离心式冷水机组与螺杆式冷水机组的对比分析

离心式冷水机组与螺杆式冷水机组的对比分析
离心式冷水机组是依靠离心式压缩机中高速旋转的叶轮产生的离心力来提高制冷剂蒸气压力，以获得对蒸气的压缩过程，然后经冷凝节流降压，蒸发等过程来实现制冷，其组成部件主要有离心式压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构、抽气回收装置、润滑系统和电气控制冷凝器、节流机构、抽气回收装置、润滑系统和电气控制柜等。它具有单机制冷量大的特点，但存在压力过高密封问题较难解决、工作转速过高等缺点。       
螺杆式冷水机组属于技术较为先进的一种机型。它是利用螺杆式压缩机中两个阴、阳转子的相互啮合，在机壳内回转而完成吸气、压缩与排气过程。其组成部件主要有螺杆式压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀以及其它控制元件，较离心机要少。它具有结构紧凑、运行平衡可靠、易损件少、部分负荷效率高及使用寿命长等特点。        一、两种机组的市场状况：        
离心式冷水机组由于离心式冷水机组适用的市场范围相对较小，2008离心式冷水机组的市场销售额大约在25亿元的水平，仅占中央空调全部市场容量的10%。         
分析整个国内市场离心机组生产企业的销售情况，销售额超过3亿以上的企业只有几个，主要集中在几大欧美品牌，这几年国内也有一些企业进入这个市场，也取得了一些成绩。         
由于离心机组生产企业不多，整体利润还相当可观。这几年离心机组的市场年增长率都在15%左右。         
螺杆式冷水机组：螺杆式冷水机组拥有众多技术优势，如具有效率高、噪声低、振动小、可靠性高、易损件少、运行平稳等，被广泛应用在酒店、商场、医院及现代代的工厂和办公大楼的制冷及空调工程。         
2008年螺杆机的销售额约为56亿，约占全部市场销售额的37%，相当于离心机、水冷柜机和模块机之和。       
螺杆式冷水机组市场现在正呈“两极分化”的状态，其容量朝更大和更小的方向发展。         
我国最早出现的中央空调产品是水冷螺杆机组，其优点是高效节能。目前国内各类型号建筑中正使用的最多就是水冷螺杆机组。现在，建筑节能已被列为今后能源工作的重点，水冷螺杆机组高效节能的优势使其再次成为销售热点，发展前景非常乐观。        
二、 两种机型的结构特点：        
单个离心式压缩机的制冷量较大，可以从150---3000RT，所以一般离心式制冷机都只设计一个离心式压缩机就可以满足冷量的需要。        
单个螺杆式压缩机的制冷较离心机要小，一般从30RT----500RT，所以现在大制冷的螺杆式制冷机都采用多机头方式来满足制冷量要求，由微电脑统一控制、调节，并且每台压缩机都有一个单独制冷系统。 这种结构特点的不同对机器的控制、操作、维护都具有很重要的影响，在下面我将作详细阐述。       
三、 两种压缩机转动和传动部分结构特点：        
在离心式压缩机中，电动机通过一对增速齿轮进而带动叶轮作高速旋转；在螺杆式压缩机中，电动机直接连同主转子与副转子相互啮合旋转。        
由以上可以看出，螺杆式压缩机结构更为简单，而且离心机叶轮旋转速较螺杆式转子要高出许多，同时高压气体对叶片、叶轮都有较大冲击压力，故其故障率较螺杆机明显要高。同时，离心式压缩机因压缩机体积庞大，在维护维修时非常麻烦，而螺杆式机组结构简单，维护维修非常方便。       
四、 两种机型的容量调节问题：        
在低负荷状态下，离心机都共有一个喘振问题。离心式压缩机发生喘振的原因是:进口压力或流量突然降低,低过最低允许工况点时,压缩机内的气体由于流量发生变化会出现严重的旋转脱离,形成突变失速(指气体在叶道进口的流动方向和叶片进口角出现很大偏差),这时叶轮不能有效提高气体的压力,导致出口压力降低.但是系统管网的压力没有瞬间相应地降下来,从而发生气体从系统管网向压缩机倒流,当系统管网压力降至低于机出口压力时,气体又向系统管网流动.如此反复,使机组与管网发生周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象.这对叶轮、叶片连续不平衡冲击会大影响寿命。现有厂家采用增加一个防喘振装置可以部分解决这个问题，但同时也造成零部件易损件增加及消耗能量等问题。       
螺杆机是利用油压推动滑阀开关控制容量，部分负载时，绝无不平衡冲击现象。 
      一般来说离心机组的能量调节范围为40%～100%,在低于40%负荷运行时，离心机组比较容易发生“喘振”现象，“喘振”严重时，可以使机组的整个核心部件——叶轮被损坏，使离心压缩机报废。目前很多离心机组厂家通过“补气”手段是机组“喘振”临界点达到“20%”或“10%”，而“补气”是需要消耗大量能量的，使机组在50%以下能效比相对较低。而对于多机头的螺杆机组来说，其能量调节范围一般在7.5%～100%之间，可以连续能量调节,且无“喘振”现象。特别是民用场所和商用场所，比如宾馆、商场、会议中心等，其空调负荷随着季节变化和人流变化而变化较大，要求制冷机组有较宽的能量调节范围。        五、两种机型的操作及维护问题： 
