1、 1水冷冷水机组综述随着时代的发展，制冷与空调行业已经成为衡量一个社会经济实力、科技水平与人民生活质量的重要标志之一，制冷技术在工业、农业、科学技术及国防等领域具有越来越重要的作用。与其他的技术型产业一样，环境保护、经济发展与技术进步的要求也是制冷空调产业发展的推动力。通过调查，城市的高楼大厦越来越多，人们对生活的要求越来越高。中央空调的发展和需求越来越多。在中央空调中制冷是核心，而水冷式冷水制冷机组在中央空调的制冷有着其独有的优势。1 模块式水冷冷水机组1.1 定义1.1.1 模块在电力标准化与计量1995 年第四期模块化的概念与定义中，对模块化的定义，现状以及存在问题都做了一个详细的研究。
2、所谓模块，就是可组合成系统的，具有某种确定功能和接口结构的，典型的通用独立单元。揭示了模块式系统的组成部分，用模块可以组合成新系统，但易于从系统中分离，拆卸和跟换，它是系统的单元，离开系统，其实用价值就缺失了。1.1.2 水冷水冷涉及到的核心就是散热，是指使用流动液体作为散热的冷却系统，属于散热器的一种。水冷一词的出现已经有很长的历史，早在上个世界就有国外的DIY 发烧友采用流动的液体管给 CPU 散热。相比较普通的散热器取得了比较不错的成果，因此有了水冷一词的诞生，其意义象征了比较高端技术的产生。21.1.3 冷水机组水冷冷水机组是通过冷却塔对水进行冷却,以冷却水为冷源,以水为载冷剂进行制冷
3、的一种中央空调设备.机组以其高效、低噪音、结构合理、操作简便、运行安全、安装维护方便等优点，广泛应用于宾馆、商场、办公楼、展览馆、机场、体育馆等公共设施的舒适性中央空调系统，并能满足电子、制药、生物、轻纺、化工、冶金、制药、电力、机械等行业的工艺性空调系统的不同使用要求。1.2 水冷冷水机组组成及发展历史水冷式冷水机组是由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、电气控制系统五大部分组成以蒸汽压缩循环方式来达到空调制冷效果，是工业革命以来最具历史性的一种空调机组，迄今已有近百年的历史，从早期的往复式到近年来的螺杆型，其平稳、高能效的运转使得水冷机组已经成为空调界的主要机组，是当今中央空调机组中发展最成熟
4、、设计非常经典的机组之一，被各类公共建筑所广泛采用。1.3 水冷冷水机组工作原理图 1-1 水冷冷水机工作原理图3工作原理：液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。1.4 水冷冷水机组的优缺点1.4.1 优点相同制冷量的水冷机组与风冷机组比较，水冷式机组的总体耗电量（包括冷却水泵及冷却塔风机的电耗量）仅为风冷式机组耗
5、电量的 70；冷水机组全年制冷效果都很好，可靠性高；冷水机组使用寿命长1.4.2 缺点需专用机房、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵等设备，初期投资较大；需要循环水，水资源消耗大；水冷机组不仅要对机组进行维护对冷却设施也需要很多的维护，较风冷机组相比维护费用高。2 冷水机组发展与研究2.1 冷水机组在国内的发展对我国中央空调制冷机组的市场需求结构进行分析，可以帮助我国相关企业明确发展方向，找准目标市场，针对目标市场积极进行产品的研发、生产及销售工作，建立企业的核心竞争力，确保企业在竞争中处于优势地位2.1.1 能源结构变化导致市场新的需要据中国建筑业协会建筑节能专业委员会的课题研究结果，我国建筑使用能
6、耗占全国商品能源消费总量的比例为 11.7%，其中 6070%为空调能耗，而一些经济发达国家，制冷与空调的能耗量约占全年总能耗量的 2030%。随着我国经济的4高速增长，人民生活水平不断提高，当很多城市人均 GDP 达到 4000 美元(即小康水平)，城市中空调成为夏令生活、工作的必需品，成为建筑物的基本设施，我国空调能耗占社会总能耗的比重也将逐年上升。因此，中央空调制冷主机的产品结构调整应符合能源结构的发展趋势。2.1.2 电动压缩式制冷机组的品种将增加 2.1.2.1 大型离心式制冷机组需求将增加电力空调中，一般随着制冷量的增加，其能源利用效率也增加，一般认为按能效比高低排序，离心式大于螺
