冷水機

　　是一種通過蒸汽壓縮或吸收式制冷循環(huán)從液體中去除熱量的機器。蒸汽壓縮式冷水機組包括蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的 4 個主要組件(壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和某種形式的計量裝置)。這些機器可以使用多種制冷劑。吸附式冷水機以市政用水為制冷劑，良性硅膠為干燥劑。吸收式制冷機以水為制冷劑，依靠水與溴化鋰溶液的強親和力達到制冷效果。大多數(shù)情況下，純水是冷凍的，但這種水也可能含有一定比例的乙二醇和/或腐蝕抑制劑;其他流體(如稀油)也可以冷卻。

　　在空調(diào)中使用

　　在空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水通常被分配到熱交換器或，在空氣處理單元或其他類型的終端設(shè)備中冷卻各自空間中的空氣，然后冷凍水被再循環(huán)。到冷卻器再次冷卻。這些冷卻盤管將空氣中的顯熱和潛熱傳遞給冷凍水，從而冷卻并通常為空氣流除濕。用于空調(diào)應(yīng)用的典型冷水機組的額定功率在 15 至 1500 噸(180,000 至 18,000,000BTU/h 或 53 至 5,300kW)之間) 的冷卻能力。冷凍水溫度范圍為 35 至 45 華氏度或 1.5 至 7 攝氏度，具體取決于應(yīng)用要求。

　　在工業(yè)中使用

　　在工業(yè)應(yīng)用中，來自冷卻器的冷凍水或其他液體被泵送通過工藝或?qū)嶒炇以O(shè)備。工業(yè)冷水機用于各種行業(yè)的產(chǎn)品、機械和工廠機械的受控冷卻。它們通常用于塑料工業(yè)的注塑和吹塑、金屬加工切削油、焊接設(shè)備、壓鑄和機床、化學(xué)加工、藥物配方、食品和飲料加工、造紙和水泥加工、真空系統(tǒng)、X-射線衍射、電源和發(fā)電站、分析設(shè)備、半導(dǎo)體、壓縮空氣和氣體冷卻。它們還用于冷卻 MRI 機器和激光等高熱專業(yè)物品，以及醫(yī)院、酒店和校園。

　　工業(yè)應(yīng)用的冷水機可以是集中式的，每個冷水機滿足多種冷卻需求，也可以是分散的，每個應(yīng)用或機器都有自己的冷水機。每種方法都有其優(yōu)點。中央冷卻器和分散式冷卻器的組合也是可能的，特別是如果某些應(yīng)用或使用點的冷卻要求相同，但不是全部。

　　分散式冷水機通常體積較小(冷卻能力)，通常在 0.2 噸到 10 噸之間。中央冷卻器的容量通常從十噸到數(shù)百或數(shù)千噸不等。

　　冷凍水用于中大型商業(yè)、工業(yè)和機構(gòu) (CII) 設(shè)施中的空氣冷卻和除濕。冷水機組可以是水冷、風冷或蒸發(fā)冷卻。水冷式冷水機結(jié)合使用冷卻塔，與風冷式冷水機相比，可提高冷水機的熱力學(xué)效率。這是由于在或接近空氣的濕球溫度而不是更高的，有時甚至更高的干球溫度時排熱。蒸發(fā)冷卻式冷水機組的效率高于風冷式，但低于水冷式。

　　水冷式冷水機組通常用于室內(nèi)安裝和運行，由單獨的冷凝器水回路冷卻，并連接到室外冷卻塔以將熱量排放到大氣中。

　　風冷和蒸發(fā)冷卻的冷水機組適用于室外安裝和操作。空氣冷卻機器由環(huán)境空氣直接冷卻，環(huán)境空氣直接通過機器的冷凝器盤管進行機械循環(huán)，以將熱量排放到大氣中。蒸發(fā)冷卻的機器是類似的，除了它們在冷凝器盤管上噴灑水霧以幫助冷凝器冷卻，使機器比傳統(tǒng)的風冷機器更高效。這些類型的整裝空氣冷卻或蒸發(fā)冷卻冷卻器通常不需要遠程冷卻塔。

　　在可用的情況下，附近水體中隨時可用的冷水可直接用于冷卻，或更換或補充冷卻塔。該深層湖水冷卻系統(tǒng)在多倫多，加拿大，就是一個例子。它免除了對冷卻塔的需求，顯著減少了碳排放和能源消耗。它使用冷湖水來冷卻冷卻器，而冷卻器又通過區(qū)域冷卻來冷卻城市建筑系統(tǒng)。回水用于加熱城市的飲用水供應(yīng)，這在這種寒冷的氣候中是可取的。每當冷卻器的排熱可用于生產(chǎn)目的時，除了冷卻功能外，還可以實現(xiàn)非常高的熱效率。

　　蒸汽壓縮式冷水機組技術(shù)

