课题背景

随着国民经济的蓬勃发展，人民生活水平的不断提高，各种类型建筑的集中空调系统也越来越多，从事空调制冷的生产、管理人员迅速增加。只要有集中空调系统，就离不开冷水机组。冷水机组是工业民用建筑和体育馆、会堂、剧院、影院、各种娱乐场所等公共建筑集中空调系统中的主要设备，用来提供空调和生产工艺所需的冷水，一般冷水供水的温度为7#176;C,回水温度为12#176;C；添加乙二醇溶液后，可以制取5～-30#176;C的冷水，供生产工艺使用。

冷水机组就是将压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、控制器件、仪器仪表组装在一个整体钢架上，外部只需接上冷水管、冷却水管路系统和电源即可使用。冷水系统与末端设备（风机盘管、组合式空调器、吊顶式空调机组、柜式空调等）、冬季增设热源和换热设备，综合在一起组成集中空调系统，给人们创造一个冬夏舒适的工作、生活环境，也为安全、规范生产提供有利的温度、湿度保障^[1]。

冷水机组已有100多年的历史，技术成熟，在中央空调系统中使用最为普遍。水冷机组的发展离不开制冷剂和压缩机的发展。1805年，Oliver Evans最早提出了再封闭循环中使用挥发性流体将水冷冻成冰的思路。1842年，Richard Trevithick首先提出了空气制冷循环的设想，但未建成此装置。1834年，居住在伦敦的美国人Jacob Perkins研制成功采用挥发性液体乙醚（R610）作为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置，并获得英国专利（6662号）。之后，人们又提出并实现了用二氧化碳、氨、二氧化硫、甲基氯等作为制冷剂的制冷循环系统，在这些天然制冷剂中，氨和二氧化碳较为理想，但工作压力非常高，而氨具有毒性且在一定条件下可燃，至于二氧化碳则比氨更具毒性。由于缺乏理想制冷剂，人工制冷的发展在20世纪初受到很大限制。直到1931年，含氟化合物实现了工业化生产，从而揭开了制冷剂和制冷行业发展得新篇章。然而由于含氟化合物对大气臭氧层破坏严重，CFCs（含氯氟烃）和HCFCs(氢氟氯烃类物质)的使用收到了限制^[2-4]。文献^[5]运用层次分析法提出了替代新工质”三原筛选法”通则，即从安全性、环境可接受和装置适用性三方面涵盖替代工质必要的属性，用于考证和优选新工质，该方法对于替代新工质的筛选具有普遍参考价值^[6-8]。经过近10多年来科学家们的不懈努力，大量过渡性或长期CFCs和HCFCs替代物问世，其中包括目前得到广泛使用的有R123、R245ca、R600a、R290/R600、R290/R600a、R134a、R152a、DME、HFE143a、R507/R402A等等，作为R11、R12和R22的替代品，这些新型制冷剂工质在安全性、环保型、制冷性能方面均较好地满足了需求^[8-14]，伴随而来的是水冷机组在安全、性能和规模上的大幅提高。

水冷机组的类型众多，按制冷剂工作形式主要分为压缩式和吸收式两大类。其中，压缩式冷水机组又可分为活塞式、螺杆式、离心式、涡旋式等类型，这都是根据水冷机组中压缩机类型来分类的；按照冷水机组的性能形式，大致可分为二种：风冷式水冷机组和水冷式冷水机组^[15-18]。

本课题的国内外发展现状

节能与环保是制冷与空调产业发展的主题，制冷与空调压缩机技术，以及水冷机组的发展正是围绕该主题展开的，例如应用高压环保制冷剂（如二氧化碳）压缩机的研制和开发。HFC和天然制冷剂等环保型制冷剂开始广泛应用于空调和制冷系统中，为满足《京都议定书》中有关缓解全球变暖趋势条款的规定，高能效压缩机在HVACamp;RAC行业中得到了进一步发展^[19-20]。

我国中央空调冷水机组行业起步较晚，自20世纪90年代商用空调进入中国市场以来，2000年以前的中国市场几乎被大金、约克、特灵和麦克维尔等日、美企业垄断，占据了九成以上的市场份额。到2001年，其市场份额仍高达50%。中央空调冷水机组是一个完整而复杂的系统，其最核心的技术#8212;#8212;压缩机生产技术都掌握在日、美企业之手。以大型离心式冷水机组为例，在中国，尽管海尔、格力等著名空调企业力求在大型中央空调方面有所作为，但目前中美合资组装企业占据了国内离心式冷水机组市场得主导地位，如上海一冷开利、约克-无锡和武汉-麦克维尔。一冷开利现在不仅生产离心式压缩机，而且还组装冷水机组。值得一提的是，重庆通用工业（集团）有限责任公司是我国唯一一家长期从事新型离心式制冷空调机组开发和生产的企业，现已被重组收购，新公司正在进行新型离心式制冷空调机组项目的扩建^[21-22]。

国外中央空调冷水机组已有相当长的历史，并且技术成熟，拥有压缩机生产、系统控制等关键性技术的支持。全世界大型中央空调冷水机组市场基本被日、美企业所占据。2002年全球共生产17.9万台蒸汽压缩式冷水机组（压缩机为容积式），其中涡旋式压缩机结构形式的机组占42%，螺杆式压缩机占23%；以R22为制冷剂形式的机组占50%，其次是R134a（28%）和R407C（22%）；而在离心式冷水机组中，R134a占66%，剩下的为R123（34%）。国外冷水机组在技术趋于成熟的同时，也在不断发展之中，主要可以表现在三个方面：