在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及全负荷率下可高效运行的多机头螺杆冷水机组，包括压缩机机组、冷凝器、节流装置、蒸发器，其特在下于：压缩机机组由两个或两个以上制冷量不等的压缩机构成；每个压缩机均设有独立的制冷剂环路；在压缩机制冷剂出口方向的制冷剂环路中串接入冷凝器，在冷凝器下游的制冷剂环路中设置节流装置，节流装置下游的制冷剂环路串接入蒸发器，蒸发器下游的制冷剂环路接入压缩机制冷剂入口；冷凝器和蒸发器串接在冷却水环路中，构成冷水机组的冷热交换结构；压缩机机组以70％和/或以上的压缩机使用率为使用率控制压缩机的使用型号和启动数量，构成压缩机的工作能效比控制结构。本实用新型具有提高冷水机组能效比、节约能源的有益效果。
【专利说明】
在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组。属于暖通空 调技术领域。
【背景技术】
[0002] 建筑物空调系统中，空调制冷主机的能耗可以占到空调系统能耗的50 %左右，制 冷主机的节能运行关乎整个空调系统的节能率。
[0003] 由于空调系统在使用过程中，其使用率随环境变化较大，如室内外气温，负荷空间 大小等，因此，空调制冷主机在全天，乃至全年中每个时段或季节所供应的冷量也不断变 化。
[0004] 现有技术中，空调制冷主机的节能应用是解决空调能耗大的一个重要方向，空调 的应用越来越广泛，而在空调使用过程中，由于环境气温和空调负荷空间的变化，使得空调 的供冷量易产生较大变化，冷水机组作为冷量供应核心，其性能和能耗对整个空调主机的 高效运行起及其重要的作用，图3为某厂家制冷主机的C0P(能效比）性能曲线，通过给定冷 却水温，由多台制冷主机多次统计取平均值得到，由图可得，在制冷主机负荷率在80%时能 效比最高，大于70%时较平稳，而低于70%时呈较快下降趋势，因此，为保证制冷主机在全 年或全天不同负荷率下均保持高效运行，需保证单台制冷主机负荷率尽量接近70%以上， 即通过提高压缩机使用率达到提高冷水机组的能效比的目的。
[0005] 传统的多机头螺杆冷水机组，由于其各个制冷机头的制冷剂环路和冷却水环路结 构不合理，并且各制冷机头的制冷量设置为相等，因此存在如下缺陷：（1)在调整空调系统 冷量供应时，调整范围小，使得制冷机头的使用率较低。（2)空调冷水机组能效比低、能耗 大。
[0006] 因此，为保证制冷主机在全年各部分负荷率下均节能运行，需要提供一种全负荷 率高效多机头螺杆冷水机组。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的，是为解决现有的空调冷水机组各压缩机头制冷量相等，存在 压缩机在使用过程中常常处于低负荷率、能效比较低、能耗大等问题，提出一种在全负荷率 下高效运行的多机头螺杆冷水机组。该多机头螺杆冷水机组在不同的空调负荷下保障各个 压缩机头常处于高使用率状态下，具有提高冷水机组能效比、节约能源的特点。
[0008] 本实用新型的目的可通过以下的技术方案达到：
[0009] 全负荷率下可高效运行的多机头螺杆冷水机组，包括压缩机机组、冷凝器、节流装 置、蒸发器，其结构特点在于:所述压缩机机组由两个或两个以上制冷量不等的压缩机构 成;每个压缩机均设有独立的制冷剂环路;在压缩机制冷剂出口方向的制冷剂环路中串接 入冷凝器，在冷凝器下游的制冷剂环路中设置节流装置，节流装置下游的制冷剂环路串接 入蒸发器，蒸发器下游的制冷剂环路接入压缩机制冷剂入口；所述冷凝器和蒸发器串接在 冷却水环路中，冷冻水在冷凝器和蒸发器中串联流动，构成冷水机组的冷热交换结构;所述 压缩机机组以提高压缩机使用率为工作能效分配原则，以70%和/或以上的压缩机使用率 为设定使用率，控制压缩机的使用型号和启动数量，构成在全负荷率下高效运行的多机头 螺杆冷水机组结构。
[0010]进一步的，所述压缩机机组的压缩机数量为二个，大压缩机制冷量占机组总冷量 的66.7%，小压缩机制冷量占机组总冷量的33.3%。
[0011] 进一步的，所述压缩机机组的压缩机数量为三个，大压缩机制冷量占机组总冷量 的50%，中压缩机制冷量占机组总冷量的为30%，小压缩机制冷量占机组总冷量的20%。
