空调系统水质对机组制冷效率的影响

空调主机有很多种类：离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、活塞式冷水机组等。由于现在的大型中央空调系统多数使用离心式冷水机组，本文以开利19X系列离心式冷水机组为例进行探讨和分析。

离心式冷水机组的制冷原理如下：压缩机连续地由蒸发器按照进气导叶开度设定的流率抽取制冷剂蒸汽，维持蒸发器内的压力于预定的蒸发压力，使液态制冷剂在相应低的蒸发温度下沸腾（一般38℉到42℉[3℃到6℃]）。沸腾所需要的热量是从流经蒸发器的冷冻水获得。随着热能被除去，冷冻水温降到所需温度用于空调回路或工艺液体的冷却降温。

液态制冷剂从水中取得热能后变成制冷剂蒸汽被吸入压缩机进行压缩，压缩过程制冷剂蒸汽被增加更多的热能，并且由压缩机排入冷凝器时，此时的气态制冷剂是比较温热的（一般98℉到102℉[37℃到40℃]）。这时再由相对凉的水（一般65℉到90℉[18℃到32℃]）流入冷凝器热交换铜管，从制冷剂中除去热能并将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂。

液态制冷剂通过孔口进入FLASC (闪发过冷室) 腔。由于FLASC腔内处于较低压力，部分液态制冷剂闪发成汽进一步冷却了腔内余下的液态制冷剂，FLASC腔内的制冷剂蒸汽重新聚集在腔内上部，冷却水流经FLASC腔上部的热交换器铜管时将腔内的制冷剂蒸汽进行重新冷凝成液态制冷剂。经过进一步冷却的液体制冷剂被排入FLASC 腔和冷凝器之间的浮子小室，在小室内一个浮子阀形成液封，以使FLASC 腔内的制冷剂蒸汽不至于进入蒸发器，当液态制冷剂通过浮子阀后，部分会在蒸发器侧的低压力下闪发成制冷剂蒸汽。在闪发的情况下，则由余下的液态制冷剂吸收流经蒸发器热交换通管内水的热能。此时的制冷剂处于循环开始时的温度和压力，准备进行下一个制冷循环。

电机和润滑油是由取自冷凝器底部的液态 制冷剂来冷却的，制冷剂的流量是由压缩机运转时存在的压差维持。在制冷剂流经一个隔离阀，一个串联的过滤器和一个冷媒视镜后，然后在电机冷却和油冷却系统之间分成两路：一路到电机冷却系统的制冷剂流通一个孔口进入电机内，制 冷剂一旦通过孔口后，有一个喷嘴喷洒向电机并对机电部分进行冷却降温，完成冷却后的制冷剂通过安装在电机底部的制冷剂排放管回到蒸发器进入下一个制冷循环； 另一路到油冷却系统的制冷剂是通过热力膨胀阀调节流入油/制冷剂板式换热器的制冷剂流量来对油进行冷却，膨胀阀的感温包控制供给轴承润滑油温，从油/制冷剂板式换热器出来的制冷剂然后再回到蒸发器进行下一个制冷循环。

由机组的制冷循环原理可以看出，机组的吸收热能是由蒸发器执行的，释放热能是由冷凝器进行的。为了提高热交换效率，厂家往往采用高效内外螺纹铜管。

开利离心机组采用满液式热交换器——即热交换铜管内走水，铜管外走制冷剂。在日常的运行中，冷却水系统为开放式，运行时不断循环使用，由于水的温度升高，水在散热过程的蒸发，将会造成无机离子和有机物质的浓缩；冷却塔和冷却水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，在冷却水系统中会产生比较严重的沉积物和滋生的大量微生物，由此形成的粘泥污垢将会沉积吸附在机组冷凝器热交换铜管水侧表面，导致机组运行中冷凝效果不好，冷凝压力比设计工况偏高，引起机组制冷效率下降，严重时甚至影响机组的正常运行。

机组运行时冷凝效果差导致制冷系统率降低也可以在理论 循环压焓图加以分析说明（见图1）： 当蒸发温度t ₀ 不变，冷凝温度由t _k 升高到t _k ’时，制冷循环由1--2--3--4--1 改变为1--2’--3’--4’--1，引起的变化是：

