空調節能磁懸浮主機的應用

杜玉吉，王 鵬，郭豪杰，張家生

（中節能城市節能研究院有限公司，江蘇 常州 213000）

隨著社會經濟的飛速發展，大量能源消耗所帶來的能源供應以及環境問題愈來愈受到人們的關注。基于國內大力宣揚節能環保的大環境，各行各業正積極x響應國家政策的號召。暖通空調系統采用相關的節能技術顯得十分重要，世界上第一臺磁懸浮離心式壓縮機于2003年面世，中國第一臺磁懸浮中央空調于2006年誕生[1]。本文主要介紹實際項目中各磁懸浮主機的實際應用情況，從具體的項目中分析磁懸浮主機的優缺點。

1 磁懸浮主機技術簡介

磁懸浮空調是以磁懸浮離心壓縮機為核心技術的高效節能中央空調[2]。機組絕大部分時間是在部分負荷下運行的，當機組在部分負荷情況下，壓縮機的部分節能優勢來自于2個方面；一是壓縮機流量的減少而降低轉速；二是由于蒸發溫度的提高和冷凝溫度的降低帶來的壓力比下降從而降低轉速。綜合蒸發溫度和冷凝溫度變化，不難發現，部分負荷時冷機的工作壓力比減小。采用磁懸浮變頻冷水機組根據實際負荷和壓力比調節轉速，比傳統技術的冷水機在部分負荷下表現出了極高的性能，可取得很好的節能效果。

表1 磁懸浮和普通螺桿機技術參數對比

通過表1磁懸浮和普通螺桿機技術參數對比可見，磁懸浮空調相較于傳統冷水機組的主要優勢有：無潤滑油系統，免油系統維護；小葉輪，體積小，減少50%以上占地面積；磁懸浮軸承無磨損，高效率；使用壽命長達30年，噪音低，無喘振[2-3]。

2 磁懸浮空調應用狀況

為了保證考察結果的嚴謹性，針對市場中實際情況，筆者選擇國內市場知名廠商的磁懸浮離心機組，并前往其項目地點（不同業態下商用集中空調使用案例）進行了考察。

2.1 湖北某商用寫字樓

湖北某商用寫字樓，共兩棟，總建筑面積約5萬m2，空調機房于2017年6月底試運行。該建筑空調機房設于地下二層，采用地埋管+冷卻塔作為冷熱源，地埋管敷設于建筑筏板基礎下方，冷卻塔用作冬夏季地源熱平衡調節。空調機房配置2臺磁懸浮熱泵機組+1臺高溫磁懸浮冷水機組。磁懸浮熱泵機組夏季冷凍水溫為6/11℃，承擔風盤、空組等除濕空調末端；磁懸浮熱泵機組冬季供暖水溫為42/38℃，承擔輻射系統及風盤系統采暖末端。高溫磁懸浮冷水機組夏季冷凍水溫為18/22℃，承擔輻射系統干式空調末端。

設備安裝于地下二層機房中，共3臺機組，3臺全部為磁懸浮機組，主機壓縮機采用行業內目前主要的提供商：丹弗斯。目前，1臺處于待機狀態，另2臺正常運行，其中運行的1臺專門制高溫冷水16.9/19.1℃，充分發揮了高溫水、部分負荷時高效率，實際運行18.3%，機組該工況標稱COP約為13。

2.2 南京某商用酒店

南京某商用酒店，其建筑面積28 000 m2，采用冷卻塔+冷水機組制冷，燃氣蒸汽鍋爐制熱。該酒店的空調系統于2014年進行節能改造，將主機設備由1997年的活塞式機組更換為磁懸浮離心機組，獲得了不錯的效益。

該酒店使用兩組磁懸浮機組，主機壓縮機采用行業內目前主要的提供商：丹弗斯。主機采用雙拼機型的方式，有利于機組改造項目，不影響現有設備管路，快捷方便，代價較小。特有的熱回收機組，夏季做生活熱水的初級加熱，但是回收的熱水只有44℃，低于生活用水溫度，必須得經過二次加熱才能使用。該機組應用信息末端系統，進行移動設備終端的云服務管理，實現實時監控、能耗分析及遠程控制等功能，充分迎合市場互聯網+的趨勢，使得機器運行更加便捷，智能化。與此同時，改造后的運行成本大大降低。

