磁懸浮技術在暖通空調中的應用

摘要：結合中央空調改造項目實例分析了磁懸浮技術在暖通空調中的應用，表明磁懸浮空調與傳統(tǒng)冷水機組及溴化鋰直燃機組相比優(yōu)勢明顯，為傳統(tǒng)的中央空調系統(tǒng)改造或新的中央空調系統(tǒng)設計提供了借鑒與參考。

關鍵詞：磁懸浮;空調改造;應用

0? ? 引言

目前，“綠色” “環(huán)保” “節(jié)能”已成為我國各個領域的發(fā)展方向，并受到人們的廣泛關注。重慶中國三峽博物館作為非盈利性質的公眾服務型機構，除了要提供優(yōu)質舒適的公眾環(huán)境外，更應充分考慮“綠色” “環(huán)保” “節(jié)能”問題。由此，我館于2016年立項，并于2018年對中央空調系統(tǒng)進行了改造，增加了一臺環(huán)保、節(jié)能的磁懸浮空調主機，大大改善了學習、辦公及展區(qū)參觀環(huán)境舒適度。

1? ? 磁懸浮空調概述

磁懸浮技術——磁軸承和定位傳感器利用由永久磁鐵和電磁鐵組成的徑向軸承和軸向軸承組成數控磁軸承系統(tǒng)，實現壓縮機的運動部件懸浮在磁襯上無摩擦地運動，磁軸承上的定位傳感器為電機轉子提供超高速的實時重新定位，以確保精確定位。

磁懸浮空調特點：

（1）比傳統(tǒng)冷水機組運行費用減少50%，由于100%無油設計，在制冷系統(tǒng)里面沒有潤滑油，換熱器的表面不會形成妨礙傳熱的油膜，由此在蒸發(fā)器中提高了蒸發(fā)溫度，在冷凝器里降低了冷凝溫度，制冷機組的效率大大提升了;沒有潤滑油，沒有油泵功率的消耗，沒有潤滑油加熱消耗的能量，沒有潤滑油冷卻消耗的制冷量，機組的效率大大提升了。

（2）免維護，大大節(jié)約了維護費用;100%無油設計，沒有了潤滑劑，不需要更換潤滑油，不需要更換油過濾器，不需要再生蒸發(fā)器的制冷劑，大大減少了維護費用。

（3）環(huán)保磁懸浮空調一般選用環(huán)保R134a冷媒，對臭氧層零傷害;而且運行時噪聲很小。

（4）在使用壽命上優(yōu)勢顯著，磁懸浮軸承無磨損，空調使用壽命長達30年。

2? ? 重慶中國三峽博物館中央空調系統(tǒng)改造簡介

（1）增加一臺120萬大卡磁懸浮主機（制冷量：1 336 kW;電功率：207.3 kW;環(huán)保冷媒：R134a），與原有的三臺溴化鋰直燃機主機（兩臺150萬大卡和一臺75萬大卡）配合使用。

（2）展廳中庭增加66臺卡式盤管風機（型號：EKCW-

1400KT;冷量：12.6 kW;熱量：18.9 kW;功率：225 W;風量：2 380 m3/h）。

（3）更換原3臺共1 500冷噸無風機靜音冷卻塔為8臺共1 800冷噸靜音不銹鋼橫流冷卻塔（型號：YHA-225E;功率：5.5 kW;循環(huán)水量：225 m3/h;噪聲<60 dB（A）;塔體揚程<46 kPa）。

（4）優(yōu)化主機房內管路，更換水泵。原5臺共110 kW冷凍水泵（軟啟動）和3臺共295 kW冷卻水泵（軟啟動）共管并聯方式，現改為4臺共165 kW冷凍水泵（軟啟動）和4臺共147 kW冷卻水泵（變頻），分別與4臺主機一一對應。

（5）對全館玻璃幕墻及窗戶玻璃涂膜，共計5 175 m3（涂膜材料為玻璃高功能材料，已通過相關國家標準檢測和認證，紫外線阻隔率達80%以上，紅外線阻隔率達85%以上，只降低原玻璃可見光透光率5%左右）。

