全年供冷制冷系統的設計選用

摘要：本文通過兩個實例簡單說明了全年供冷系統設計選用時，應根據項目所在區域的氣象條件及系統用冷量的大小選用合理的制冷系統。工程實踐效果表明，所選用的制冷系統均能較好的滿足工藝設備全年用冷量的要求。

關鍵詞：風冷冷水機組 水冷冷水機組 全年供冷 自然冷卻

工業廠房設計中經常會遇到工藝設備需常年供冷的情況，筆者根據兩個不同項目所在區域的氣象條件及系統用冷量的大小，分別選用了具有“自然冷卻”功能的風冷渦旋式冷水機組和水冷冷水機組與冷卻塔季節交換供冷兩種方式。自然冷卻的應用，顯著的降低風冷冷水機組運行能耗。冷卻塔供冷（又稱免費供冷）是空調制冷系統節能降耗的一種形式。

1 具有“自然冷卻”功能的風冷渦旋式冷水機組常年供冷

某新建項目涂裝車間陰極電泳設備需7~12℃冷凍水，工藝設備最大需冷量為290kW，設備用冷量隨生產規模的變化而不同，設備全年供冷。項目位于重慶地區，重慶地區的室外設計參數見下表表1。

因設備用冷量較小，建筑設計中未預留制冷機房位置，結合重慶地區的氣象條件及本項目的實際情況，并與業主充分交換意見后確定采用風冷渦旋式冷水機組。本工程全年制冷量290kW，考慮到重慶地區極端最高溫度平均值是39.1℃，選用冷水機組的制冷量進行溫度修正后在39.1℃應大于290kW，因設備用冷量隨生產規模變化，設計選用兩臺風冷渦旋式冷水機組，機組在冷凝空氣溫度為40℃時制冷量為154kW，機組名義制冷量為：162kW，內置水力模塊，風冷渦旋式冷水機組容量控制達3級。

重慶地區冬季極端最低溫度達-1.8℃，陰極電泳設備不工作時須提供約15%的制冷量（43.5kW），風冷渦旋式冷水機組制冷運行環境溫度0℃~45℃，因此必須采取措施保證冬季時機組能夠正常運行。目前國內常用的解決方法主要有以下幾種：

①拆除機組內的保護器，此方法主要應用風冷模塊式冷水機組。

②每臺機組上加裝一個溫度開關，溫度開關與室外冷凝風機電機連鎖。此溫度開關需要放置在冷凝盤管上，感受制冷時冷凝盤管的溫度，以此溫度來判斷是否將室外風機斷電。一般來說可在低于－17℃室外環境的情況下制冷，溫度開關一般為進口。

③在控制系統加變頻器，防止冬季溫度過低，可低頻啟動，此方法主要適用于風冷模塊式和螺桿式冷水機組。

④風冷冷水機組配備“自然冷卻”功能，采用能耗消耗更少的“自然冷卻方法來直接利用室外的低溫空氣來進行冷卻。

對于以上四種方式，結合本項目的具體問題，本項目選用具有“自然冷卻”功能的風冷渦旋式冷水機組。自然冷卻風冷冷水機組充分利用外界自然環境的冷卻能力。采用壓縮機制冷和室外空氣自然冷卻復合式制冷模式，并優先充分利用空氣自然冷卻運營策略。具有“自然冷卻”功能的風冷渦旋式冷水機組的全年運行情況如下：

①夏季時自然冷卻風冷冷水機組與普通冷水機組一樣進行常規制冷。

②春秋過渡季節時，當環境溫度到達比冷凍水回水溫度低兩度或以上時，開啟自然冷卻預冷冷凍水，此部分為自然制冷，無壓縮機功耗，自然冷卻不夠的部分，再由壓縮制冷接力達到需求冷量。隨著室外環境溫度降低，自然冷卻部分占得比例越來越大，直至達到100%，完全自然冷卻制冷，無壓縮機功耗。

③冬季時，當環境溫度達到比冷凍水低10度或10以上時，自然冷卻達到100%。完全自然冷卻制冷，壓縮機制冷系統關閉，機組無壓縮機功耗，僅有很少量的風扇運轉功率。

根據本項目的具體情況，采用自然冷卻式風冷冷水機組，夏季可通過壓縮式制冷系統的能量調節來滿足低制冷量的要求；過渡季和冬季可通過壓縮式制冷系統根據需要啟動的方式來滿足低制冷量的要求。具有“自然冷卻”功能的風冷渦旋式冷水機組制冷系統流程如圖1：

