磁懸浮冷水機組在節(jié)能改造項目中的實測與分析

陳曉林 姜凱迪 崔紅社

青島聯(lián)盛創(chuàng)能源科技有限公司 青島理工大學環(huán)境與市政工程學院

我國的空調(diào)系統(tǒng)能源消耗占比全社會能源總消耗的21.7%，因此進行空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能，應(yīng)用高效節(jié)能設(shè)備勢在必行。磁懸浮冷水機組在部分負荷運行條件下，峰值效率COP 高達12，運用高效節(jié)能的磁懸浮冷水機組是實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一個重要方式。磁懸浮冷水機組無摩擦、噪音低，部分負荷下能效高，其節(jié)能效果被廣泛認知。磁懸浮機組系統(tǒng)運動部件少，日常維護費用低，磁懸浮機組的摩擦損失僅為傳統(tǒng)離心機組的2%左右，在節(jié)能改造項目中得到越來越多的應(yīng)用。汪洋、朱偉峰、王黛娜采用磁懸浮冷水機組對建筑進行節(jié)能改造，節(jié)能率都達到20%以上。孫潔、劉拴強實測磁懸浮冷水機組的實際能效COP 分別為8.19 和8.9。

本文通過磁懸浮機組性能參數(shù)分析機組的能效水平，對節(jié)能改造工程進行數(shù)據(jù)測試，總結(jié)分析磁懸浮機組在實際運行過程中的能效及存在的典型問題，推動磁懸浮冷水機組在實際項目應(yīng)用中的良性發(fā)展。

1 磁懸浮機組性能

根據(jù)國內(nèi)外設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的磁懸浮機組能效數(shù)據(jù)，對500RT 的磁懸浮機組的性能進行對比分析，如圖1 所示。

圖1 不同廠家磁懸浮冷水機組能效

圖1 為不同空調(diào)廠家500RT 磁懸浮機組能效對比。可見，磁懸浮機組COP 在6 左右，IPLV 在11 左右。不同廠家的機組能效相比差別不大，磁懸浮機組COP 達到二級能效標準，IPLV 都遠超一級能效標準，滿足國家對高效節(jié)能設(shè)備的能效要求。

針對品牌1 提供的磁懸浮機組能效數(shù)據(jù)進行具體分析，如圖2 所示。

圖2 磁懸浮機組性能曲線

由圖2 可知機組額定工況COP 為5.7，綜合能效IPLV 為10.79，單點最高COP 可達到12.32。磁懸浮機組的高效負荷范圍在30%～70%之間，在負荷率50%左右時，機組能效最高。不同冷卻水回水溫度下的磁懸浮機組的能效有明顯差距，在同一負荷率的情況下，機組能效最高可相差60%。冷卻水回水溫度在19 ～32℃范圍內(nèi)，溫度越低，磁懸浮機組的能效越高。

2 磁懸浮機組實測數(shù)據(jù)分析

2.1 機組測試方案

對青島地區(qū)的節(jié)能改造項目進行磁懸浮冷水機組數(shù)據(jù)監(jiān)測，測試方案如表1。

表1 測試方案

通過溫度傳感器監(jiān)測冷凍水供回水溫度和冷卻水供回水溫度，流量計測量冷凍水和冷卻水的流量，電表測量機組、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔的耗電量。通過項目實測數(shù)據(jù)，分析機組的使用特點，進行系統(tǒng)診斷，分析機組在實際運行過程中存在的典型問題。

項目基本信息如表2。

表2 實測項目基本信息

2.2 磁懸浮機組實際運行能效分析

根據(jù)項目A 磁懸浮機組的實測數(shù)據(jù)分析機組的運行特點，如圖3 ～4 所示。

圖3 磁懸浮機組COP與負荷率關(guān)系圖

A 項目為酒店建筑，為保證建筑正常的使用需求，空調(diào)系統(tǒng)運行時間為24h。圖3可見，該酒店建筑負荷偏小，機組負荷率基本集中在20%～50%之間。機組長期處于低負荷運行的狀態(tài)，磁懸浮機組最高點能效COP 可達10 左右，平均COP 為7.11。磁懸浮機組COP 隨著建筑負荷的不斷升高而逐漸降低。圖4 可見，磁懸浮機組COP 隨著冷卻水回水溫度的降低而不斷升高，說明降低冷卻水回水溫度有利于機組的高效運行。冷卻水回水溫度在23 ～33℃范圍內(nèi)，溫度每降低1℃，機組能效提升5.6%左右。綜上，磁懸浮機組在部分負荷下運行能效較高，合理降低冷卻水回水溫度能夠有效提升磁懸浮機組效率。

圖4 磁懸浮機組COP與冷卻水回水溫度關(guān)系圖

圖 5 磁懸浮冷機實測運行能效

2.3 實測項目機組及機房整體能效分析

數(shù)據(jù)監(jiān)測兩個項目同一制冷季的機組能效，計算得到同一制冷季平均COP，根據(jù)機房整體能耗數(shù)據(jù)計算得冷站EER。對比同一制冷季時間段內(nèi)機組的實際COP 和EER，如圖5。