3? ? 改造完成后運行特點分析

（1）空調效果明顯改善，特別是展廳中庭制冷季時比未改造前溫度低5～10 ℃，參觀環(huán)境、辦公環(huán)境舒適度都得到一定提高（現設計總的制冷量由原系統(tǒng)的121.2 W/m2提高到158.3 W/m2）。

（2）運行操作更方便簡捷，4臺主機都實現了聯動一鍵開關機（每臺主機對應相應的冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機）。

（3）可進行策略控制（由主機房內新增加的12個電動閥切換為需要的相應的管路回路），實現分時段、分空調區(qū)域負荷調度（周一閉館，可只供辦公區(qū)全負荷和展廳中庭部分負荷;周二到周五全館全負荷;周六到周日，展區(qū)全負荷，辦公區(qū)部分負荷），如圖1所示。

（4）小負荷時比老空調系統(tǒng)節(jié)能，全負荷時比老空調系統(tǒng)效果好，并且負荷分配更合理，負荷調度更靈活，極端天氣時基本能滿足實際空調負荷需求。

（5）中央空調系統(tǒng)主要設備可集中上位機畫面監(jiān)控和遠程網絡監(jiān)控（如：3臺直燃機主機、1臺磁懸浮主機、4臺冷凍水泵、4臺冷卻水泵、20個電動閥、冷卻水進回水溫度、冷卻塔風機、冷卻塔水位、室外溫度等），如圖2所示。

（6）與未改造前相比，極端天氣時，同期主機運行臺數增加一臺，主機運行參數良好，冷卻水入口水溫低3 ℃以上，冷卻水出口水溫低5 ℃以上，空調效果大大改善。

（7）與改造前同期能耗相比，水、電、氣未見明顯上升，還略有下降。

（8）新增加的磁懸浮空調主機為變頻控制，能自動追蹤負荷的變化，采用冷水溫度P（比例）、I（積分）、D（微分）控制邏輯，最小化達到目標值的時間、殘留偏差、初始啟動、頻率控制、手/自動切換的誤差，實現最優(yōu)化控制。機組監(jiān)控畫面如圖3所示。

4? ? 磁懸浮主機與溴化鋰直燃機運行能耗對比

（1）經測算，一臺75萬大卡直燃機平均1 h耗天然氣34～43 m3，天然氣價格為1.77元/m3，相應的冷卻水泵（30 kW）、冷溫水泵（22 kW），電價為0.52元/kWh，合計1 h能耗約為：

1.77×34+52×0.52≈87元

1.77×43+52×0.52≈103元

（2）經測算，一臺150萬大卡直燃機1 h耗天然氣68～

86 m3，天然氣價格1.77元/m3，相應的冷卻水泵（45 kW）、冷溫水泵（45 kW），電價0.52元/kWh，合計1 h能耗約為：

1.77×68+90×0.52≈167元

1.77×86+90×0.52≈199元

（3）經測算，一臺120萬大卡磁懸浮主機與相應的冷凍水泵（45 kW）、冷卻水泵（37 kW）1 h能耗約為：

（207.3+45+37）×0.52≈150元

5? ? 結語

由上述計算可看出，直燃機能耗無明顯價格優(yōu)勢，磁懸浮卻能多提供近2 h的冷量（磁懸浮空調主機可快速達到設定溫度并且基本無稀釋時間），效率更高、更環(huán)保。但溴化鋰直燃機可用于制冷、制熱兩季，節(jié)約了設備安裝空間，而磁懸浮空調是單冷，可根據實際需求進行合理配置，提高公眾環(huán)境舒適度的同時充分考慮“綠色” “環(huán)保” “節(jié)能”問題。

收稿日期：2020-09-07

作者簡介：潘順平（1968—），男，重慶綦江人，高級工程師，研究方向：暖通工程。