陳曉林 姜?jiǎng)P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(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院

我國(guó)的空調(diào)系統(tǒng)能源消耗占比全社會(huì)能源總消耗的21.7%，因此進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能，應(yīng)用高效節(jié)能設(shè)備勢(shì)在必行。磁懸浮冷水機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行條件下，峰值效率COP 高達(dá)12，運(yùn)用高效節(jié)能的磁懸浮冷水機(jī)組是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)重要方式。磁懸浮冷水機(jī)組無(wú)摩擦、噪音低，部分負(fù)荷下能效高，其節(jié)能效果被廣泛認(rèn)知。磁懸浮機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件少，日常維護(hù)費(fèi)用低，磁懸浮機(jī)組的摩擦損失僅為傳統(tǒng)離心機(jī)組的2%左右，在節(jié)能改造項(xiàng)目中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。汪洋、朱偉峰、王黛娜采用磁懸浮冷水機(jī)組對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能率都達(dá)到20%以上。孫潔、劉拴強(qiáng)實(shí)測(cè)磁懸浮冷水機(jī)組的實(shí)際能效COP 分別為8.19 和8.9。

本文通過(guò)磁懸浮機(jī)組性能參數(shù)分析機(jī)組的能效水平，對(duì)節(jié)能改造工程進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，總結(jié)分析磁懸浮機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的能效及存在的典型問(wèn)題，推動(dòng)磁懸浮冷水機(jī)組在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中的良性發(fā)展。

1 磁懸浮機(jī)組性能

根據(jù)國(guó)內(nèi)外設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的磁懸浮機(jī)組能效數(shù)據(jù)，對(duì)500RT 的磁懸浮機(jī)組的性能進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1 所示。

圖1 不同廠家磁懸浮冷水機(jī)組能效

圖1 為不同空調(diào)廠家500RT 磁懸浮機(jī)組能效對(duì)比?？梢?jiàn)，磁懸浮機(jī)組COP 在6 左右，IPLV 在11 左右。不同廠家的機(jī)組能效相比差別不大，磁懸浮機(jī)組COP 達(dá)到二級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，IPLV 都遠(yuǎn)超一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，滿足國(guó)家對(duì)高效節(jié)能設(shè)備的能效要求。

針對(duì)品牌1 提供的磁懸浮機(jī)組能效數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，如圖2 所示。

圖2 磁懸浮機(jī)組性能曲線

由圖2 可知機(jī)組額定工況COP 為5.7，綜合能效IPLV 為10.79，單點(diǎn)最高COP 可達(dá)到12.32。磁懸浮機(jī)組的高效負(fù)荷范圍在30%～70%之間，在負(fù)荷率50%左右時(shí)，機(jī)組能效最高。不同冷卻水回水溫度下的磁懸浮機(jī)組的能效有明顯差距，在同一負(fù)荷率的情況下，機(jī)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(jī)組的能效越高。

2 磁懸浮機(jī)組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 機(jī)組測(cè)試方案

對(duì)青島地區(qū)的節(jié)能改造項(xiàng)目進(jìn)行磁懸浮冷水機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，測(cè)試方案如表1。

表1 測(cè)試方案

通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)冷凍水供回水溫度和冷卻水供回水溫度，流量計(jì)測(cè)量冷凍水和冷卻水的流量，電表測(cè)量機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔的耗電量。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析機(jī)組的使用特點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)診斷，分析機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在的典型問(wèn)題。

項(xiàng)目基本信息如表2。

表2 實(shí)測(cè)項(xiàng)目基本信息

2.2 磁懸浮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行能效分析

根據(jù)項(xiàng)目A 磁懸浮機(jī)組的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，如圖3 ～4 所示。

圖3 磁懸浮機(jī)組COP與負(fù)荷率關(guān)系圖

A 項(xiàng)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(yùn)行時(shí)間為24h。圖3可見(jiàn)，該酒店建筑負(fù)荷偏小，機(jī)組負(fù)荷率基本集中在20%～50%之間。機(jī)組長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，磁懸浮機(jī)組最高點(diǎn)能效COP 可達(dá)10 左右，平均COP 為7.11。磁懸浮機(jī)組COP 隨著建筑負(fù)荷的不斷升高而逐漸降低。圖4 可見(jiàn)，磁懸浮機(jī)組COP 隨著冷卻水回水溫度的降低而不斷升高，說(shuō)明降低冷卻水回水溫度有利于機(jī)組的高效運(yùn)行。冷卻水回水溫度在23 ～33℃范圍內(nèi)，溫度每降低1℃，機(jī)組能效提升5.6%左右。綜上，磁懸浮機(jī)組在部分負(fù)荷下運(yùn)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(jī)組效率。

圖4 磁懸浮機(jī)組COP與冷卻水回水溫度關(guān)系圖

圖 5 磁懸浮冷機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行能效

2.3 實(shí)測(cè)項(xiàng)目機(jī)組及機(jī)房整體能效分析

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)兩個(gè)項(xiàng)目同一制冷季的機(jī)組能效，計(jì)算得到同一制冷季平均COP，根據(jù)機(jī)房整體能耗數(shù)據(jù)計(jì)算得冷站EER。對(duì)比同一制冷季時(shí)間段內(nèi)機(jī)組的實(shí)際COP 和EER，如圖5。