7、杆式，而螺杆式大于活塞式。在大型制冷机组中一般用离心式压缩机，中型机组用螺杆式压缩机，而小型机组用活塞式压缩机。随着节能要求的提高及区域供冷公司的增加，客户对大型离心式制冷机组的需求将大大增加。同时，离心式制冷机组寿命一般在二十年以上，大大高于其它类型机组，因此，其需求量将增加。 2.1.2.2 多种冷却源机组都将有一定的市场空间 电动压缩式制冷机组根据其冷却介质又可分为风冷式和水冷式。水冷式中根据冷却水不同分为城市给水、地下水、地表水(如河水、海水等)。目前应用得最为广泛的是水冷式制冷机组，水冷式制冷机组有冷却塔、冷却水泵等辅助设备。如果没有变频装置，在部分负荷下，冷却塔风机和冷却水泵的耗能
8、是基本不变的，使得冷水机组在部分负荷下的综合能效比较低。2.1.2.3 冰蓄冷系统应用将大大增加冰蓄冷空调就是利用非峰值电能，使制冷机在最佳节能状态下运行，将空调系统所需要的制冷量用显热与潜热的形式部分或全部地储存于冰中，当出现空调负荷时，即用融冰释放的冷量来满足空调系统冷负荷的需要。用来储存冰的容器称为蓄冰设备。蓄冰系统包括蓄冰设备、制冷机械、连接管路及自动控制系统等。2.1.3 产品品种日益丰富 5由于我国地域广阔，各地的资源条件、气候条件差别很大，这些都会影响到用户对产品的选择需求。同时，对每个实际的工程来说，业主选用产品时主要考虑的因素也不尽相同，所以，就必须有多种的产品来满足这些不同
9、的需求。 另外，随着技术的进步，太阳能等可再生能源机型也将逐步得到实用。自二十世纪七十年代中东石油危机以来，建筑节能成为发达国家关注的热点，而九十年代提出可持续发展理论和环境资源保护的紧迫性以后，建筑节能更成为世界各国关注的热点。由于太阳能资源在时间上变化规律和制冷空调用能在时间上的变动规律高度匹配，太阳能资源的地域分布与制冷空调需求的地域分布高度吻合，以及太阳能资源丰富、清洁和无污染性，使得太阳能技术成为一个极为诱人的研究领域，在环保、节能方面显示出无与伦比的优越性。太阳能技术在建筑节能方面的应用展现出了光明的前景。 虽然目前太阳能还没有实际应用于建筑制冷空调，但随着研究的进一步深入，科学技
10、术的进一步发展，实用阶段应为期不远。2.1.4 中西部地区需求量将大为增加 由于我国经济发展的不平衡，东部地区经济很发达，而中西部地区相对落后，因此，原来中央空调制冷机组的需求主要集中在东部地区，特别是北京、上海、广东等省市，其它地区需求量较少。随着我国西部大开发的进一步深入，中西部地区的经济增长速度明显高于东部地区，固定资产投资增速更为明显，因此，中西部地区需求量将大为增加。2.1.5 存在问题水冷式冷水机组有其优点，但也存在很多问题。最大的问题就是水资源，很多地区水资源匮乏，没办法大力发展。另一方面，水冷冷水机组价格较贵，模块片较少，不宜超过八片。2.2 冷水机组在国外的研究发展62.2.
11、1 模块化冷水机组模块化冷水机组的发明者 Mr. Ron Conry 拥有 20 年在美国和澳大利亚空调业的从业经验，在 20 年中他在心中勾勒了一种理想制冷系统的愿望清单：紧凑节省空间、易安装且便于操作；峰值运行，高效节能；可靠且便于维护；调节灵活且扩容方便；在这样的愿望下，他发明了模块化冷水机组。在模块化冷水机组的发明中创造了很多个第一：第一个将板式热交换器应用在冷水机组；第一个将冷水机组内安装水过滤器；第一个开始无油磁悬浮离心式制冷压缩机技术的研究；创造了第一台模块化热泵机组；创造了第一台模块化热回收机组 在模块化冷水机组的发明初期，主要用到的是以下几种设备（压缩机、热交换器、水过滤器）
12、： 全封闭涡旋式制冷压缩机马达密封与机体内部，吸入的冷媒均匀的流过马达，对马达进行充分的冷却，确保马达在最佳的环境和温度下工作。涡旋式压缩机内的动涡旋盘在马达的群东西啊，与静涡旋盘做圆周啮合运动，纯旋转运动使压缩机的工作平稳、安静。涡旋式压缩机通过集合结构控制压缩机的吸气和排气过程，没有吸气阀片和排气阀片，避免了阀片的损失，因此比传统的活塞式压缩机具有更高的工作效率。 螺杆式压缩机使用的是 40000 小时长寿命的高强度轴承，通过电脑控制的压缩机均衡运行，机组使用寿命期内完全不需要更换轴承。并且与压缩机一体的高效油分离器，将 98%以上的润滑油从排除的冷媒中分离出来，避免过多的润滑油进入系统，
