暖通工程师考试专业知识：冰蓄冷空调

冰蓄冷空调自控系统基本功能

冰蓄冷空调由于自身的特点而对自控系统有一定的依赖，而这种依赖就决定了自控系统的基本功能。就一般情况而言，冰蓄冷空调对自控系统有如下四个方面的基本要求：

1、工况切换和设备起停控制。冰蓄冷空调是在同一管道系统上通过对水泵和阀门等设备的不同组合而得到不同的工况的，而不同的工况组合又体现出不同的运行策略。因此，选择冰蓄冷空调只是为降低运行费用在设备上提供了可能，而真正实现降低运行费用还需将系统中所有设备有机地结合起来，并使操作者方便快捷地在各工况之间切换。

就具体的工程而言，不同的工况对参与运行的水泵以及阀门的开启和关闭都有不同的规定，与此同时，对各设备的启动顺序和设备启动的时间间隔都有具体的要求。这就要求自控系统能为工况的切换提供方便、安全的操作手段。理想情况下，操作者希望通过鼠标在屏幕上的点击或通过菜单的选择就能切换工况。但是自控系统在提供操作方便的同时又要能够防止人员的误操作，所以建议把工况切换和系统启动分为两步操作，即切换工况只是为系统启动做好了工况的选择，而并不是在切换工况后直接启动系统。

2、融冰速率控制。为了真正做到移峰填谷，蓄冰系统都追求较高的融冰速率，以期能在峰电时段内完全释放冷量。但随之而来的问题是，如果不对融冰速率进行控制则蓄冰装置将以最快的速度融冰，造成冷量的浪费。因此，冰蓄冷空调要求自控系统能对融冰速率进行控制，使其能跟踪负荷情况并满足系统对供冷量的要求。

控制融冰速率的方法有很多，但大体可归纳为两类：改变出水温度和改变出水流量。如果以换热器为蓄冰装置的负载来描述，前者改变的是换热器冷媒水侧入水的温度，后者改变的是换热器冷媒水侧入水的流量。通常情况下，前一种方式更能兼顾换热效率，追求较低的换热温差。

控制融冰速率的最终目的是控制水的温度。由于管道中的水温有很大的惯性，一旦建立起了变化趋势后温度会朝着固有的方向变化而不会立即对控制系统的调节做出响应，这就使该回路的控制特性偏软，并且有很大的滞后。管道中水温的这些特性使常规的pid调节往往不能取得理想的效果。因此，在要求较高的应用中需在控制模型中加入程度较深的反馈，条件允许时还可在控制模型中引入一定的预警措施，使控制器的调节动作产生在温度变化之前。

3、空调水供回水差压控制。当末端采用变流量系统时，空调水供回水总管之间的差压是随末端的使用情况而变化的。虽然变流量的末端系统有很多的优点，但如果不对供回水总管之间的差压进行控制，其危害也是显然的。首先，差压的波动会使整个管道系统中控制阀门的阀权度发生变化，这将破坏常规的pid控制环的稳定行，当阀权度减小到一定程度时还会导致控制阀的振荡。其次，当该差压不足时，会使远端的能量供应不足，影响使用效果;反之，差压过大又会影响到末端系统的安全。因此，这就要求自控系统能对该差压进行实时监测，并采取相应的调整手段来使差压稳定在一个合理的范围内。控制空调水供回水总管之间的差压，简单而行之有效方法就是在空调水供回水总管上加装旁通阀，控制系统根据实际的差压来调整阀门的开度。在采用换热器的系统中，这种方法能保证流经换热器二次边的流量恒定在设计值上，以兼顾换热效率并追求较低的换热温差。这种方法的缺点是水泵的成本不能随负荷的减少而下降。同时，由于旁通阀上的差压变化很大，这就导致在大的阀权度变化下，旁通阀很多时候实际是工作在开/关状态，无法达到理想的控制效果。

