台压缩机,而只让其中的一台压缩机运转,此时,正在运行的压缩机无法利用关闭侧的冷凝器和蒸发器的面积。正在运转的压缩机实际上还是在满负荷状态下运行,这将导致多机头机组的部分负荷效率的下降。
2、机组可靠性
用户能否正常使用空调系统,机组的可靠性是十分重要的。那么机组的可靠性是如何计算的呢?根据美国ASHRAE 协会1999 年的应用手册第37. 2 条,机组的靠性R = R1 ·R2 ·R3 ·?·Rn 。其中Rn 代表机组关键零部件的可靠性。当机组使用多个压缩机时,机组的运转部件加倍或者更多。
机组的运转部件越多,机组的可靠性越差。因为在同样的技术水平下,机组的故障率和机组的零部件、控制系统的控制对象数量呈正比。单机头机组配置一套制冷系统及单个控制元件,控制对象少,控制准确性高,因此机组的可靠性较高、使用寿命较长。多机头的机组中,配置多个压缩机,一套控制器要控制多个控制元件,由于系统复杂,设备繁多,所以机组的可靠性相对要低、使用寿命相对较短些。基于此情况,部分生产厂家改进设计方法,使每个机头可相对独立运转,降低单个系统的故障对整机的影响。
3、负荷调节情况
对于大冷量的单机头螺杆机组而言,生产厂家一般采用精心设计的滑块,在15 %～100 %的冷量范围内实现无级调节,既为用户提供舒适的空调环境,同时又节约能源。在冷冻机负荷调节中,对于不同的工况,均能保持冷冻机的高效率运转。在多机头的机组中,制冷量为分级调节,一般是通过压缩机的启停来实现制冷量调节,因此负荷调节效果差。同时,由于多机头的机组在负荷调节时,往往是通过压缩机的启停来操作,这样一方面影响了调节的准确性;另一方面,压缩机的的频繁启停对压缩机乃至整个机组的使用寿命都会有极大的负面影响。
4、启动电流对其他用电设备的影响
在一定的空调负荷条件下,多机头机组在启动的时候可以做到多个机头先后启动,这样由于较小机头的启动电流较小,所以多机头机组会在这一点上有良好的表现。
譬如:单个大机头的启动电流为500 A ,运行电流为150 A ;两个小机头的启动电流分别为300 A ,运行电流为100 A。那么在启动时:单机头的启动电流= 500 A ;多机头的一次启动电流= 300 A ,二次启动电流= 100 + 300 = 400 A ;从上面的简易计算中可以得知,采用多机头的机组,如果已经有部分压缩机在运行之中,在再次启动其他压缩机时,整个机组的电流并不是如想象中的那样有优势,并且机组的压缩机头越多,优势越小。当然,一些对电网内电流波动十分敏感的用户,在机组选型时可以把多机头机组作为选择的条件之一。
5、现场安装和维护保养
在冷量相同的情况下,单机头螺杆机组的体积相对要小些,故安装灵活方便。由于冷却、冷冻水的接口少,所以现场安装时单机头机组的工程量比多机头机组要少;单机头机组运行可靠性高,故维护保养简单。另外,多机头的机组中,制冷管路接口多,这样就导致系统的泄漏点增多,增加了日常运行的维修量。
个别生产厂家往往会给用户灌输这样的思想:多机头机组可以有备用机。这个观点表面上很有道理,但笔者认为有片面性。在部分负荷运行(有待运行的压缩机) 时,多机头机组确实有这方面的优势,一旦运行中的压缩机出现故障,就可以用待机作为备用机;而在满负荷(满负荷也是用户最需要冷量的时候) 的情况下,如果其中的某个压缩机出现故障,那么剩余的压缩机势必处在超负荷状态下长时间运转,空调系统也会出现制冷量不足的情况,这显然是不合理的。
当单机头冷水机组满足不了您的制冷量的时候，冷水机厂家就会建议您采用双机头或者多机头冷水机组。而且还可以将冷水机组能量调节一下，但在调节冷水机组的时候，要各别注意。
1、只有1个压缩机的冷水机：在升温过程中，当显示温度≥设定温度+温差时自动启动压缩机；在降温过程中，当显示温度＜设定温度+温差时自动停止压缩机。
2、有2个压缩机的冷水机：在升温过程中，当显示温度＞设定温度时自动启动1台压缩机，当显示温度≥设定温度+温差时自动启动2台压缩机，在降温过程中，当显示温度＜设定温度时，自动停一台，当显示温度＜设定温度-温差时全停。
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