螺杆式制冷压缩机的经济效果(即能效比高、运行成本低)受工况参数、负载率、系统匹配及维护状态等多重因素影响,其最佳经济效果通常出现在以下条件下:
一、工况参数处于 “高效区间”
螺杆式压缩机的功耗与蒸发温度和冷凝温度直接相关,二者通过影响压缩比(冷凝压力 / 蒸发压力)决定能耗:
蒸发温度较高时:在制冷量需求固定的情况下,蒸发温度升高(如从 - 15℃升至 - 5℃)会降低制冷剂的吸气比容,减少压缩机的吸气量需求,同时压缩比减小,单位制冷量的功耗显著下降。
冷凝温度较低时:冷凝温度降低(如从 40℃降至 30℃)会降低冷凝压力,压缩过程的终了压力降低,压缩功减少。例如,水冷式冷凝器若冷却水温度较低(如地下水或冷却塔效率高),或风冷式冷凝器处于低温环境(如春秋季),均能降低冷凝温度,提升经济性。
结论:当蒸发温度尽可能高(接近设计工况的上限)、冷凝温度尽可能低(接近设计工况的下限),且两者形成的压缩比在 3-5 之间(不同型号略有差异)时,压缩机的能效比(COP)最高。
二、负载率处于 “最佳区间”
螺杆式制冷压缩机的能效并非随负载率升高而单调递增,其最佳负载率通常在70%-90% 之间:
满负荷(100% 负载)时:虽然制冷量最大,但电机、转子啮合等机械损耗占比上升,且喷油冷却、油气分离等辅助系统的能耗占比相对增加,能效反而略降。
低负载(<50%)时:压缩机吸气量减少,制冷剂节流损失占比升高,同时部分型号的卸载机构(如滑阀)在低负载下会增加内部泄漏,导致能效下降。
中高负载(70%-90%)时:转子啮合效率高,辅助系统能耗占比低,且制冷剂循环更稳定,单位功耗对应的制冷量达到峰值。
举例:某螺杆机在 80% 负载时,COP(制冷量 / 功耗)可能比满负荷高 5%-10%,比 50% 负载高 15%-20%。
三、制冷剂与系统循环匹配合理
制冷剂类型适配:使用与压缩机设计匹配的制冷剂(如 R22、R134a、R410A 等),可减少流动阻力和节流损失。例如,螺杆机对非共沸混合制冷剂(如 R407C)的适应性较好,在相变过程中温度滑移小,能减少换热温差损失。
制冷剂充注量与流速适宜:充注量过多会导致冷凝压力升高,过少则蒸发压力降低,均会增加功耗;同时,制冷剂在蒸发器和冷凝器中的流速需匹配(如蒸发器内流速 1.5-3m/s),避免换热不良。
四、油冷却与润滑系统状态良好
螺杆机依赖喷油冷却降低压缩排气温度、减少摩擦损耗,其经济效果与油系统状态直接相关:
油温控制合理:排气温度过高(如超过 100℃)会导致油黏度下降、润滑不良;温度过低(如低于 40℃)则油黏度太高,增加流动阻力。通常油温控制在 50-70℃时,油的冷却和润滑效果最佳。
油质清洁、无变质:油中若混入杂质或制冷剂分解物,会导致油膜强度下降、换热器结垢,增加功耗。定期更换油和油滤(如每运行 2000 小时)可维持油系统效率。
五、系统无泄漏、换热器清洁
无制冷剂泄漏:泄漏会导致系统制冷剂不足,蒸发压力降低、压缩比升高,功耗激增(如泄漏 10% 可能导致能耗增加 20% 以上)。
换热器换热效率高:蒸发器和冷凝器的换热表面若积灰、结垢(如冷凝器水垢厚度超过 0.5mm),会导致传热系数下降 30% 以上,迫使压缩机在更高压力下运行。定期清洗(如每年化学清洗冷凝器)可维持换热效率。
总结
螺杆式制冷压缩机的最佳经济效果,通常出现在蒸发温度较高、冷凝温度较低,负载率 70%-90%,制冷剂匹配合理,油系统状态良好,且换热器清洁无泄漏的综合条件下。例如:春秋季环境温度适宜(冷凝温度 30℃左右)、制冷需求中等(非峰值负荷),且系统经定期维护时,其运行成本可降至最低。