[0012] 进一步的，所述压缩机机组中存在能够满足冷量需求的单台压缩机时，能够满足 冷量需求的最小压缩机提供制冷。
[0013] 进一步的，所述压缩机机组的最大制冷量压缩机无法满足冷量供应时，启动两个 或多个小制冷量压缩机提供制冷。
[0014] 进一步的，所述压缩机机组中各个压缩机可独立工作，压缩机机组中至少存在两 种不同制冷量的压缩机。
[0015] 本实用新型具有以下突出的有益效果：
[0016] 1、本实用新型由于采用二台或二台以上制冷量不等的压缩机头构成压缩机组，各 压缩机头的制冷剂出口端依次通过冷凝器、节流装置和蒸发器连接压缩机头的制冷剂进口 端，形成各自独立的制冷剂环路;通过压缩机头与连接冷凝器、节流装置和蒸发器连接构成 冷冻水环路，通过所述串联式冷冻水环路，冷冻水在冷凝器和蒸发器中串联流动，构成多机 头冷水机组的冷热交换结构;将各设定为以提高压缩机头使用率为工作能效分配原则，控 制压缩机头的使用效率为70%和/或以上，构成在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水 机组结构，因此能够解决现有的空调冷水机组在使用过程中常常处于低负荷率、能效比较 低、能耗大等问题，具有提高冷水机组能效比、节约能源的有益效果。
[0017] 2、本实用新型针对多机头螺杆冷水机组，在对应冷水机组冷量的空调冷负荷范围 内，根据压缩机制冷性能以及空调全年负荷率特性，采用大小压缩机搭配的方法，设置不同 冷量的制冷压缩机，并在各种机组负荷下，均由能满足冷量要求的最小压缩机提供制冷，当 最大制冷量压缩机无法满足冷量供应时，由两个或多个小冷量压缩机提供冷量，或大小压 缩机混合使用的方式提供冷量，保证各个压缩机的使用率在70%以上，有效保证各个使用 中的制冷压缩机具有较高的使用率，提高机组在整个供冷周期内的使用效率，具有较高的 能效比，节省空调冷水机组的运行能耗及运行费用。
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型具体实施例1的结构示意图。
[0019] 图2为本实用新型具体实施例2的结构示意图。
[0020] 图3为现有技术的制冷主机给定冷却水温下进行测试的C0P性能曲线图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0022] 具体实施例1:
[0023]参照图1，本实施例包括压缩机机组1、冷凝器2、节流装置3、蒸发器4。所述压缩机 机组1由两个或两个以上制冷量不等的压缩机5构成;每个压缩机5均设有独立的制冷剂环 路6;在压缩机5制冷剂出口方向的制冷剂环路6中串接入冷凝器2，在冷凝器2下游的制冷剂 环路6中设置节流装置3,节流装置3下游的制冷剂环路6串接入蒸发器4,蒸发器4下游的制 冷剂环路6接入压缩机5制冷剂入口；所述冷凝器2和蒸发器4串接在冷却水环路7中，冷冻水 在冷凝器2和蒸发器4中串联流动，构成冷水机组的冷热交换结构;所述压缩机机组1以提高 压缩机5使用率为工作能效分配原则，以70%和/或以上的压缩机5使用率为最佳使用率控 制压缩机5的使用型号和启动数量，构成压缩机5的工作能效比控制结构。
[0024] 本实施例中：
[0025]压缩机机组1的压缩机5数量为二个，大压缩机5制冷量占机组总冷量的66.7%，小 压缩机5制冷量占机组总冷量的33.3% ;压缩机机组1使用时，根据能效分配原则，当压缩机 机组1中存在能够满足冷量需求的单台压缩机时，由能够满足冷量需求的最小压缩机5提供 制冷。机组压缩机5制冷剂环路6设有二条，所述制冷剂环路6供制冷剂在制冷过程中循环流 动，每条环路均由对应的压缩机5制冷剂出口方向延伸串接入冷凝器2,在冷凝器2下游环路 设置节流装置3,节流装置3下游串接蒸发器4,然后各环路接回压缩机5制冷剂入口。