2 水冷冷水機組與冷卻塔季節交換全年供冷

某新建項目廠區裝配及熱處理工藝設備用冷卻水需7~12℃冷凍水，工藝設備總需冷量為2733kW，設備全年供冷。項目位于沈陽地區，沈陽地區的室外設計參數見下表表2。

因本項目設備用冷量較大，結合沈陽地區的氣象條件及本項目的實際情況，確定采用水冷螺桿式冷水機組，機組布置于制冷站內。本項目設計選用兩臺單臺制冷量為1376kW的水冷螺桿式冷水機組，冷凍水泵兩用一備，冷凍水系統采用變頻補水定壓裝置補水定壓。冷卻水系統選用兩臺冷卻塔，冷卻水泵兩用一備，冬季時采用冷卻塔供冷，當冷卻水回水溫度低于某值時，關閉冷水機組以冷卻塔的循環冷卻水直接或間接的向用冷設備供冷，可以減少高能耗的冷水機組運行時間，節能效果顯著。同時冷卻水系統設冷卻水箱，當室外溫度極低時，冷卻水只通過冷卻水箱冷卻，從而達到更有效的節能。設計采用的制冷系統流程如圖2：

圖2流程圖中F5~F9、F12~F17為為電動蝶閥，F10、F11為電動調節閥，F18~F19為蝶閥，T-5~T-8為溫度傳感器。溫度傳感器T-8顯示冷卻水回水溫度，制冷系統的全年運行操作如下：

①當冷卻水回水溫度≥25℃(可調)時，冷卻塔風機處于運行狀態，當冷卻塔回水溫度降至20℃(可調)時，冷卻塔風機關閉。

②當冷卻水回水溫度<25℃(可調)時，冷卻塔風機處于關閉狀態，當冷卻塔回水溫度升至25℃(可調)時，冷卻塔風機開啟。

③當冷卻水回水溫度18℃≤T<25℃(可調)時，冷水機組處于運行狀態，當冷卻塔回水溫度降至15℃(可調)時，冷水機組、冷卻水泵及其閥門、F6、F12~F15手動或自動關閉;電動蝶閥F5、F7~F9打開，制冷系統進入冬季運行狀態。同時，補水定壓系統及其配套閥門關閉。

④當冷卻水回水溫度T<18℃(可調)時，制冷系統處于冬季運行狀態，當冷卻塔回水溫度升至18℃(可調)時，冷水機組、冷卻水泵及其閥門、F6、F12~F15手動或自動開啟。電動蝶閥F5、F7~F9關閉。同時，補水定壓系統及其配套閥門開啟。

⑤當冷卻水回水溫度12℃≤T<18℃(可調)時，冷卻塔風機、冷水機組、冷卻水泵處于關閉狀態，冷卻塔回水溫度降至12℃(可調)時，電動調節閥F10開啟，通過調節進入冷卻塔的流量控制冷卻塔回水溫度不低于12℃；當冷卻塔回水溫度降至7℃(可調)，防凍熱交換器的閥門手動開啟，調節電動調節閥F11開度控制進入熱交換器的流量使冷卻塔回水溫度不低于7℃。

⑥當冷卻水回水溫度7℃≤T<12℃(可調)時，防凍熱交換器處于運行狀態，通過調節電動調節閥F11的開度控制進入熱交換器的流量控制回水溫度不低于7℃，當冷卻塔回水溫度升至12℃時，電動調節閥全開，熱交換器閥門關閉，通過調節電動調節閥F10開度控制回水溫度在12℃。

⑦當冬季工藝不用冷時，一臺冷凍水泵開啟，F5、F7~F11開啟，冷水系統循環以防凍，當冷卻塔回水溫度降至7℃(可調)，防凍熱交換器的閥門手動開啟，調節電動調節閥F11開度控制進入熱交換器的流量使冷卻塔回水溫度不低于7℃。

3 結論

以上兩個項目運行實施后，均較好的滿足了工藝設備全年用冷的要求，為以后設計全年用制冷系統提供了參考。隨著機械行業的進一步發展，全年用制冷系統的設計將會越來越多，如何使系統設計更為合理，系統運行后更有效的節能是我們進一步研究和探討的重點。由于本人的水平有限，本文中的一些不當之處，敬請指證。

參考文獻：

[1]馬最良，孫宇輝.冷卻塔供冷技術在我國應用的模擬與預測分析[J].暖通空調，2000，30（2）：5-8.

[2]陳華平，邵征宇.卷煙廠生產車間冷卻塔冬季供冷節能技術研究[J].煙草科技，2010（2）：11-14.