冷水機系統終極指南
什么是冷水機系統？
商業建筑使用采暖、通風和空調 (HVAC) 系統對建筑進行除濕和冷卻?，F代商業建筑尋求高效的HVAC 系統和組件，作為以建筑性能和可持續性為中心的更廣泛舉措的一部分。建筑居住者同樣抱有很大的期望，即 HVAC 系統將按預期運行。..無論建筑物的外部條件如何，都可以創造舒適的內部環境。
冷水機已成為各種商業設施中必不可少的 HVAC 組件，包括酒店、餐廳、醫院、體育場館、工業和制造工廠等。業界早已認識到，冷水機系統代表了大多數地區最大的單一電力消耗。設施。在季節性期間，它們可以輕松消耗超過 50% 的總用電量。根據美國能源部(DOE) 的說法，冷卻器可以結合使用大約 20% 的北美總發電量。此外，美國能源部估計，由于各種運行效率低下，冷卻器的額外能源使用量可能高達 30%。這些公認的低效率每年使公司和建筑設施損失數十億美元。
通常，冷卻器有助于將熱量從內部環境傳遞到外部環境。這種傳熱裝置依賴于制冷劑在制冷系統中循環時的物理狀態。當然，冷水機組可以作為任何中央暖通空調系統的核心。
冷水機的工作原理是蒸汽壓縮或蒸汽吸收。冷卻器以大約 50°F (10°C) 的所需溫度向工藝水系統的冷端提供連續的冷卻劑流。然后冷卻劑被泵送通過該過程，在它流回工藝水系統的回流側時從設施的一個區域(例如，機械、工藝設備等)提取熱量。
冷水機使用蒸汽壓縮機械制冷系統，該系統通過稱為蒸發器的設備連接到工藝用水系統。制冷劑通過冷卻器的蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹裝置循環。熱力學過程發生在冷卻器的上述每個組件中。蒸發器起到熱交換器的作用，從而使工藝冷卻劑流捕獲的熱量傳遞給制冷劑。隨著熱傳遞的發生，制冷劑蒸發，從低壓液體變為蒸汽，同時過程冷卻劑的溫度降低。
然后制冷劑流向執行多種功能的壓縮機。首先，它從蒸發器中去除制冷劑，并確保蒸發器中的壓力保持足夠低，以正確的速率吸收熱量。其次，它會提高流出的制冷劑蒸汽的壓力，以確保其溫度保持足夠高，以便在到達冷凝器時釋放熱量。制冷劑在冷凝器處恢復為液態。當制冷劑從蒸汽變成液體時釋放的潛熱被冷卻介質(空氣或水)從環境中帶走。
如上所述，兩種不同的冷卻介質(空氣或水)可以促進在制冷劑從蒸汽變為液體時釋放的潛熱的傳遞。因此，冷水機組可以使用兩種不同類型的冷凝器，風冷式和水冷式。
風冷冷凝器類似于冷卻汽車發動機的“散熱器”。他們使用電動鼓風機迫使空氣穿過制冷劑管線網格。除非它們是專門為高環境條件設計的，否則風冷冷凝器需要 95°F (35°C) 或更低的環境溫度才能有效運行。
水冷式冷凝器與風冷式冷凝器的功能相同，但需要兩個步驟才能完成傳熱。首先，熱量從制冷劑蒸氣轉移到冷凝器水中。然后，溫暖的冷凝器水被泵送到冷卻塔，在那里工藝熱量最終被排放到大氣中。
水冷式冷水機組：
水冷式冷水機組具有與冷卻塔相連的水冷冷凝器。它們通常用于供水充足的中型和大型裝置。由于相對獨立于環境溫度的波動，水冷式冷水機可以為商業和工業空調提供更穩定的性能。水冷式冷水機組的尺寸范圍從 20 噸的小型型號到數千噸的型號，可為世界上最大的設施(如機場、購物中心和其他設施)提供冷卻。
典型的水冷式冷水機組使用來自冷卻塔的再循環冷凝水來冷凝制冷劑。水冷式冷水機組包含的制冷劑取決于進入冷凝器的水溫(和流速)，其功能與環境濕球溫度有關。由于濕球溫度始終低于干球溫度，因此水冷式冷水機中的制冷劑冷凝溫度(和壓力)通常會明顯低于風冷式冷水機。因此，水冷式冷水機組可以更有效地運行。