[0026] 压缩机机组1根据环境温度和设定温度来确定需要的制冷量，并启动相应冷量的 压缩机5提供制冷，压缩机5启动后，其对应的制冷剂环路6内制冷剂流动循环，制冷剂在冷 凝器2和蒸发器4之间交换热量，实现室内制冷，室外换热，未启动的压缩机5，其对应的制冷 剂环路6内无制冷剂流动，每个环路中的节流装置3可调节制冷剂流动速率，从而调整制冷 量，制冷过程中，冷凝器2和蒸发器4串接的冷却水环路7中，冷冻水串联流动;本实施例的压 缩机5采用了 2个制冷量不等的压缩机5提供制冷，对比传统的等冷量压缩机5在全负荷率范 围内，具有更尚的使用率。
[0027] 机组制冷时，室内温度随着机组工作时间的增加而变化较大，室内所需冷量也随 着时间的推移而逐渐下降，因此机组的制冷量应自动调整以降低能耗，传统的双压缩机5螺 杆冷水机机组的两个压缩机5冷量比例为1:1，平均分配着机组负荷率。本实施例的双压缩 机5螺杆冷水机组的两个压缩机5冷量比例为2:1，在分配机组的负荷率时，调整空间更大， 本实施例的不同制冷量的双压缩机5螺杆冷水机组和现有技术的双压缩机5螺杆冷水机组 在不同机组负荷率下各压缩机5使用率做了详细对比，具体参照下表1:
[0028] 表 1
[0029]
[0030] 由表1可知，当机组负荷率在5 % -33.3 %时（<5 %时按不开启机组考虑），由小压 缩机5提供冷量；当机组负荷率在33.3 % -66.7 %时，由大压缩机5提供冷量；当所需冷量落 在66.7%_100%时，由大压缩机5和小压缩机5同时提供冷量。而现有技术的双压缩机5螺杆 冷水机组的运行方式是，当机组负荷率在50%以下的时候启动一个压缩机5，当机组负荷率 大于50%时启动两个压缩机5。在5%-100%的机组负荷率区间内，本实施例中的双压缩机5 螺杆冷水机组和现有技术的双压缩机5螺杆冷水机组的各个压缩机5使用率存在较大差异， 下面具体比较两种机组的全部压缩机5使用率：
[0031] 由表1可得，在机组5 %-33.33 %和机组50-66.67 %负荷率区间内（负荷率区间长 度为(33.33%-5% ) + (66.67%-50% ) = 45% )，本实施例的双压缩机5螺杆冷水机组的各压 缩机5使用率均明显高于常规双压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5使用率;在66.67 %负荷率 以上，两种机组各压缩机5使用率相等；在机组33.33-50%负荷率下（负荷率区间长度为 50 %-33.33 % = 16.67 % )，本实施例的双压缩机5螺杆冷水机组的各压缩机5使用率略低于 常规双压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5使用率。通过数据对比可以得到，在机组冷量范围 内，本实施例的双压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5使用率总体上是要远高于常规等冷量双 压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5使用率。
[0032] 具体实施例2:
[0033] 参照图2,本实施例和上述实施例的区别在于，压缩机机组1的压缩机5数量为三 个，大压缩机5制冷量占机组总冷量的50%，中压缩机5制冷量占机组总冷量的为30%，小压 缩机5制冷量占机组总冷量的20%;机组压缩机5制冷剂环路6设有三条，三条环路分别串接 入冷凝器2，并在冷凝器2下游环路设置节流装置3，节流装置3下游串接蒸发器4，然后各环 路接回压缩机5制冷剂入口。
[0034] 压缩机机组1根据环境温度和设定温度来确定需要的制冷量，并启动相应冷量的 压缩机5提供制冷，压缩机5启动后，其对应的制冷剂环路6内制冷剂流动循环，制冷剂在冷 凝器2和蒸发器4之间交换热量，实现室内制冷，室外换热，未启动的压缩机5，其对应的制冷 剂环路6内无制冷剂流动，每个环路中的节流装置3可调节制冷剂流动速率，从而调整制冷 量，制冷过程中，冷凝器2和蒸发器4串接的冷却水环路7中，冷冻水串联流动;本实施例的压 缩机5采用了三个制冷量不等的压缩机5提供制冷，因此压缩机5使用方案更多，确保压缩机 5高使用率的调节区间更大。