　　蒸汽壓縮式冷水機組中使用的壓縮機基本上有四種不同類型：往復(fù)壓縮、渦旋壓縮、螺桿驅(qū)動壓縮和離心壓縮都是可以由電動機、蒸汽或燃氣輪機提供動力的機械機器。它們通過“逆朗肯”循環(huán)(也稱為“蒸汽壓縮”)產(chǎn)生冷卻效果。對于蒸發(fā)冷卻排熱，它們的性能系數(shù) (COP) 非常高，通常為 4.0 或更高。

　　近年來，變速驅(qū)動 (VSD) 技術(shù)的應(yīng)用提高了蒸汽壓縮式冷水機組的效率。第一個 VSD 在 1970 年代后期應(yīng)用于離心壓縮機冷卻器，隨著能源成本的增加，它已成為常態(tài)。現(xiàn)在，VSD 正應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)螺桿和渦旋技術(shù)壓縮機。

　　吸附技術(shù)的工作原理

　　吸附式制冷機由熱水驅(qū)動。這種熱水可能來自任何數(shù)量的工業(yè)來源，包括來自工業(yè)過程的廢熱、來自太陽能熱裝置的原熱或來自活塞發(fā)動機或渦輪機的排氣或水套熱量。

　　吸附原理是基于氣體和固體的相互作用。通過吸附冷卻，固體和氣體之間的分子相互作用使氣體被吸附到固體中。冷水機的吸附室填充有固體材料硅膠，無需運動部件并消除與這些運動部件相關(guān)的噪音。硅膠創(chuàng)造了一個極低的濕度條件，導(dǎo)致水制冷劑在低溫下蒸發(fā)。當水在蒸發(fā)器中蒸發(fā)時，它會冷卻冷凍水。

　　使用良性硅膠干燥劑可使吸附式冷水機的維護成本和運行成本保持在較低水平。

　　吸收技術(shù)的工作原理

　　吸收式制冷機的熱力循環(huán)由熱源驅(qū)動;這些熱量通常通過蒸汽、熱水或燃燒傳送到冷卻器。與電動冷水機相比，它們的電力要求非常低——溶液泵和制冷劑泵的總消耗量很少超過 15 kW。然而，它們的熱輸入要求很大，它們的COP通常在0.5(單效)到1.0(雙效)之間。對于相同的噸位容量，它們需要比蒸汽壓縮式冷水機大得多的冷卻塔。然而，從能源效率的角度來看，吸收式制冷機在廉價、優(yōu)質(zhì)熱或廢熱容易獲得的地方表現(xiàn)出色。在陽光充足的氣候下，太陽能已被用于操作吸收式制冷機。

　　單效吸收循環(huán)以水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。正是這兩種物質(zhì)彼此之間的強親和力使循環(huán)起作用。整個過程幾乎在完全真空中進行。

　　1. 溶液泵——稀釋的溴化鋰溶液被收集在吸收器殼的底部。從這里開始，密封溶液泵將溶液移動通過殼管式換熱器進行預(yù)熱。

　　2. 發(fā)生器——離開換熱器后，稀溶液進入上殼。該解決方案圍繞著一束輸送蒸汽或熱水的管子。蒸汽或熱水將熱量傳遞到稀溴化鋰溶液池中。溶液沸騰，將制冷劑蒸氣向上送入冷凝器并留下濃縮的溴化鋰。濃縮的溴化鋰溶液向下移動到熱交換器，在那里它被泵入發(fā)生器的弱溶液冷卻。

　　3. 冷凝器——制冷劑蒸汽通過除霧器遷移到冷凝器管束。制冷劑蒸氣冷凝在管子上。熱量被通過管子內(nèi)部流動的冷卻水帶走。當制冷劑冷凝時，它會聚集在冷凝器底部的槽中。

　　4. 蒸發(fā)器——制冷劑液體從上殼的冷凝器向下移動到下殼的蒸發(fā)器，并噴灑在蒸發(fā)器管束上。由于下殼的極端真空 [6 毫米汞柱 (0.8 kPa) 絕對壓力]，制冷劑液體在大約 39°F (3.9°C) 時沸騰，產(chǎn)生制冷劑效應(yīng)。(這種真空是由吸濕作用產(chǎn)生的 - 溴化鋰對水的強親和力 - 在下面的吸收器中。)

　　5.吸收器——當制冷劑蒸氣從蒸發(fā)器遷移到吸收器時，來自發(fā)生器的強溴化鋰溶液噴灑在吸收器管束的頂部。強烈的溴化鋰溶液實際上將制冷劑蒸汽吸入溶液，在蒸發(fā)器中產(chǎn)生極端真空。制冷劑蒸氣吸收到溴化鋰溶液中也會產(chǎn)生熱量，這些熱量被冷卻水帶走。現(xiàn)在稀釋的溴化鋰溶液收集在下殼的底部，在那里向下流到溶液泵。冷卻循環(huán)現(xiàn)已完成，該過程再次開始。

