磁懸浮變頻離心冷水機組的節(jié)能效果對比分析
對傳統(tǒng)行業(yè)標準習(xí)慣將冷水機組運行工況下COP值視為評估空調(diào)機組性能的重要指標，但實際情況下，冷水機組只有部分時間段非滿負荷狀態(tài)運行，因此，使用該指標進行評估具有一定的片面性，利用空調(diào)在運行期間的綜合效率進行評估，就能夠比較真實地反映出冷水機組的節(jié)能效率，因此，該指標得到越來越多的業(yè)內(nèi)認可。而磁懸浮變頻離心冷水機組也是以此理念作為基礎(chǔ)研發(fā)產(chǎn)生，將極大降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，減少排放污染。
1、工作原理與節(jié)能效果分析
1.1冷水機組的工作原理
磁懸浮變頻式冷水機組主要依靠磁懸浮軸承帶動磁懸浮壓縮機做功，在離心式冷水機組的軸向上布置安裝有永磁直流電機，接通電源后，在電磁場的影響下，促使軸承高速運轉(zhuǎn)，并且保持軸承與底座之間的位移誤差不超過0．007 mm，降低兩者之間的摩擦可能，也節(jié)省了潤滑冷卻系統(tǒng)的布置設(shè)計，提高了空間利用。
1.2冷水機組非滿負荷狀態(tài)下節(jié)能效果分析
通過研究中央空調(diào)系統(tǒng)的冷水機組在非滿負荷狀態(tài)下的工況運行情況，調(diào)節(jié)能耗影響因素，制定有針對性的技改措施進行調(diào)控，以降低部件能耗。設(shè)定在冷水機組溫度為32℃的運行條件下，研究COP在不同負荷下的值域變化，以磁懸浮離心式冷水機組、變頻離心式冷水機組、定頻離心式冷水機組等三種形式進行對比研究，可得出如圖1所示的空調(diào)機組COP與載荷變化關(guān)聯(lián)圖。
圖1 空調(diào)機組COP與載荷變化關(guān)聯(lián)圖
常用的定頻離心式冷水機組通常采用調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片的角度控制空調(diào)壓縮機流量，但在低負荷條件下運行時容易出現(xiàn)冷水機組的喘振現(xiàn)象，影響壓縮機的穩(wěn)定運行，而且對導(dǎo)流葉片的可調(diào)控角度受到一定范圍限制影響，因此，實驗驗證當導(dǎo)流葉片的開合度小于30％情況下，具有明顯的節(jié)流效果，但是冷水機組的能耗也顯著增加。變頻離心式冷水機組除了調(diào)控導(dǎo)流葉片的開和角度外，協(xié)調(diào)使用了變頻調(diào)速手段與之相結(jié)合，擴大了負荷的可控范圍，也提高了冷水機組的能耗調(diào)節(jié)范圍，但是與定頻設(shè)備同樣存在低負荷條件下的喘振現(xiàn)象，而且隨著變頻作用的發(fā)生，頻繁開閉調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片，造成了更大程度的能量損耗，提升了運行能耗。磁懸浮離心式冷水機組如上述主要采用了永磁直流電機驅(qū)動軸承轉(zhuǎn)動，同時結(jié)合變頻技術(shù)，根據(jù)工作需要隨時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速、制冷流量等，確保壓縮機在不同負荷條件下的最優(yōu)壓縮狀態(tài)，
因此，雖然在不同負荷運行條件下，COP曲線呈現(xiàn)出衰減趨勢，但在70％的負荷范圍內(nèi)，COP曲線整體呈現(xiàn)水平狀態(tài)，節(jié)能效果明顯優(yōu)于其他兩種形式的離心冷水機組。
1.3冷水機組與不同溫感冷卻水變化的節(jié)能效果分析
同樣以磁懸浮離心式冷水機組、變頻離心式冷水機組、定頻離心式冷水機組等三種形式進行對比研究，設(shè)定滿負荷條件下，即100％負荷率下，冷水機組在不同溫感的冷卻水作用下COP變化情況，進水溫度溫差范圍為10~36℃。通過對比分析，初始溫度在10℃時，磁懸浮離心式冷水機組的COP達到22％，當進水溫度上升至16℃時，變頻和定頻冷水機組COP才有顯現(xiàn)，初始值約為13％，并且三種冷水機組隨著冷卻水進水溫度的不斷升高，其COP值均呈現(xiàn)降低的趨勢，當溫度達到32℃時，三種COP值呈現(xiàn)相交等值，其COP達到6％。