[0035]传统的三压缩机5螺杆冷水机组的压缩机5冷量比例为1:1:1，每个压缩机5制冷量 占机组负荷率的33.3%。本实施例的三压缩机5螺杆冷水机组的三个压缩机5冷量比例为5: 3:2，大、中、小三压缩机5占机组负荷率分别为50 %、30 %和20 %，在机组各负荷率下，压缩 机5可选择启动类型或压缩机5启用方案更多，调整空间更大，本实施例的不同制冷量的三 压缩机5螺杆冷水机组和现有技术的三压缩机5螺杆冷水机组在不同机组负荷率下各压缩 机5使用率做了详细对比，具体参照表2:
[0036] 表2
[0037]
[0038]由表2可知，当机组负荷率在5%_20%时（<5%时按不开启机组考虑），由小压缩 机5提供冷量；当机组负荷率在20 % -30 %时由中压缩机5提供冷量；当机组负荷率在30 % -50 %时，由大压缩机5提供冷量；当机组负荷率在50 %-70 %时，由大压缩机5和小压缩机5同 时提供冷量;当机组负荷率在在70 % -100 %时，由大、中和小压缩机5同时提供冷量。在5 % -100%的机组负荷率区间内，本实施例中的三压缩机5螺杆冷水机组和现有技术的三压缩机 5螺杆冷水机组的各个压缩机5使用率存在较大差异，下面具体比较两种机组的全部压缩机 5使用率：
[0039] 由表2可得，机组在5%-30%、33.33-50%和66.67-70%负荷率区间内（负荷率区 间长度为（3〇%- 5%)+(5〇%-33.33%)+(7〇%_ 66.67%)=45%)，本实施例的三压缩机5螺 杆冷水机组的各压缩机5运行负荷率均明显高于现有的技术的三压缩机5螺杆冷水机组各 压缩机5运行负荷率;在70 %负荷率以上，两种机组各压缩机5运行负荷率相等;在机组30-33.33%负荷率和机组50-66.67%负荷率区间内（负荷率区间长度为（33.33%-30%) + (66.67%-50% ) = 20% )，本实施例的三压缩机5螺杆冷水机组的各压缩机5运行负荷率低 于现有技术的三压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5;但在50-66.67 %负荷率区间内，两者各 压缩机5运行负荷率相差很小，而30-33.33 %负荷率区间很小。因此可得在机组冷量范围 内，本实施例的三压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5运行负荷率总体上是要大大高于现有技 术的三压缩机5螺杆冷水机组各压缩机5运行负荷率。
[0040] 其他实施例：
[0041] 本实用新型除了可用多种不等制冷量的压缩机5构成压缩机机组1，也可以采用仅 两种不同制冷量的压缩机5构成多压缩机机组1，机组中各台压缩机5可独立工作。本实施例 由两种制冷量压缩机5构成的多压缩机机组1，在低冷量需求时同样是能够满足冷量需求的 最小压缩机5提供制冷，当压缩机5中最大制冷量的压缩机5无法满足冷量供应时，优先使用 两台或多台小制冷量的压缩机5提供制冷，此种方案在可提尚各个压缩机5的使用率，提尚 机组能效比。
[0042] 在多机头螺杆冷水机组中设有两种类型的压缩机5,同类型的压缩机5其冷量比例 相等，两种压缩机5的冷量比例由机组冷负荷、压缩机5性能和数量确定;机组工作时，按能 满足冷量需求的最小压缩机5提供制冷的规则运行，当冷量需求较大时，优先使用多个小压 缩机5供冷，若多个小压缩机5供冷时无法达到平均各个压缩机570%以上的使用率，侧改用 大、小压缩机5混合供冷，确保在各个机组负荷率下各个使用中的压缩机5使用率保持较高 水平。
[0043] 上面结合附图和实施例对本实用新型一种全负荷率下可高效运行的多机头螺杆 冷水机组作了进一步的详细说明，但本实用新型并不限于上述实施例，在不脱离本实用新 型构思下做出的各种替换或变形，均属于本实用新型要求保护的范围。
【主权项】