圖5 可見，項目A 的平均COP 為7.11，EER 為3.4，項目B 的平均COP 為5.42，EER為3.97。實測兩個項目同樣采用磁懸浮機組，實際應(yīng)用情況不同，導致磁懸浮機組的運行能效COP 差別較大，能效相差24%。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，導致以上情況出現(xiàn)的原因有以下兩點：

原因1：項目A 的機組負荷率集中在20%～50%范圍內(nèi)，項目B 的磁懸浮機組實際運行負荷率偏高，長期處于滿負載的狀態(tài)下運行，負荷率在70%以上的運行時長超過總運行時長的60%。磁懸浮機組高效負荷區(qū)間為40%～70%范圍內(nèi)，項目B 沒有充分利用磁懸浮冷水機組在部分負荷性能高的優(yōu)點。

原因2：實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，項目A 冷凍水平均溫度為10.9℃，項目B 為8.8℃。項目B的磁懸浮機組長期處于高負荷運行，且冷凍水出水溫度設(shè)置較低，致使蒸發(fā)溫度下降。過低的冷凍水溫度對機組運行不利，影響機組運行效率，降低整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，從而降低主機的運行效率，增加系統(tǒng)能耗。

在考慮機組COP 的同時，要關(guān)注機房整體能效水平是否達到節(jié)能標準。項目A 磁懸浮機組能效高于項目B，但機房EER 為3.4，低于項目B 的機房EER3.97。根據(jù)美國ASHER 暖通協(xié)會制定的冷站能效標準，項目A 的機房整體能效水平并未達到“一般”水平EER3.5 以上。冷水機組是空調(diào)系統(tǒng)的核心部分，在整個機房能源消耗中占比最大，其他為輸配系統(tǒng)的能耗。針對以上情況，對數(shù)據(jù)進行深層次的分析，對項目的分項能耗進行對比，如圖6～7。

圖6 項目A分項能耗占比

圖7 項目B分項能耗占比

圖6～7 可見，項目A、B 的輸配系統(tǒng)能耗分別占比為45.88%、23.36%。項目A 的輸配系統(tǒng)能耗占比較高，接近機房總機房能耗一半，項目B 的輸配系統(tǒng)能耗占比較為合理。實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項目A 的冷凍水泵和冷卻水泵都存在選型過大的問題，且沒有進行變頻控制，無法根據(jù)建筑的實際運行情況對水泵進行調(diào)控，出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象，導致輸配系統(tǒng)能耗過高，抵消磁懸浮機組的節(jié)能效果，致使機房整體能耗上升，造成機房整體能效EER 的下降。

3 磁懸浮機組及系統(tǒng)運行能效診斷及分析

3.1 磁懸浮機組在部分負荷下運行能有效發(fā)揮性能優(yōu)勢

磁懸浮機組在部分負荷40%～70%的情況下運行能效較高，更適用于建筑負荷波動分散且波動較大的建筑。

3.2 冷凍水出水溫度和冷卻水回水溫度對磁懸浮機組的能效有明顯影響

在實際運行過程中，合理提高冷凍水出水溫度，降低冷卻水回水溫度能夠有效提高磁懸浮機組的運行能效COP。因此，通過機房群控設(shè)置合理的冷凍水出水溫度和冷卻水回水溫度，可提高機組運行效率和機房整體運行能效。

3.3 輸配系統(tǒng)能耗過高會導致機房整體能效下降

項目A 磁懸浮冷水機組的運行效果達到一級能效標準，但機房整體能效偏低，未達到冷站能效標準的“一般”水平，機組、水泵和冷卻塔各項空調(diào)設(shè)備選型及應(yīng)用都會影響整體機房能效EER。根據(jù)建筑的實際情況選用高效設(shè)備，并進行設(shè)備的合理選型，對提高機房整體能效有重要意義。

4 結(jié)語

磁懸浮機組無摩擦、噪音低，額定COP達到6，IPLV 達到11。

磁懸浮機組高效負荷區(qū)間為40%～70%之間，在高效負荷區(qū)間內(nèi)，磁懸浮機組才能達到最佳能效。長時間保持機組滿負荷運行，不能充分發(fā)揮其部分負荷下的高效運行的優(yōu)勢，在實際項目中空調(diào)系統(tǒng)能效存在很大的提升空間。

磁懸浮機組可以通過搭配合理的控制策略，設(shè)定合適的冷凍水出水溫度和冷卻水回水溫度，提高機組的運行能效。

機房整體能效不僅要根據(jù)建筑情況選用高效主機設(shè)備，同樣要合理搭配輸配系統(tǒng)和控制策略，各方面結(jié)合提高機房能效。