綜上分析，在相同100％負荷率條件下，冷卻水進水溫度相同情況下，磁懸浮冷水機組的COP值依次高于變頻式冷水機組和定頻式冷水機組，具有更加明顯的降耗效果。
除此之外，磁懸浮離心式冷水機組的空調(diào)壓縮機啟動單機需要電流只要2 A，在低電流條件下即可啟動運行，極大降低了高電流啟動器對于電網(wǎng)擊穿的風(fēng)險，減少了壓縮機的啟動能耗。綜合磁懸浮離心式冷水機組的變頻、零摩擦、無需潤滑油，并且在低負荷條件下，具有較高COP，對于冷卻水水溫的較好適應(yīng)性等多方優(yōu)勢，整體具有較高的節(jié)能效果。
2 、冷水機組的經(jīng)濟實用性能分析
2.1能源中心制冷供冷
能源中心作為機場航站的配套設(shè)施，需要有足夠的供冷量確保機場環(huán)境的適宜溫度，一般情況下設(shè)置的室內(nèi)場館包括候機廳、指揮中心以及公共服務(wù)區(qū)等設(shè)施，使用面積約為72萬m2，預(yù)算夏季高峰期的冷負荷約為97500kW。
2.2能源政策影響
為了有效控制上一級供電的實際用電消耗，結(jié)合用電政策要求，最大化地利用波峰波谷的電價差，合理調(diào)控不同時間段機場大型用電設(shè)施的使用時長，合理分配不同設(shè)備的用電負荷，制定出負荷分布最佳方案，實現(xiàn)用電優(yōu)化。
2.3空調(diào)供冷方案
結(jié)合地方政府和電力部門的能源用電政策，綜合分析機場不同區(qū)域和設(shè)施設(shè)備的用電要求，主要采用水蓄冷的供冷方案。擬建設(shè)12臺2 000 RT的冷水機組組成水冷系統(tǒng)蓄冷設(shè)施，建造3座容量約1．8萬m3的水冷槽，蓄冷量達到117 400 IHH。在夜間的低電價時段內(nèi)采用水蓄冷方式進行供冷，而且保證滿足夜間空調(diào)的負荷要求。白天在高電價的時間段內(nèi)再釋放水冷槽冷量，進行集中供冷。主要涉及到的設(shè)備有離心冷水機組、冷凍水多級泵、水冷槽，以及電控設(shè)備等。
2．4經(jīng)濟效果比較
按照常規(guī)夏季空調(diào)使用時間標準為170天計算，以定頻離心式冷水機組與磁懸浮離心式冷水機組進行比對分析，基礎(chǔ)設(shè)備均配備有冷卻塔、冷卻水泵、冷凍多級泵、水冷槽、蓄冷池、輔助供電系統(tǒng)和管道設(shè)施等，而且各種設(shè)備型號、功率、安裝臺數(shù)等參數(shù)基本相同，但是整個系統(tǒng)完善建成，定頻離心式水冷機組配套設(shè)施初期投入需要13265萬元，而磁懸浮離心式水冷機組配套初期投入需要13935萬元，相較于定頻多投入670萬元，經(jīng)濟成本相對較高。
按照各型號設(shè)備在不同運行負荷條件下工作狀態(tài)的耗電量進行綜合分析，預(yù)設(shè)設(shè)備運載負荷于滿載總負荷占比分別為25％、50％、75％、l00％等狀態(tài)，而且根據(jù)冷水機組與配套設(shè)備設(shè)施在相同負荷條件下，在用電不同時段，比如尖峰時段、高峰時段、平峰時段、低谷時段等錯峰用電情況進行縱向比對。經(jīng)過實踐論證，定頻離心冷水機組及配套設(shè)施耗電量達到了3 230．52萬kW·h／年，而磁懸浮離心式冷水機組及配套設(shè)施耗電量則為2208．9l萬kW·h／年，磁懸浮離心式比定頻離心式的供冷系統(tǒng)年耗電量要節(jié)省電量1 021．61萬kW．h，節(jié)省電費480．1萬元，運行費用大大降低。
雖然磁懸浮離心式冷水機組的初期投入較高，但是通過后期正常運行期間的低成本維護，可在1．4年周期內(nèi)回收初期投入成本，見效快、回報高。而且在設(shè)備折舊與年損耗相同的條件下，磁懸浮離心式冷水機組的整體配套設(shè)施運維成本極大降低，有助于機組的長期穩(wěn)定運行，具有較好的經(jīng)濟節(jié)約價值，相比定頻也具有較好的節(jié)電降耗優(yōu)勢，因此，磁懸浮冷水機組的整體性能更加優(yōu)越。
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