1. 在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，包括压缩机组（1)、冷凝器(2)、节流 装置(3)和蒸发器(4)，其特征在于:所述压缩机组（1)由二台或二台以上制冷量不等的压缩 机头(5)构成，各压缩机头(5)通过连接冷凝器(2)、节流装置(3)和蒸发器(4)构成独立的制 冷剂环路(6);即各压缩机头(5)的制冷剂出口端依次通过冷凝器(2)、节流装置(3)和蒸发 器(4)连接压缩机头(5)的制冷剂进口端，形成各自独立的制冷剂环路(6);与所述制冷剂环 路(6)对应，通过压缩机头(5)与连接冷凝器(2)、节流装置(3)和蒸发器(4)连接构成冷冻水 环路(7)，即在冷凝器(2)中设有冷却水进水口和冷却水出水口，在蒸发器(4)中设有冷冻水 进水口和冷冻水出水口，所述冷却水进水口串接冷冻水出水口，冷却水出水口串接冷冻水 进水口，形成串联式冷冻水环路(7);通过所述串联式冷冻水环路(7)，冷冻水在冷凝器(2) 和蒸发器(4)中串联流动，构成多机头冷水机组的冷热交换结构；以70%和/或以上的压缩 机使用率为设定使用率，控制压缩机的使用型号和启动数量，构成在全负荷率下高效运行 的多机头螺杆冷水机组结构。2. 如权利要求1所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:所 述压缩机机组（1)的压缩机头(5)数量为二台，大压缩机头(5-1)的制冷剂出口端依次通过 冷凝器(2)、大节流装置(3-1)和蒸发器(4)连接大压缩机头(5-1)的制冷剂进口端，形成大 制冷剂环路(6-1)，小压缩机头(5-2)的制冷剂出口端依次通过冷凝器(2)、小节流装置(3- 2) 和蒸发器(4)连接小压缩机头(5-2)的制冷剂进口端，形成小制冷剂环路(6-1)。3. 如权利要求2所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:大 压缩机头(5-1)的制冷量占机组总冷量的66.7 %，小压缩机头(5-2)制冷量占机组总冷量的 33.3%〇4. 如权利要求1所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:所 述压缩机机组（1)的压缩机头(5)数量为三台，大压缩机头(5-1)的制冷剂出口端依次通过 冷凝器(2)、大节流装置(3-1)和蒸发器(4)连接大压缩机头(5-1)的制冷剂进口端，形成大 制冷剂环路(6-1)，中压缩机头(5-3)的制冷剂出口端依次通过冷凝器(2)、中节流装置(3- 3) 和蒸发器(4)连接中压缩机头(5-3)的制冷剂进口端，形成中制冷剂环路(6-3)，小压缩机 头(5-2)的制冷剂出口端依次通过冷凝器(2)、小节流装置(3-2)和蒸发器(4)连接小压缩机 头(5-2)的制冷剂进口端，形成小制冷剂环路(6-1)。5. 如权利要求4所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:大 压缩机头（5)制冷量占机组总冷量的50 %，中压缩机头（5-3)制冷量占机组总冷量的为 30%，小压缩机头(5)制冷量占机组总冷量的20%。6. 如权利要求2或4所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在 于:在冷凝器(2)中设有冷却水进水口（ 2-1)和冷却水出水口（ 2-2 )，在蒸发器(4)中设有冷 冻水进水口（4-1)和冷冻水出水口（4-2)，所述冷却水进水口（2-1)串接冷冻水出水口（4-2)，冷却水出水口（2-2)串接冷冻水进水口（4-1 )，形成串联式冷冻水环路(7);通过所述串 联式冷冻水环路(7)，冷冻水在冷凝器(2)和蒸发器(4)中串联流动，构成多机头冷水机组的 冷热交换结构。7. 如权利要求1所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:所 述压缩机机组(1)中存在能够满足冷量需求的单台压缩机头(5)时，能够满足冷量需求的最 小压缩机头(5)提供制冷。8.如权利要求1所述的在全负荷率下高效运行的多机头螺杆冷水机组，其特征在于:所 述压缩机机组（1)中各个压缩机头(5)可独立工作，当最大制冷量压缩机头(5)无法满足系 统的冷量供应时，启动两个或多个小制冷量压缩机头(5)提供制冷。
【文档编号】F25B1/047GK205505470SQ201620252648
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】屈国伦, 谭海阳
【申请人】广州市设计院