  离心式冷水机组与螺杆式冷水机组都具有较高技术水平，一般都采用微电脑自动控制。具有自动诊断，自动调节功能及各种安全保护装置，对操作要求不高。 
  由于在相同制冷量下，离心机采用的是单压缩机形式，而螺杆机为多压缩机形式，且具有独立制冷系统，这样在维护、维修状态下，螺杆机只需单个压缩机关闭，其它照常工作，不影响整体运行，绝对可满足大楼负荷需要；而对离心机进行维护、维修则整台机器都得关闭，会极大的影响大楼工作需要，而且螺杆机结构简单，零部件易损件少，维护费用也较低。一般20000小时后才需维护，同时离心压缩机为全封闭型，螺杆机为半封闭型，维护维修方面离心机要麻烦些。 
  对于任何压缩机而言，运转部件越多，存在的维修概率越高。离心机属于高速运转设备，需要靠变速齿轮实现高速运转，运转部件多，对压缩机的动平衡要求高，轴承和轴的磨损相对螺杆压缩机而言严重，在机组使用受命内需要更换2-3次轴承。螺杆压缩机属于低速运转设备，在寿命周期内不需要更换轴承。 
六、两种机型对电网的冲击问题： 
   两种机型耗电量较大，但由于相同制冷量下，螺杆机采用多台机头形式，可逐台逐级启动，所需起动电流较离心机要小得多，减小了对电网的冲击。 
 七、两种机型的噪音问题： 
   离心机的旋转速度高，一般为9000~30000转/分钟，且利用叶片、叶轮吸、排气，所以其噪音值较螺杆机要高约5 dBA，且尖锐些。螺杆机是靠阴、阳转子的啮合旋转完成吸、排气，其转速较低，一般为2950转/分钟其噪音值约为75dBA，且不尖锐。 
 八、两种机型的工质问题： 
   离心式冷水机组现在采用的工质基本上是R-123和R-134a两种。螺杆机大部分使用R-22，它们都是R-11、R-12的替代品，除非大规模泄漏并遇明火，R-22、R-134a都是无毒的，R-123具有毒性。但目前，由于离心式冷水机组与螺杆式冷水机组都具有较高技术水平，大规模泄漏基本上是不可能的。在三者中，R-22的单位容积制冷能力最强。根据蒙特利尔公约，将在2040年全面禁止R-22、R-123，但就中国具体情况而言，R-22占据市场30年主导地位应不成问题，而且目前R-22的市场价格较R-134a要低许多。 
  九、 两种机型经常性费用开支对比： 
   离心式冷水机组与螺杆式冷水机组的耗电量较大，但在相同制冷量情况，由于螺杆机部分负荷时能效要大大高于离心机组的部分负荷能效，所以螺杆机组的运行费用大大低于离心机组的运行费用。以总冷量为5632Kw（1600冷吨）,如果采用3台机组，每台冷量约为650冷吨。下面以650冷吨冷水机组为例，对比分析两种机组的耗电情况。根据统计表明，冷水机组满负荷即100%运行时间占总运行时间为2.3%，75%、50%、25%运行时间分别占总运行时间为 41.5%、46.1%和10.1%。本项目按每年空调时间4个月进行计算，总体运行时间为4×30×10=1200小时。则机组100%、75%、50%、25%运行时间分别为27.6、498、553、121小时。        
（1） 离心式冷水机组    
以A厂家的1000-19XR7070555EKS机组为例，机组满负荷COP为5.58,机组的部分负荷能效比曲线见下图。机组在75%、50%、25%负荷下COP分别为5.97、5.74、3.87。也就是说机组在100%、75%、50%、25%负荷下耗功分别为410kW（650×3.517×100%÷5.58=410）、276 kW（650×3.517×75%÷5.97=276）、199kW（650×3.517×50%÷5.74=199）、148Kw（650×3.517×25%÷3.87=148）。  2） 机组4个月总耗电为410×27.6+276×498+199×553+148×121=276719度       
（2）螺杆式冷水机组    
     以B厂家的RSW-1000-4机组为例，机组满负荷COP为5.24,机组的部分负荷。机组在75%、50%、25%负荷下COP分别为6.63、7.23、6.03。也就是说机组在100%、75%、50%、25%负荷下耗功分别为436kW（650×3.517×100%÷5.24=436）、259kW（650×3.517×75%÷6.63=259）、158 kW（650×3.517×50%÷7.23=158）、95kW（650×3.517×25%÷6.03=95）。2） 机组4个月总耗电为436×27.6+259×498+158×553+95×121=239884度。
        
（3）650冷吨机组在4个月的运行中，螺杆机组总耗电为239884.6度，离心机组总耗电为276719度，也就是说螺杆机组比离心机组节电36834.4度，即节约了近15%运行费用。以商业用电1元/度计算，则一台650冷吨螺杆机组比一台相同冷量的离心机组要节约36834.4元,本项目共3台二主一备650冷吨机组，共节约73668.8元运行费用。       
 注：①1美国冷吨=3024千卡/小时（kcal/h）=3.517千瓦（KW）