水冷式冷水機通常安裝在室內，遠離自然環境。因此，水冷式冷水機可以提供更長的使用壽命。水冷式冷水機組通常是大型安裝的唯一選擇。與風冷式冷水機組相比，額外的冷卻塔系統將需要額外的安裝費用和維護費用。
風冷式冷水機：
風冷式冷水機組依靠由環境空氣冷卻的冷凝器。因此，風冷式冷水機組可能會在可能存在空間限制的小型或中型安裝中找到常見的應用。在水是稀缺資源的場景中，風冷式冷水機是最實用的選擇。
典型的風冷式冷水機組可以配備螺旋槳風扇或機械制冷循環，以通過翅片盤管吸入環境空氣以冷凝制冷劑。制冷劑蒸汽在風冷冷凝器中的冷凝使熱量能夠傳遞到大氣中。
風冷式冷水機組具有安裝成本低的顯著優勢。與水冷式冷水機相比，由于它們相對簡單，因此維護也更簡單。風冷式冷水機占用的空間較小，但大多位于設施外。因此，戶外元素將損害其功能壽命。
風冷式冷水機組的全包性質降低了維護成本。它們的相對簡單性以及減少的空間需求在許多類型的安裝中產生了巨大的優勢。
提高冷水機系統效率的措施：
冷卻器成本消耗了建筑物水電費的很大一部分。應該采取什么措施來通過冷水機組系統的最大效率來實現節能?讓我們研究一些可能性。
持續維護
通過適當的持續維護，冷水機系統將更有效地運行。大多數組織都認識到這一價值，并已采取措施作為其日常設施管理最佳實踐的一部分。冷卻器系統的一些常見最佳實踐包括：
檢查并清潔冷凝器盤管。傳熱對冷卻器系統有很大影響，并且仍然是實現高效冷卻器運行的基礎。日常維護應檢查冷凝器盤管是否堵塞和空氣流通。
保持制冷劑充注。冷水機的制冷系數取決于系統中適當的制冷劑水平。保持適當的制冷劑充注量可將冷卻成本降低近 5-10%，從而極大地影響能源效率。
保持冷凝器水：與冷卻塔一起使用的冷凝器水回路必須按照設計保持適當的水流。沙子、腐蝕性固體和污染材料等任何碎屑都會影響冷凝器水回路。結垢或結垢會抑制水流并極大地影響冷水機組的運行效率。
預測性維護
人工智能 (AI) 在日常實際應用中不斷進步。諸如冷水機系統之類的機器將受益于 AI 算法，該算法可以在潛在故障發生之前對其進行檢測。預測性維護利用冷卻器系統運行數據的收集和分析來確定在發生災難性故障之前應何時采取維護措施。由于冷卻器系統代表了大多數現代 HVAC 系統的核心，因此預防會導致大量“停機”的災難性故障將節省緊急維修成本和聲譽。冷卻器系統所發揮的關鍵作用需要加強審查。大數據和人工智能將最大限度地減少停機時間并最大限度地提高生產力。
物聯網 (IoT) 提供了數據收集工具，可以啟用預測性維護等 AI 應用程序。事實上，暖通空調的未來是人工智能和物聯網。物聯網可以從冷水機收集實時數據，以對其運行進行持續分析。從冷水機收集的精細物聯網數據將遠遠超出目視檢查獲得的數據。物聯網將建筑工程師與關鍵 HVAC 資產的實時可見性聯系起來，從而實現對實際操作條件的知情監控。
優化
冷水機組作為復雜 HVAC 系統的一部分運行。由于連接到冷卻塔系統，水冷式冷水機組具有更大的復雜性。因此，評估冷水機組的整體性能將涉及分析壓縮機、泵、冷卻塔風扇等的總功耗，以評估綜合效率措施，例如千瓦/噸。
整個冷水機組的優化必須從整體上進行。專注于最佳冷凍水設定點、冷水機組排序和負載平衡、高峰需求管理、冷卻塔水管理等的各種調整只能通過運行數據進行。物聯網可以通過實時監控冷水機組各部分的功耗、冷水機組和冷卻塔的供應/回流溫度、冷凝器水回路的水流量等，為此類優化提供工具。物聯網發現在暖通空調中的實際應用，以促進真正的優化。
結論：
冷水機的運行效率將極大地影響您的建筑運營成本。從設施管理的角度來看，正在進行的日常維護是最低限度的。冷水機組系統的預測性維護和優化需要實時運行數據。物聯網為新形式的冷卻器效率打開了大門。
