哈尔滨市某商城活塞式冷水机组性能测试分析

摘 要：活塞式冷水机组是空调系统各类冷水机组中应用较早、较广的一种机型。目前，许多活塞式冷水机组的使用期都已超过10年，这些仍处于服役期的活塞式冷水机组运行状况、能耗水平是一个需要探明的问题。课题组于2005年夏对哈尔滨某商场两台多机头活塞式冷水机组的实际运行工况进行了测试。根据实际测试结果，计算分析了被测多机头活塞式冷水机组在标准工况与实际工况下的各项性能指标，并预测了引起机组性能变化的可能原因，提出了相应的节能运行的维护检修方案。

1 引言

经济发展速度过快、能源利用效率低加重了我国能源紧缺形势。为此，国家提倡全民共建节约型社会，而建筑节能则是建立节约型社会的一项重要内容。目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的25%以上，在建筑能耗中空调能耗约占60%以上，而空调能耗大部分又体现在制冷机组的能耗上。空调系统应用的各类冷水机组，活塞式冷水机组是问世最早、至今还广为应用的一种机型。特别是在中小冷量范围内，活塞式冷水机组是制冷机中生产批量最大、应用最广的一种机型。目前，许多活塞式冷水机组已经使用了10年以上的时间，这些处于服役期的活塞式冷水机组运行状况、能耗水平是一个需要探明的问题，特别是要知道该类机组是否满足节能标准要求。课题组于2005年夏测试了哈尔滨中央大街某大型商场空调系统的活塞式冷水机组。本文将根据测试结果，对其在标准工况与实际工况下的各项性能指标进行比较分析。

2 冷水机组各项参数的测试

2.1 机组概况及测试日环境条件

所测机组为上海开利公司生产的多机头活塞式水冷冷水机组，型号30HR225，如图1所示，1995年正式投入使用，至测试时服役期已达十年。测试日期2005年8月9日，室外温度为最高32℃，天气晴，测试时间取在上午10:30-11:30及下午1:30-2:30，以机组回路为单位，每时段对回路参数均测量两次。

2.2 测试工具

测试中采用超声波流量计测量冷却水和冷冻水的流量。钳型功率表测量回路电功率。精确到0.1℃的玻璃温度计测试冷水机组冷冻水及冷却水进出口温度。压缩机吸排气压力及温度由机组上仪表读出。标准工况的参数值取按厂家提供的样本值。活塞式水冷冷水机组标准工况下性能参数与实际测试参数见表1。

3 冷水机组标准工况与实际测试工况比较分析

3.1 各项性能参数的计算方法及计算结果

（1）机组制冷系数COP

根据表1，可以计算出机组在标准工况和实际下的COP值，如表2所示。

由表2可知，首先，该冷水机组在标准工况下的COP为3.88，该COP值在90年代初已比较高了。其次，经过10年的运行，该机组的COP已低于标准工况值，最大低于标准工况近20%；且4次实测COP值均低于3.8，根据我国《冷水机组能源效率等级指标》(GB19577-2004)，该COP值现在已属淘汰级别（能效等级为5级）。

（2）实际容积效率

利用指示容积效率来计算实际容积效率的方法比较复杂，因此采用由大量试验数据回归得来的经验公式进行估算。适于高速（n>720r/min）、多缸压缩机的经验公式为

于是可计算出机组在标准工况和实际工况下的容积效率，如表3所示。

根据表3，该机组4次测试结果的实际容积效率约为0.74，均低于标准工况下的容积效率，实际容积效率比标准工况下的值约减小10%。

（3）总效率

根据表4，该机组4次测试结果的指示效率约为0.79，比标准工况下的容积效率减小6%；总效率为0.71，比标准工况下的值约减小5%。

（4）单位质量制冷量

由吸排气温度和压力查相应的R22热力学性质图表，可计算出该机组标准工况和实际工况下的单位质量制冷量，如表5所示。

根据表5，该机组4次测试结果的单位质量制冷量约为151.8kJ/kg，比标准工况下的值约减小了3.6%。

（5）制冷剂质量流量

根据机组制冷量和单位质量制冷量，可以计算出该机组的标准工况与实际工况下制冷剂质量流量，如表6所示。

根据表6，该机组4次测试结果的制冷剂质量流量约为1.94kg/s，比标准工况下的值约减小了12.61%。

（6）单位压缩功

根据机组消耗的功率和制冷剂质量流量，可以计算机组单位压缩功，如表7所示。

根据表7，该机组4次测试结果的单位压缩 功约为30kJ/kg，比标准工况增加了12%。

3.2 标准工况参数与实际工况对比分析

综合比对表1~表7中所列标准工况与实际工况下机组各项性能参数值，可知：

1）机组单位制冷量下降，单位压缩功增加，COP值减小。起因：冷却水流量不足，冷凝器表面油污和水垢等造成热阻增大，导致冷凝压力升高。同时，蒸发器表面油污和水垢等造成热阻增大，致使蒸发压力降低。

2）机组冷冻水出水温度在17℃以上，致使空调系统消除室内潜热负荷能力下降，室内工况点偏离设计点也较远。起因：蒸发器表面油污和水垢等造成蒸发器测热阻增大,导致冷冻水水温降不下来。

3）冷冻水流量过大，使冷冻水供回水温差减小，系统阻力加大，水泵消耗功率增加，增加了系统的运行费用。

4 维护检修措施

由各实测组间的数值比较可见，机组当前运行工况比较稳定，但其制冷性能随服役期的增加衰减过快，运行能耗及维护量高且已基本上不能满足空调系统的除湿要求，应当采取相应的手段进行维护检修。由测试分析结果和现场调查提出下列维护检修措施：

1）清理蒸发器和冷凝器及相应管路的油垢和水垢，提高换热性能；

2）对压缩机气缸及机头进行维护，减小泄漏。

3）设备服役期过长或长时间没有清垢，导致不能采取1）措施时，应在系统运行维护等综合经济效益分析的基础上考虑更换机组。

5 结语

在维护工作做得较好的空调系统中，服役期较长的活塞式冷水机组运行仍可保持较稳定的工况，但由于机组的部件磨损，各种管路及换热表面结污、结垢不能及时的清理，致使机组运行效率下降，增加机组能耗及运行费用。因此，为保持冷水机组高效节能运行，不但要抓好运行管理维护工作，对系统内各部件定期检修、清垢，还应定期对系统进行能耗测试分析，不断寻求优化运行维护方案。

参考文献

[1] 陆亚俊，马最良，姚杨. 空调工程中的制冷技术. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1997

[2] 《冷水机组能效限定值及能源效率等级》（GB19577-2004）