（1）冷凝压力由P _k 升高到P _k ’。

（2）单位质量制冷量由原来q ₀ 减少到q ₀ ’，单位理论功耗由w ₀ 增大到w ₀ ’，因此循环的制冷系数必然会降低；同时，因q ₀ 减少，而吸收气体质量体积未变，故单位容积制冷量也将减小。

（3）对于制冷系统来讲，在压缩机输气量不变的情况下，由于吸收气体制冷体积未变，制冷剂的循环量也不会变，所以制冷剂的制冷量将减少，压缩机的理论耗功率也将会增大。

例如：广州卷烟二厂使用的开利19DK53255CE 冷水机组，其设计标准参数如下：

冷冻水进12℃，出7℃，吸气温度6.1℃ ，水流量：84L/s。

冷却水进32℃，出37℃，冷凝器饱和温度38.4℃，水流量：100L/s。

运行负载：100%，输入功率：340kW，额定电流：589A，电压：380V50Hz。

机组已经运行约18 年：最近一次保养检修中发现机组的运行参数如表1。

从表1 中机组运行参数可看出：该台机组在保养前冷却水进出水温差为4.1℃，冷凝器制冷剂温度与冷却水出水温差（也叫冷凝器换热温差）高达4.2℃，很明显机组冷凝器热交换铜管脏，引起冷凝器散热不良；冷冻水进出水温差为3.9℃。

经过清洗冷凝器热交换铜管保养服务后机组冷却水进出水温差为4.7℃，冷凝器换热温差降为1.6℃；冷冻水进出温差达到4.8℃，从数据上来看，机组运行时制冷效果已经得到明显改善。

通过对机组在保养前后的制冷量如下估算比较：

设机组在保养前的制冷量：Q _前 = V _冻 ×C _水 ×TΔ ₁ = V _冻 ×C _水 ×3.9

Q _前 表示机组保养前的制冷量；V 冻表示冷冻水流量；

C _水 表示水的比热；TΔ1 表示保养前冷冻水进出水温差；

设机组在保养后的制冷量：Q _后 =V _冻 ×C _水 ×TΔ2=V _冻 ×C×4.8

Q 后表示机组保养后的制冷量；

TΔ2 表示保养后冷冻水进出水温差；

在保养前后流经主机的冷冻冷却水流量不发生变化，因此很明显Q前小于Q 后。如用η 表示保养前后的效率，则有：

η=Q 前/Q后×100%=V 冻×C 水×TΔ1/V 冻×C 水×TΔ2×100% =V 冻×C 水×3.9/ V冻×C 水×4.8×100% = 81.25%

上述数据表明该机组在保养前因为冷凝器换热铜管脏已经导致机组制冷效率下降，经过清洗等保养冷凝器后的机组制冷效率提高约20%。

事实上机组在实际运行中，如果因冷却水质问题导致冷凝器换热效果差若得不到及时改善，换热温差将会越来越大，最终可能会引起机组运行中出现喘振。

喘振将会给压缩机造成以下严重损坏：

（1）缩机的性能显著恶化，气体参数（压力、排气量）产生大幅度脉动。

（2）噪声加大，电流发生脉动。

（3）大大加剧整个压缩机的振动。喘振使压缩机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，导致密封和轴承损坏，甚至发生转子和定子元件相碰等，叶轮动应力加大。

由于空调冷冻水系统一般为全封闭系统，通常状况下没有冷却水系统那么容易受到外界环境的影响而改变水质，因此蒸发器热交换铜管基本上也不会像冷凝器热交换铜管那样容易受到水质影响而造成的换热效率下降，但在日常的维护保养中也需要经常对冷冻水质进行检测，预防系统受到腐蚀。

结语：空调系统是一个比较复杂的系统，包含水、电、风以及制冷等系统相关设备。这就对从事空调行业的专业人员提出了更高的要求，不但要求对机械、电器、物理、化学等学科具备基础知识，而且对水系统以及水质处理同样需要一些了解。

在日常运行维护时，不但需要对空调设备进行专业维护，对空调水系统以及水质同样需要作认真维护和处理，这样既可以保持空调系统设备运行中节能，又可以保证空调系统设备避免因水系统水质原因导致设备损坏。所以作为当代从事的空调专业技术人员，不仅要有扎实的空调专业知识，还应努力学习与之相关的科学知识，这样才能把现代先进的空调系统设备操作维护好，才能更好地发挥空调专业的作用，为祖国建设发挥更大的作用。