磁懸浮變頻離心冷水機組的節能效果對比分析

對傳統行業標準習慣將冷水機組運行工況下COP值視為評估空調機組性能的重要指標，但實際情況下，冷水機組只有部分時間段非滿負荷狀態運行，因此，使用該指標進行評估具有一定的片面性，利用空調在運行期間的綜合效率進行評估，就能夠比較真實地反映出冷水機組的節能效率，因此，該指標得到越來越多的業內認可。而磁懸浮變頻離心冷水機組也是以此理念作為基礎研發產生，將大大降低空調系統能耗，減少排放污染。

1、工作原理與節能效果分析 

1.1冷水機組的工作原理

        磁懸浮變頻式冷水機組主要依靠磁懸浮軸承帶動磁懸浮壓縮機做功，在離心式冷水機組的軸向上布置安裝有永磁直流電機，接通電源后，在電磁場的影響下，促使軸承高速運轉，并且保持軸承與底座之間的位移誤差不超過0．007 mm，降低兩者之間的摩擦可能，也節省了潤滑冷卻系統的布置設計，提高了空間利用。

1.2冷水機組非滿負荷狀態下節能效果分析

      通過研究中央空調系統的冷水機組在非滿負荷狀態下的工況運行情況，調節能耗影響因素，制定有針對性的技改措施進行調控，以降低部件能耗。設定在冷水機組溫度為32℃的運行條件下，研究COP在不同負荷下的值域變化，以磁懸浮離心式冷水機組、變頻離心式冷水機組、定頻離心式冷水機組等三種形式進行對比研究，可得出如圖1所示的空調機組COP與載荷變化關聯圖。

圖1 空調機組COP與載荷變化關聯圖

        常用的定頻離心式冷水機組通常采用調節導流葉片的角度控制空調壓縮機流量，但在低負荷條件下運行時容易出現冷水機組的喘振現象，影響壓縮機的穩定運行，而且對導流葉片的可調控角度受到一定范圍限制影響，因此，實驗驗證當導流葉片的開合度小于30％情況下，具有明顯的節流效果，但是冷水機組的能耗也顯著增加。變頻離心式冷水機組除了調控導流葉片的開和角度外，協調使用了變頻調速手段與之相結合，擴大了負荷的可控范圍，也提高了冷水機組的能耗調節范圍，但是與定頻設備同樣存在低負荷條件下的喘振現象，而且隨著變頻作用的發生，頻繁開閉調節導流葉片，造成了更大程度的能量損耗，提升了運行能耗。磁懸浮離心式冷水機組如上述主要采用了永磁直流電機驅動軸承轉動，同時結合變頻技術，根據工作需要隨時調整電機轉速、制冷流量等，確保壓縮機在不同負荷條件下的*壓縮狀態，

因此，雖然在不同負荷運行條件下，COP曲線呈現出衰減趨勢，但在70％的負荷范圍內，COP曲線整體呈現水平狀態，節能效果明顯優于其他兩種形式的離心冷水機組。

1.3冷水機組與不同溫感冷卻水變化的節能效果分析

同樣以磁懸浮離心式冷水機組、變頻離心式冷水機組、定頻離心式冷水機組等三種形式進行對比研究，設定滿負荷條件下，即100％負荷率下，冷水機組在不同溫感的冷卻水作用下COP變化情況，進水溫度溫差范圍為10~36℃。通過對比分析，初始溫度在10℃時，磁懸浮離心式冷水機組的COP達到22％，當進水溫度上升至16℃時，變頻和定頻冷水機組COP才有顯現，初始值約為13％，并且三種冷水機組隨著冷卻水進水溫度的不斷升高，其COP值均呈現降低的趨勢，當溫度達到32℃時，三種COP值呈現相交等值，其COP達到6％。

綜上分析，在相同100％負荷率條件下，冷卻水進水溫度相同情況下，磁懸浮冷水機組的COP值依次高于變頻式冷水機組和定頻式冷水機組，具有更加明顯的降耗效果。

除此之外，磁懸浮離心式冷水機組的空調壓縮機啟動單機需要電流只要2 A，在低電流條件下即可啟動運行，大大降低了高電流啟動器對于電網擊穿的風險，減少了壓縮機的啟動能耗。綜合磁懸浮離心式冷水機組的變頻、零摩擦、無需潤滑油，并且在低負荷條件下，具有較高COP，對于冷卻水水溫的較好適應性等多方優勢，整體具有較高的節能效果。      

2 、冷水機組的經濟實用性能分析

2.1能源中心制冷供冷

   能源中心作為機場航站的配套設施，需要有足夠的供冷量確保機場環境的適宜溫度，一般情況下設置的室內場館包括候機廳、指揮中心以及公共服務區等設施，使用面積約為72萬m2，預算夏季高峰期的冷負荷約為97500kW。

2.2能源政策影響

      為了有效控制上一級供電的實際用電消耗，結合用電政策要求，利用波峰波谷的電價差，合理調控不同時間段機場大型用電設施的使用時長，合理分配不同設備的用電負荷，制定出負荷分布最佳方案，實現用電優化。

2.3空調供冷方案

      結合地方政府和電力部門的能源用電政策，綜合分析機場不同區域和設施設備的用電要求，主要采用水蓄冷的供冷方案。擬建設12臺2 000 RT的冷水機組組成水冷系統蓄冷設施，建造3座容量約1．8萬m3的水冷槽，蓄冷量達到117 400 IHH。在夜間的低電價時段內采用水蓄冷方式進行供冷，而且保證滿足夜間空調的負荷要求。白天在高電價的時間段內再釋放水冷槽冷量，進行集中供冷。主要涉及到的設備有離心冷水機組、冷凍水多級泵、水冷槽，以及電控設備等。

2．4經濟效果比較

     按照常規夏季空調使用時間標準為170天計算，以定頻離心式冷水機組與磁懸浮離心式冷水機組進行比對分析，基礎設備均配備有冷卻塔、冷卻水泵、冷凍多級泵、水冷槽、蓄冷池、輔助供電系統和管道設施等，而且各種設備型號、功率、安裝臺數等參數基本相同，但是整個系統完善建成，定頻離心式水冷機組配套設施初期投入需要13265萬元，而磁懸浮離心式水冷機組配套初期投入需要13935萬元，相較于定頻多投入670萬元，經濟成本相對較高。

      按照各型號設備在不同運行負荷條件下工作狀態的耗電量進行綜合分析，預設設備運載負荷于滿載總負荷占比分別為25％、50％、75％、l00％等狀態，而且根據冷水機組與配套設備設施在相同負荷條件下，在用電不同時段，比如尖峰時段、高峰時段、平峰時段、低谷時段等錯峰用電情況進行縱向比對。經過實踐論證，定頻離心冷水機組及配套設施耗電量達到了3 230．52萬kW·h／年，而磁懸浮離心式冷水機組及配套設施耗電量則為2208．9l萬kW·h／年，磁懸浮離心式比定頻離心式的供冷系統年耗電量要節省電量1 021．61萬kW．h，節省電費480．1萬元，運行費用大大降低。

     雖然磁懸浮離心式冷水機組的初期投入較高，但是通過后期正常運行期間的低成本維護，可在1．4年周期內回收初期投入成本，見效快、回報高。而且在設備折舊與年損耗相同的條件下，磁懸浮離心式冷水機組的整體配套設施運維成本顯著降低，有助于機組的長期穩定運行，具有較好的經濟節約價值，相比定頻也具有較好的節電降耗優勢，因此，磁懸浮冷水機組的整體性能更加*。