因此，另一种常见的办法就是采用速度可调的水泵。由自控系统根据空调水供回水总管之间的差压来调整变速泵的转速，从而达到稳定差压的目的。为了在最坏的情况下仍有足够的水流来保证水泵的安全，许多情况下在采用了调速泵后仍须安装旁通调节阀门。

4、逐时负荷预测。严格意义上说逐时负荷预测不是一个控制功能，但由于它对冰蓄冷空调有着重要的意义，因此也列在基本功能中。

为了尽量减少高价峰电的使用，操作者需要对当天的逐时负荷有个了解，从而制定出操作策略，力求在峰电时段少使用冷机并尽可能使蓄冰量能在峰电时段内完全释放。缺少严格制定的操作策略往往会产生这样的情况：或者预留了过多的冷量从而在峰电时段结束时仍有较多的剩余冷量，或者过早地将冷量完全释放而不得不在峰电时段多使用冷机。制定操作策略的意义还在能合理安排蓄冰量的使用，除了给峰电时段预留外，还能在冷机因负荷较低运行效率下降的时候使用融冰供冷。

制定操作策略的依据是逐时符合，所以，逐时负荷的预测对冰蓄冷空调降低运行成本有着重要的意义。但是，要实现逐时负荷的预测却有相当的难度，这一方面是由于影响逐时负荷的因素太多，更主要是对历史运行数据的要求。目前预测逐时负荷的方法大多离不开系统运行的历史数据。因此，获得和维护一个完整的历史数据库就成为实现逐时负荷预测的先决条件，这在操作上显然有一定的难度。

要使逐时负荷的预测功能变得切实可行，这一方面有待于可以不借助历史数据库的预测方法，同时也有待于更简便可行的维护和建立历史数据库的手段。

冷冻机是指压缩制冷方式所采用的压缩机，因其使用条件和压缩工作介质的不同，它不同于一般的空气压缩机。按冷冻机结构和工作原理上的差别，它与空气压缩机类似，也可分为活塞式、螺杆式、离心式等几种不同形式。冷冻机是压缩制冷设备中最重要的组成部分之一。

冷冻机的工作介质即为制冷系统中担负着传递热量任务的制冷剂，常用的制冷剂有：氟里昂、氨、溴化锂、氯甲烷等，其中氟里昂按其气化温度及化学分子式的不同有氟11(r-11)、氟12(r-12)、氟13(r-13)、氟21(r-21)、氟22(r-22)、氟113(r-113)、氟114(r-114)、氟142(r-142)等多种。上述制冷剂可分别用于低压(冷凝压力小于0.3-0.3mpa)高温(蒸发温度大于0℃)、中压(冷凝压力1-2mpa)中温(蒸发温度0—-50℃)及高压(冷凝压力大于2mpa)低温(蒸发温度小于-50℃)的制冷系统里。

冷冻机润滑的特点

1、活塞式冷冻机

在活塞式冷冻机中，需要润滑的摩擦部位有：活塞与气缸的壁面;连杆大头轴瓦与曲柄销;连杆小头轴瓦与活塞销;活塞销与活塞销座;前后滑动轴承的轴瓦和主轴颈以及主轴轴封的静动摩擦密封面等。

在小型低速冷冻机中最简单的润滑方式是飞溅润滑，即在冷冻机的曲轴箱内，借助于曲轴的连杆大头的回转搅动油面，将润滑油甩到摩擦表面使之润滑，但对有些摩擦表面润滑油难以达到，润滑不充分，易造成大的摩擦和磨损，故这种润滑方式可靠性差，已很少单独采用。

在新、老系列的冷冻机中大多采用着强制性循环润滑，即利用油泵将油强制输送到各润滑点。活塞式冷冻机的润滑多为内传动系统，即润滑系统不单独设立油箱和油泵站，而是采用冷冻机的曲轴箱兼作润滑油箱，专门的润滑泵与曲轴的一端相连，润滑装置与冷冻机构成了一个整体。