13、保持压缩机的润滑和机组的效率。 板式热交换器对于水冷型机组，冷凝器和蒸发器为高效、紧凑、耐腐蚀的MTB 钎焊板式热交换器。其板片由不锈钢制成，在真空炉内焊接而成， 板式换热器的制造过程绝对满足制冷系统对洁净、干燥和无泄漏的要求。由人字形板片以各种相反的方向叠加组合而成的办式热交换器，其内部通道使水流形成旺盛的紊流状态，不仅提高了换热效率，而且延缓了污垢的形成，从而保持传热效率。7盘管式热交换器：对于风冷型机组，空气-冷媒热交换器为翅片套管式热交换器，铝箔制成的翅片，经过机械涨管，紧紧地贴合在铜管的表面，扩大了空气侧传热面积。翅片表面形状经过三维强化，提高了气流的扰动度，增强了空气的换热系数。翅
14、片表面的亲水膜不仅保护了翅片，而且强烈的亲水性使机组热泵运行时，减小凝结水的倾角，加速凝结水的排泄，延缓水桥的形成，减小空气流动阻力。 内部水过滤器：每个模块单元内部，无论是冷冻水或是冷却水的进水管上，都安装了 MULTISTACK 专利的可拆式内置不锈钢过滤器，可以避免外部的固体颗粒性杂质随水循环被带入热交换器，造成堵塞，保证机组安全可靠地运行。 2.2.2 模块化技术的特点有以下几点 节能：模块化解决了部分负荷下效率降低的难题，模块化冷水机组根据系统需求调节投入相应水量的运行的模块单元，每个运行中的模块单元都以峰值效率运行。不仅轻松解决了在部分符合运行时制冷效率降低的问题，而且还大大提高了
15、运行的效率。使每个模块化冷水机组都能高效运行。 可靠：模块化赋予了每个模块单元无可比拟的独立性，模块化冷水机组中的每个模块单元都是独立完整的制冷系统。在电脑控制器的控制下，有序运行，当其中的一个或几个模块单元发生故障时，不会影响其他模块单元的运行。这样也方便、简化了维修。 安装便利：模块化冷水机组中的标准模块单元在现场完成组合，整个运输及搬运过程不需要大型的起重机器和专门的楼内通道，简化了在设计时要专门留下通道，运输后又要填埋的不便，可以轻松运送。 模块化冷水机组不仅有以上的优点，它还能应用于出水温度四摄氏度至二十摄氏度或以上的低温制冷，适用于冰蓄冷的制冰运行，或者工业生产的工艺过程控制。当应
16、用于低温制冷时，根据使用温度的不同，应当使用乙二醇或者其他凝固点较低的溶液作为载冷剂，但不能够使用盐水等对铜或不锈钢有腐蚀性的溶液，以避免损坏板式热交换器。 8在模块化技术的基础上，结合变水量控制技术 Multistack 公司发明了变水量型的模块化冷水机组专利产品，其工作原理是在每个模块单元内安装了冷水和冷却水流量控制阀，这个控制阀和模块单元的压缩机同步工作，当模块单元压缩机投入运行时，模块单元上的流量控制阀同步开启，繁殖，压缩机关闭时，流量控制阀同步关闭。因此，使冷水机组的工作流量和压缩机的制冷输出同步调节，在低负荷运行时，不仅能够节省冷水机组的运行耗电，还能够大幅度节省水泵的运行耗电。更
17、为重要的是传统的变流量应用必须采用二次泵系统，即冷水机组侧的一次泵是定流量的，负荷侧的二次泵才是变流量的。二次泵系统由于冷水机组侧定流量运行，因此，不是一个纯粹的变水量系统，不能完全起到节省水泵电力的目的。而变水量型模块化冷水机组由于机组本身可以适应变水量运行，因此，通过一次泵就可以实现全系统的变水量工作，不仅使系统变得简单，而且能够最大幅度地节省水泵的耗电量。整个运输及搬运过程不需要大型的起重机器和专门的楼内通道，简化了在设计时要专门留下通道，运输后又要填埋的不便，可以轻松运送。 模块化冷水机组在发明初期，就在中国有了很好的发展，但由于资金等方面原因，一直没有很广泛的应用，MULTISTAC
18、K 公司一直努力的开拓中国市场。在现在，在中国已经应用在了许多的工程中，虽然在初投资上会比传统的冷水机组高，但是在之后的运行中，每年的运行费用的要低很多。在北京某医院的设计中，对于传统冷水机组和模块化冷水机组的投资做了比较，虽然模块化冷水机组的初投资比传统的多了 30 万元（需要模块化冷水机组 3 台），但是每年的运行费用（如电费、管理费、维修费、设备零部件更换费用等等）少了 10 万元，这样三年后的投资就相同了，在之后的几十年使用中可以将少上百万元的运行费用。模块化冷水机组不仅能峰值运行，节省了电量，起到了节能的目的，而且还节省了大量的资金。2.2.3 磁悬浮模块化冷水机组1985 年，MU
