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复盛制冷螺杆压缩机应用于机组IPLV之节能效益提升

原创 李侑庭 2023-01-06
  国标公共建筑节能设计标准给出制冷、制热机组综合部份负荷系数(IPLV),针对目前制冷及热泵设备并非长时间以全载状态运行,为了能够实际反应机组运行能效,美国暖通空调工程师学会提出综合部份系数(IPLV)的概念,以衡量机组部份负荷下之能效。
  国标综合部份能效系数(IPLV)的计算公式如下:
  A —— 100%负荷时的性能系数, kW / kW
  B—— 75%负荷时的性能系数, kW / kW
  C—— 50%负荷时的性能系数, kW / kW
  D—— 25%负荷时的性能系数, kW / kW
  为满足综合部份负荷能效要求,复盛压缩机针对市场需求开发变频电机可变容积比压缩机及冷热双效应用,推出容调、容积比可调定频螺杆压缩机,以满足制冷制热双效应用。
  螺杆压缩机运行范围基本以客户使用工况给定如图1运转范围图,以满足客户各种温度需求应用,一般运用主要以全载运行能效为主要考量,由IPLV计算公式权重系数,实际机组运行要求主要以75%、50%运行权重占比41.5%、46.1%,近九成以部份负荷。
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  而一般螺杆压缩机使用定Vi滑阀以客户长期运行蒸发冷凝温度给定,主要考虑全载工况为主,复盛压缩机为满足实际制冷、制热需求,考虑部份负荷运行占比,开发机组专用提高IPLV系数压缩机。
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  制冷、制热系统配置在四大元件中运转压焓图(图2),螺杆机Vi必须满足内建压比与外建压比相等的情况下,压缩机能耗始能达到最低能耗,整体机组能耗COP能够达到最佳化状态,而当压缩机运行发生过压缩或不足压缩情形,皆会使运行耗功增加,无法达到节能省电功效,亦会使终端用户需额外负担多余电费,在环保及能耗方面,无法满足节能趋势。
  因此,从降低能耗及节能为目标,复盛从压缩机角度出发,以运转范围分析,压缩机运行需满足下列使用条件进行:
  1.满足部份负载及全载运行时,最佳耗功运行
  2.满足压缩机内建容积比等于机组系统外建容积比
  3.可配合部份负荷与全载状态下,依然达到最佳运行COP
  4.最低压差下,压缩机运行不受压差限制,供油正常。
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  由上述条件分析,新一代复盛IPLV系列压缩机具有四段Vi调节模式(如图3),针对目前定频压缩机与复盛IPLV系列应用于水冷机能效进行相关测试数据(表1及表2)比对如下
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  以定频螺杆压缩机能效比,与变频变Vi压缩机能效比(如图4)参照GB18430.2-2016测试要求,复盛IPLV系列对于部份负荷能效以水冷机组计算系数为9.06,参照GB19577-2015能效标准能达到一级能效要求,显示能效标准部份负荷能力,与变Vi搭配,可以有效提升部份负荷COP,综合部份能效系数优于定Vi螺杆压缩机。
  由表一传统螺杆压缩机仅能以固定Vi在全载运行下,达到最佳能效比,于部份负载藉由滑阀移动,排气以轴承座蝴蝶口进行排气,故在部份负荷下,与复盛IPLV系列压缩机变Vi调节能效比较,复盛IPLV系列压缩机能使综合部份能效达到最佳化。
  复盛IPLV系列控制逻辑如图5:
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  复盛IPLV系列螺杆机控制逻辑以外建压力换算外建Vi值,给与控制器,给出讯号使IPLV压缩机滑阀移动至最佳内建Vi位置,使压缩机内建Vi等于系统外建Vi,使压缩机能耗达到最佳化;Vi最佳位置藉由滑阀指示器(图6),使滑阀移动至最佳位置,如下示意图,可进行Vi控制在1.7~3.5无段Vi控制,容调控制由变频器进行最低运行频率20Hz,最高可达80Hz。
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  对于提升部份负荷能效,复盛制冷压缩机喷油机构亦能有效提升螺杆压缩机部份负荷能效,特殊喷油结构设计减少泄露三角形,以提高螺杆机部份负荷能效(如图7)。
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  滑阀于不同外建Vi时,滑阀移动至该运行工况最佳位置,复盛螺杆机利用特殊喷油机构可以减少螺杆齿间泄露三角形,提高螺杆机部份负荷能效。 
  复盛压缩机从冷热双效角度改良传统螺杆机全载运行能效,有鉴于客户应用单制热、或单制冷需求仅能限定使用单一Vi,对于仅能满足某一条件下使用,开发多Vi可调且应用于定频电机带容调压缩机,如图8。
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  压缩机启动为部份负荷状态,加载后至满负荷状态,如图9,传统螺杆机仅能以单一容积比进行全载运行,此时滑阀处于该运行工况最佳容积比位置,复盛IPLV系列于切换冷热应用上,设计多种Vi控制模式。
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  以R134a制冷剂运行举例,如图10,滑阀虚线位置为滑阀排气容积比处于水冷机容积比位置,适宜用在夏天制冷状态,容积比为2.7,当需求制热工况,滑阀可以调整至容积比Vi=3.5位置,滑阀移动在全载运行工况可调整2.7及3.5两种容积比,藉由冷热不同需求设计时,提供不同容积比应用。
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  复盛全载设计多种Vi控制模式,以满足冬天制热及夏天制冷需求,且保留传统螺杆机容调设计,定频星三角启动模式,使冷热机组设计能同时纳入应用。
  从节能省电的的效益上,螺杆压缩机变容积比滑阀应用,为满足实际机组能效,克服传统单一滑阀容积比仅局限制热或制冷应用,复盛IPLV系列螺杆压缩机达到高效节能效益,使单段螺杆压缩机应用更为广泛。
来源:《制冷商情》 | 编审:贾晓晓
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