油泵经孔为0.28-0.154mm的筛网式粗滤器从曲轴箱中吸油，而后经过滤精度为10-20μm的纸质或粉末冶金式的精细滤油器将冷冻机润滑油压出，一路润滑油被送到曲轴的前端，润滑轴封、前主轴承、曲柄销及连杆小头，另一路压力油进到曲轴的后端，润滑后主轴承、曲柄销及连杆小头，此外该压力油还同时被送到油分配阀，用于控制能量调节结构。润滑系统中还应带有压力表、调压阀等必备元件，调压阀用于调节润滑油的压力并可使多余的润滑油流回曲轴箱。在该系统中气缸面是利用连杆小头挤出的油和连杆大头甩出的油实现摩擦面的润滑。

冷冻机中所采用的润滑泵通常有外啮合齿轮式油泵、内啮合齿轮式油泵(俗称月牙泵)和摆线转子式油泵(俗称梅花泵)等3种。对于外啮合齿轮泵吸压油口的位置确定后，泵的旋转方向是一定的，不可逆转，对全封闭和半封闭式冷冻机，因冷冻机机壳与电动机机壳连成一体，从外部难以辨别泵的转向，容易造成齿轮泵转向的错误而使润滑失灵，故外啮合齿轮泵在冷冻机中较少应用。对内啮合齿轮泵而言，月牙体(分开吸、压油腔，保证内外齿轮顶密封的构件)可做成具有自动定位的结构，不论齿轮的旋转方向如何都不改变吸、压油口的位置，故对油泵的转向无限制，因此在新系列封闭和半封闭式冷冻机中广为应用。摆线转子泵与内啮合齿轮泵类似，也可做到对泵的旋转方向无限制，此外摆线转子泵齿形简单，加工容易，结构紧凑，在冷冻机中有着广阔的应用前景。

2、螺杆式冷冻机

螺杆式冷冻机的润滑部位有：凸凹螺杆(亦称阴阳转子)的转动啮合部;转动的螺杆与壳体的相对滑动表面;螺杆前后的滑动轴承;主动螺杆的平衡活塞及轴端的机械密封摩擦面。在上述润滑部位均开有与压力油相通的油口。在能量调节阀上或壳体上开设的大小不同、相隔一定距离的油孔可使润滑压力油直接喷射到转子上，即可冷却润滑转子和壳体，又可对运动部位的间隙进行密封，以减少被压缩气体的泄漏，并降低运转噪声。

由于调压阀调节的润滑油的压力通常比冷凝压力高0.2-0.3mpa，润滑油量可相当于冷冻机输气量的1%-2%。润滑泵可直接用转子本身驱动，也可做成外传动式的。通常都将油分离器作为润滑系统的油箱。目前应用较广的是离心—重力型和填料—重力型的油分离器。

此外在螺杆式冷冻机中也多采用二级油分离器，二级油分离器分离出的润滑油可利用吸、排气压差不经油泵直接被压送到吸气腔，对轴承、平衡活塞等处进行润滑。在该种润滑系统中普遍采用着列管式油冷却器，使油温保持在20-50℃，冷却介质可用水或冷冻机自身的制冷剂来蒸发冷却润滑油。润滑系统中的精过滤器的进出口压差不应超过0.1mpa，否则应清洗或更换滤芯。

3、离心式冷冻机

离心式冷冻机的主要润滑部位是增速齿轮、主轴承及轴端的机械密封。通常齿轮箱可兼做润滑油箱，其中装有电加热器可对润滑油进行预热，油泵用于将油抽送到专设的高位油箱，再由高位油箱把油引到所需的润滑部位，该种方式可防止油泵供油系统突然故障或冷冻机突然断电停机时，油泵无油供给而冷冻机仍保持运转或借惯性继续高速回转，因无润滑而造成设备摩擦部位的“烧伤”或“咬合”事故。