19、LTISTACK 在澳大利亚墨尔本首创了模块化冷水机组，这一与20 世纪工业设计潮流相一致的重要发明，以其所标识的节能性、可靠性和灵活性，9将制冷空调技术的发展带入了一个新的方向。今天，世界许多国家和地区的用户，都能够正视感受到模块化空调技术所带来的好处，并且在中国，使用模块化冷水机组的建筑越来越多。在 2004 年 MULTISTACK 发明了磁悬浮模块化冷水机组，使制冷空调技术的发展又进入了一个新的时代。磁悬浮模块化冷水机组是超高效率型的机组。它使用的是磁悬浮无油离心式压缩机，是一个两级压缩机械循环的压缩机，在第一级压缩机腔和第二级压缩机内腔之间，具有一个中间吸气接口，它可以吸入一股中间压
20、力的制冷剂，实现经济器循环。它以此为基础，采用了经济器制冷循环，在蒸发器和冷凝器之间安装了一个经济器，从冷凝器冷凝出来的液体冷媒分成两个回路，一个回路的冷媒通过一个膨胀阀膨胀节流后，在经济器中对另外一个回路的液体冷媒进行再冷却，提高将要进入蒸发器的这部分冷媒的过冷度，而膨胀节流的冷媒在经济器内完全蒸发后，由压缩机中间吸气口回到压缩机。 经济器循环可以在几乎不增加压缩机功率的情况下，提高机组的制冷量，是机组达到更高的效率。 磁悬浮冷水机组的 COP 能达到 7.18，而传统的 COP 只能达到 56。在最新的改造中，磁悬浮冷水机组的 COP 值已经达到 8，这与逆卡诺循环的极限值又接近了很多，在
21、以后的改进过程中也会有更好的发展。 但是这一技术在中国发展还不是很好，由于初投资的提高，很多公司不愿意使用模块化的冷水机组。在很长一段时间中，模块化机组的效率没有了很大的提高，这也是模块化冷水机组在中国至今没有很好的发展的一个重要原因。MULTISTACK 公司在 2004 年发明磁悬浮压缩机并将其应用到模块化冷水机组中形成磁悬浮模块化冷水机组后，中国对于模块化冷水机组的应用还是停滞不前的，其中一个很大的原因，就是很多冷水机组的生产厂家(如：海尔)，只引进磁悬浮压缩机，而不是将模块化磁悬浮冷水机组一起使用，这样将磁悬浮压缩机与自己生产的冷水机组合并使用，不仅使冷水机组的体积并没有减小，而且根本
22、不能很大程度的提高 COP。MULTISTACK 公司北京办事处的工程师说，他们现在的目10标就是尽可能的做更多的项目，用实际又省钱又节能的实例来推动磁悬浮模块化冷水机组在中国的应用。3 制冷剂3.1 制冷剂的历史制冷的历史可以追溯到古代，当时用以储冰和一些蒸发进程。从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段： 第一阶段：从 1830 年至 1930 年，主要采用 NH3、HC、CO2 ,空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低。主要出于安全性的考虑。尽管用了100 年之久，当出现了 CFC 和 HCFC 制冷剂后，主要出于安全性的考虑，还是当机立断，实现了第一次转轨 第二阶段 ：从 1
23、930 年至 1990 年，主要用 CFC 和 HCFC 制冷剂。使用了 60年后，发现这些制冷剂破坏臭氧层。出于环保的需要，不得不被迫实现第二次转轨。 第三阶段：从 1990 年至今，进入以 HFC 制冷剂为主的时期。3.2 制冷剂的研究与发展总的来说制冷剂的发展趋势应该满足生态环境可持续发展的要求，并且推动其进一步发展。根据可持续发展中经济发展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求，制冷剂的发展方向有两个：环保与节能。使用绿色环保的制冷剂已经是大势所趋，绿色环保制冷剂可以是合成的，也可以是天然的；随着人们生活水平的提高，制冷空调等设备越来越普及，同时其消耗的大量的能源也越来越引起人们的注意。因此，除了改进制冷技术外还可从制冷剂上下手，通过研制新型节能制冷剂降低制冷空调设备的能耗也是一个发展方向。