2.3 北京某辦公樓

北京某辦公樓，樓宇為環形建筑，設于屋面的空調機房為樓內兩個數據中心全年供冷，原系統為兩臺風冷熱泵互備使用，16年將一臺風冷熱泵系統改造為磁懸浮離心式冷水機組+冷卻塔系統，另一臺風冷熱泵作為備用冷源，過渡季節冬季直接采用冷卻塔散熱，閉式冷卻塔冷卻水采用乙二醇防凍液。

磁懸浮主機壓縮機采用行業內目前主要的提供商：丹弗斯。系統采用備份冷源（風冷熱泵、磁懸浮主機）供能，保障了末端使用的可靠性，通過高效磁懸浮機組及雙器流量調節達到了節能的效果。

2.4 上海某綜合商務樓

上海某綜合商務樓，樓宇為環形建筑，共6層，空調機房于2017年7月初試運行。該建筑空調機房設于地下室與一層夾層之間，中央冷站擁有1 890 t的制冷能力，配備2臺雙模式水冷離心式冷水機組、1臺離心式水冷磁懸浮冷水機組和1臺螺桿式熱泵，夜間低谷電時段使用冰蓄冷系統蓄能。

離心式水冷磁懸浮冷水機組擁有自主研發的壓縮機，整套機組皆為進口產品。樓內空調末端采用地板送風系統，地板送風系統利用經空氣處理機組調節的空氣，以及大樓內部設備的冷卻水/熱水，用來保持室內溫度。空調從地板處送入，從天花板外送出，不僅提升了大樓內部的換氣效率，同時還減少了所需的室外空氣量以及因加熱、冷卻及送風而消耗的能源。借助地板送風系統，能源節約量超出基準線要求9%。

3 總結分析

3.1 磁懸浮主機市場情況

市場上主流空調廠家大都有生產磁懸浮主機，均采用丹弗斯壓縮機，丹弗斯壓縮機在磁懸浮機組的市場占有率超過95%。經調查研究，磁懸浮在國內市場中應用前景廣闊。近年來，暖通空調行業節能改造市場已經成為一股全新的增長生力軍，年平均增長幅度保持在35%以上，磁懸浮主機以其小型化、高能效、低維護的優良特性被大量應用于節能改造項目[4]。

3.2 各廠商磁懸浮主機的參數性能、運行工況及市場推廣情況

經考察，國內市場磁懸浮主機的設計工藝主要有以下特點：高溫冷凍水機型提高節能率，小機型拼裝適應改造場地空間，雙器均變流量運行仍保持高效，單機頭冷量較大。

3.3 磁懸浮主機產品性能

在采用丹弗斯壓縮機的各廠家機組中，均采用滿液式蒸發器、多壓縮機并聯系統、壓縮機并行運行。這種結構形式的冷水機組優點在于：部分負荷時，只要壓縮機工作的壓縮比不在喘振區，都可以讓每臺壓縮機以相同的負荷均衡并行運行，以更好地發揮壓縮機部分負荷下的效率優勢。磁懸浮主機可在6 000～35 000 r/min轉速內變頻調節，最大轉速遠高于普通離心機，可實現10%～100%負荷范圍內的變頻調節，且無喘振。磁懸浮主機部分負荷運行時效率較高，但在滿負荷運行時效率與常規離心機基本相同。磁懸浮主機壓縮比相對于螺桿機及常規離心熱泵較小，制取43℃以上熱水是以犧牲效率換得，故不適用于風冷熱泵、大溫差熱泵機型。

3.4 磁懸浮主機適配性

3.4.1 主要適用場景

25 %～75%負荷范圍內頻繁變化的工況；制備15～20℃高溫冷凍水的工況；全年以制冷運行為主，兼作冬季熱泵機組制取低溫熱水（＜45℃）的工況；酒店、軌道交通、醫院、商場等新建或節能改造項目。

3.4.2 主要應用限制

斷電對壓縮機軸承有一定機械損傷，壽命期內斷電不應超過100次；不宜用于長期滿負荷運行工況；不適用于制冰及高于45℃熱水；不適用于吸收式制冷及非電力能源驅動機型。

3.5 投資收益情況

經初步了解，制冷量價格約為0.6～1.0元/W，據使用單位測算相對于常規離心機型采用磁懸浮主機額外投資的回收期為3～4年。

3.6 設計及采用的注意點

磁懸浮主機站房供電電壓等參數需保證足夠的穩定性。在區域供能項目中，多臺機組中可配置一到兩臺磁懸浮主機，以適應頻繁的負荷波動工況。夏季可利用磁懸浮熱回收主機對生活熱水初級加熱。冬季磁懸浮主機制熱工況宜考慮作為備用制熱。