圖5 可見(jiàn)，項(xiàng)目A 的平均COP 為7.11，EER 為3.4，項(xiàng)目B 的平均COP 為5.42，EER為3.97。實(shí)測(cè)兩個(gè)項(xiàng)目同樣采用磁懸浮機(jī)組，實(shí)際應(yīng)用情況不同，導(dǎo)致磁懸浮機(jī)組的運(yùn)行能效COP 差別較大，能效相差24%。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致以上情況出現(xiàn)的原因有以下兩點(diǎn)：

原因1：項(xiàng)目A 的機(jī)組負(fù)荷率集中在20%～50%范圍內(nèi)，項(xiàng)目B 的磁懸浮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率偏高，長(zhǎng)期處于滿負(fù)載的狀態(tài)下運(yùn)行，負(fù)荷率在70%以上的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)總運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的60%。磁懸浮機(jī)組高效負(fù)荷區(qū)間為40%～70%范圍內(nèi)，項(xiàng)目B 沒(méi)有充分利用磁懸浮冷水機(jī)組在部分負(fù)荷性能高的優(yōu)點(diǎn)。

原因2：實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目A 冷凍水平均溫度為10.9℃，項(xiàng)目B 為8.8℃。項(xiàng)目B的磁懸浮機(jī)組長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行，且冷凍水出水溫度設(shè)置較低，致使蒸發(fā)溫度下降。過(guò)低的冷凍水溫度對(duì)機(jī)組運(yùn)行不利，影響機(jī)組運(yùn)行效率，降低整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而降低主機(jī)的運(yùn)行效率，增加系統(tǒng)能耗。

在考慮機(jī)組COP 的同時(shí)，要關(guān)注機(jī)房整體能效水平是否達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目A 磁懸浮機(jī)組能效高于項(xiàng)目B，但機(jī)房EER 為3.4，低于項(xiàng)目B 的機(jī)房EER3.97。根據(jù)美國(guó)ASHER 暖通協(xié)會(huì)制定的冷站能效標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目A 的機(jī)房整體能效水平并未達(dá)到“一般”水平EER3.5 以上。冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的核心部分，在整個(gè)機(jī)房能源消耗中占比最大，其他為輸配系統(tǒng)的能耗。針對(duì)以上情況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，對(duì)項(xiàng)目的分項(xiàng)能耗進(jìn)行對(duì)比，如圖6～7。

圖6 項(xiàng)目A分項(xiàng)能耗占比

圖7 項(xiàng)目B分項(xiàng)能耗占比

圖6～7 可見(jiàn)，項(xiàng)目A、B 的輸配系統(tǒng)能耗分別占比為45.88%、23.36%。項(xiàng)目A 的輸配系統(tǒng)能耗占比較高，接近機(jī)房總機(jī)房能耗一半，項(xiàng)目B 的輸配系統(tǒng)能耗占比較為合理。實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目A 的冷凍水泵和冷卻水泵都存在選型過(guò)大的問(wèn)題，且沒(méi)有進(jìn)行變頻控制，無(wú)法根據(jù)建筑的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)控，出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象，導(dǎo)致輸配系統(tǒng)能耗過(guò)高，抵消磁懸浮機(jī)組的節(jié)能效果，致使機(jī)房整體能耗上升，造成機(jī)房整體能效EER 的下降。

3 磁懸浮機(jī)組及系統(tǒng)運(yùn)行能效診斷及分析

3.1 磁懸浮機(jī)組在部分負(fù)荷下運(yùn)行能有效發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)

磁懸浮機(jī)組在部分負(fù)荷40%～70%的情況下運(yùn)行能效較高，更適用于建筑負(fù)荷波動(dòng)分散且波動(dòng)較大的建筑。

3.2 冷凍水出水溫度和冷卻水回水溫度對(duì)磁懸浮機(jī)組的能效有明顯影響

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(jī)組的運(yùn)行能效COP。因此，通過(guò)機(jī)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(jī)組運(yùn)行效率和機(jī)房整體運(yùn)行能效。

3.3 輸配系統(tǒng)能耗過(guò)高會(huì)導(dǎo)致機(jī)房整體能效下降

項(xiàng)目A 磁懸浮冷水機(jī)組的運(yùn)行效果達(dá)到一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，但機(jī)房整體能效偏低，未達(dá)到冷站能效標(biāo)準(zhǔn)的“一般”水平，機(jī)組、水泵和冷卻塔各項(xiàng)空調(diào)設(shè)備選型及應(yīng)用都會(huì)影響整體機(jī)房能效EER。根據(jù)建筑的實(shí)際情況選用高效設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備的合理選型，對(duì)提高機(jī)房整體能效有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

磁懸浮機(jī)組無(wú)摩擦、噪音低，額定COP達(dá)到6，IPLV 達(dá)到11。

磁懸浮機(jī)組高效負(fù)荷區(qū)間為40%～70%之間，在高效負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，磁懸浮機(jī)組才能達(dá)到最佳能效。長(zhǎng)時(shí)間保持機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，不能充分發(fā)揮其部分負(fù)荷下的高效運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際項(xiàng)目中空調(diào)系統(tǒng)能效存在很大的提升空間。

磁懸浮機(jī)組可以通過(guò)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(jī)組的運(yùn)行能效。

機(jī)房整體能效不僅要根據(jù)建筑情況選用高效主機(jī)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(jī)房能效。