　　工業(yè)冷水機技術(shù)

　　工業(yè)冷水機通常是完整的封裝閉環(huán)系統(tǒng)，包括冷水機組、冷凝器和帶循環(huán)泵、膨脹閥、無流量停機、內(nèi)部冷水箱和溫度控制的泵站。內(nèi)部水箱有助于保持冷水溫度并防止出現(xiàn)溫度峰值。閉環(huán)工業(yè)冷水機在恒定溫度和壓力下循環(huán)使用清潔冷卻劑或清潔水和條件添加劑，以提高水冷機器和儀器的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。水從冷卻器流到應(yīng)用程序的使用點并返回。

　　如果入口和出口之間的水溫差很大，那么將使用一個大的外部水箱來儲存冷水。在這種情況下，冷凍水不會直接從冷水機進入應(yīng)用程序，而是進入作為“溫度緩沖器”的外部水箱。冷水箱比內(nèi)部水箱大很多。冷水從外部水箱流向應(yīng)用程序，從應(yīng)用程序返回的熱水返回外部水箱，而不是冷卻器。

　　不太常見的開環(huán)工業(yè)冷水機通過不斷地再循環(huán)來控制開式水箱或集水槽中液體的溫度。液體從水箱中抽出，通過冷卻器泵送回水箱。一個可調(diào)節(jié)的恒溫器感應(yīng)補充液的溫度，使冷卻器循環(huán)以保持罐中的溫度恒定。

　　工業(yè)冷水機的最新發(fā)展之一是使用水冷而不是風冷。在這種情況下，冷凝器不使用環(huán)境空氣冷卻熱制冷劑，而是使用由冷卻塔冷卻的水。由于水基冷凝器的表面積小且沒有風扇，這一發(fā)展使得能源需求減少了 15% 以上，并且還允許顯著減小冷卻器的尺寸。此外，沒有風扇可以顯著降低噪音水平。

　　大多數(shù)工業(yè)冷水機使用制冷作為冷卻介質(zhì)，但有些依靠更簡單的技術(shù)，例如空氣或水流過包含冷卻劑的盤管來調(diào)節(jié)溫度。水是過程冷卻器中最常用的冷卻劑，盡管經(jīng)常使用冷卻劑混合物(主要是水和冷卻劑添加劑以增強散熱)。

　　工業(yè)冷水機選擇

　　搜索工業(yè)冷水機時要考慮的重要規(guī)格包括總生命周期成本、電源、冷水機 IP 等級、冷水機冷卻能力、蒸發(fā)器容量、蒸發(fā)器材料、蒸發(fā)器類型、冷凝器材料、冷凝器容量、環(huán)境溫度、電機風扇類型、噪音水平、內(nèi)部管道材料、壓縮機數(shù)量、壓縮機類型、冰箱回路數(shù)量、冷卻劑要求、流體排放溫度和 COP(以 RT 為單位的冷卻能力與整個冷水機消耗的能量之比，以 KW 為單位)。對于中型到大型冷卻器，該值應(yīng)在 3.5-7.0 之間，值越高意味著效率越高。冷卻器效率通常以千瓦/制冷噸(kW/RT) 為單位指定。

　　需要重點考慮的過程泵規(guī)格包括過程流量、過程壓力、泵材料、彈性體和機械軸密封材料、電機電壓、電機電氣等級、電機 IP 等級和泵等級。如果冷水溫度低于-5°C，則需要使用特殊的泵才能泵出高濃度的乙二醇。其他重要規(guī)格包括內(nèi)部水箱尺寸和材料以及滿載電流。

　　在工業(yè)冷水機之間進行選擇時應(yīng)考慮的控制面板功能包括本地控制面板、遠程控制面板、故障指示器、溫度指示器和壓力指示器。

　　附加功能包括緊急警報、熱氣旁路、城市供水切換和腳輪。

　　制冷劑

　　蒸汽壓縮式制冷機在內(nèi)部使用制冷劑作為其工作流體。有多種制冷劑可供選擇;選擇冷水機時，需要匹配應(yīng)用的冷卻溫度要求和制冷劑的冷卻特性。需要考慮的重要參數(shù)是工作溫度和壓力。

　　有幾個環(huán)境因素與制冷劑有關(guān)，也會影響未來冷水機應(yīng)用的可用性。這是間歇性應(yīng)用的一個關(guān)鍵考慮因素，其中大型冷水機可能會持續(xù) 25 年或更長時間。需要考慮制冷劑的臭氧消耗潛勢(ODP) 和全球變暖潛勢(GWP)。一些更常見的蒸汽壓縮制冷劑的 ODP 和 GWP 數(shù)據(jù)：