磁悬浮变频离心冷水机组的节能效果对比分析

对传统行业标准习惯将冷水机组运行工况下COP值视为评估空调机组性能的重要指标，但实际情况下，冷水机组只有部分时间段非满负荷状态运行，因此，使用该指标进行评估具有一定的片面性，利用空调在运行期间的综合效率进行评估，就能够比较真实地反映出冷水机组的节能效率，因此，该指标得到越来越多的业内认可。而磁悬浮变频离心冷水机组也是以此理念作为基础研发产生，将大大降低空调系统能耗，减少排放污染。

1、工作原理与节能效果分析 

1.1冷水机组的工作原理

        磁悬浮变频式冷水机组主要依靠磁悬浮轴承带动磁悬浮压缩机做功，在离心式冷水机组的轴向上布置安装有永磁直流电机，接通电源后，在电磁场的影响下，促使轴承高速运转，并且保持轴承与底座之间的位移误差不超过0．007 mm，降低两者之间的摩擦可能，也节省了润滑冷却系统的布置设计，提高了空间利用。

1.2冷水机组非满负荷状态下节能效果分析

      通过研究中央空调系统的冷水机组在非满负荷状态下的工况运行情况，调节能耗影响因素，制定有针对性的技改措施进行调控，以降低部件能耗。设定在冷水机组温度为32℃的运行条件下，研究COP在不同负荷下的值域变化，以磁悬浮离心式冷水机组、变频离心式冷水机组、定频离心式冷水机组等三种形式进行对比研究，可得出如图1所示的空调机组COP与载荷变化关联图。

图1 空调机组COP与载荷变化关联图

        常用的定频离心式冷水机组通常采用调节导流叶片的角度控制空调压缩机流量，但在低负荷条件下运行时容易出现冷水机组的喘振现象，影响压缩机的稳定运行，而且对导流叶片的可调控角度受到一定范围限制影响，因此，实验验证当导流叶片的开合度小于30％情况下，具有明显的节流效果，但是冷水机组的能耗也显著增加。变频离心式冷水机组除了调控导流叶片的开和角度外，协调使用了变频调速手段与之相结合，扩大了负荷的可控范围，也提高了冷水机组的能耗调节范围，但是与定频设备同样存在低负荷条件下的喘振现象，而且随着变频作用的发生，频繁开闭调节导流叶片，造成了更大程度的能量损耗，提升了运行能耗。磁悬浮离心式冷水机组如上述主要采用了永磁直流电机驱动轴承转动，同时结合变频技术，根据工作需要随时调整电机转速、制冷流量等，确保压缩机在不同负荷条件下的*压缩状态，

因此，虽然在不同负荷运行条件下，COP曲线呈现出衰减趋势，但在70％的负荷范围内，COP曲线整体呈现水平状态，节能效果明显优于其他两种形式的离心冷水机组。

1.3冷水机组与不同温感冷却水变化的节能效果分析

同样以磁悬浮离心式冷水机组、变频离心式冷水机组、定频离心式冷水机组等三种形式进行对比研究，设定满负荷条件下，即100％负荷率下，冷水机组在不同温感的冷却水作用下COP变化情况，进水温度温差范围为10~36℃。通过对比分析，初始温度在10℃时，磁悬浮离心式冷水机组的COP达到22％，当进水温度上升至16℃时，变频和定频冷水机组COP才有显现，初始值约为13％，并且三种冷水机组随着冷却水进水温度的不断升高，其COP值均呈现降低的趋势，当温度达到32℃时，三种COP值呈现相交等值，其COP达到6％。

综上分析，在相同100％负荷率条件下，冷却水进水温度相同情况下，磁悬浮冷水机组的COP值依次高于变频式冷水机组和定频式冷水机组，具有更加明显的降耗效果。

除此之外，磁悬浮离心式冷水机组的空调压缩机启动单机需要电流只要2 A，在低电流条件下即可启动运行，大大降低了高电流启动器对于电网击穿的风险，减少了压缩机的启动能耗。综合磁悬浮离心式冷水机组的变频、零摩擦、无需润滑油，并且在低负荷条件下，具有较高COP，对于冷却水水温的较好适应性等多方优势，整体具有较高的节能效果。      

2 、冷水机组的经济实用性能分析

2.1能源中心制冷供冷

   能源中心作为机场航站的配套设施，需要有足够的供冷量确保机场环境的适宜温度，一般情况下设置的室内场馆包括候机厅、指挥中心以及公共服务区等设施，使用面积约为72万m2，预算夏季高峰期的冷负荷约为97500kW。

2.2能源政策影响

      为了有效控制上一级供电的实际用电消耗，结合用电政策要求，利用波峰波谷的电价差，合理调控不同时间段机场大型用电设施的使用时长，合理分配不同设备的用电负荷，制定出负荷分布最佳方案，实现用电优化。

2.3空调供冷方案

      结合地方政府和电力部门的能源用电政策，综合分析机场不同区域和设施设备的用电要求，主要采用水蓄冷的供冷方案。拟建设12台2 000 RT的冷水机组组成水冷系统蓄冷设施，建造3座容量约1．8万m3的水冷槽，蓄冷量达到117 400 IHH。在夜间的低电价时段内采用水蓄冷方式进行供冷，而且保证满足夜间空调的负荷要求。白天在高电价的时间段内再释放水冷槽冷量，进行集中供冷。主要涉及到的设备有离心冷水机组、冷冻水多级泵、水冷槽，以及电控设备等。

2．4经济效果比较

     按照常规夏季空调使用时间标准为170天计算，以定频离心式冷水机组与磁悬浮离心式冷水机组进行比对分析，基础设备均配备有冷却塔、冷却水泵、冷冻多级泵、水冷槽、蓄冷池、辅助供电系统和管道设施等，而且各种设备型号、功率、安装台数等参数基本相同，但是整个系统完善建成，定频离心式水冷机组配套设施初期投入需要13265万元，而磁悬浮离心式水冷机组配套初期投入需要13935万元，相较于定频多投入670万元，经济成本相对较高。

      按照各型号设备在不同运行负荷条件下工作状态的耗电量进行综合分析，预设设备运载负荷于满载总负荷占比分别为25％、50％、75％、l00％等状态，而且根据冷水机组与配套设备设施在相同负荷条件下，在用电不同时段，比如尖峰时段、高峰时段、平峰时段、低谷时段等错峰用电情况进行纵向比对。经过实践论证，定频离心冷水机组及配套设施耗电量达到了3 230．52万kW·h／年，而磁悬浮离心式冷水机组及配套设施耗电量则为2208．9l万kW·h／年，磁悬浮离心式比定频离心式的供冷系统年耗电量要节省电量1 021．61万kW．h，节省电费480．1万元，运行费用大大降低。

     虽然磁悬浮离心式冷水机组的初期投入较高，但是通过后期正常运行期间的低成本维护，可在1．4年周期内回收初期投入成本，见效快、回报高。而且在设备折旧与年损耗相同的条件下，磁悬浮离心式冷水机组的整体配套设施运维成本显著降低，有助于机组的长期稳定运行，具有较好的经济节约价值，相比定频也具有较好的节电降耗优势，因此，磁悬浮冷水机组的整体性能更加*。