磁懸浮冷水機組在節能改造項目中的實測與分析

陳曉林 姜凱迪 崔紅社

青島聯盛創能源科技有限公司 青島理工大學環境與市政工程學院

我國的空調系統能源消耗占比全社會能源總消耗的21.7%，因此進行空調系統節能，應用高效節能設備勢在必行。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，運用高效節能的磁懸浮冷水機組是實現空調系統節能的一個重要方式。磁懸浮冷水機組無摩擦、噪音低，部分負荷下能效高，其節能效果被廣泛認知。磁懸浮機組系統運動部件少，日常維護費用低，磁懸浮機組的摩擦損失僅為傳統離心機組的2%左右，在節能改造項目中得到越來越多的應用。汪洋、朱偉峰、王黛娜采用磁懸浮冷水機組對建筑進行節能改造，節能率都達到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分析機組的能效水平，對節能改造工程進行數據測試，總結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用中的良性發展。

1 磁懸浮機組性能

根據國內外設備生產廠家提供的磁懸浮機組能效數據，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 為不同空調廠家500RT 磁懸浮機組能效對比?？梢?，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，滿足國家對高效節能設備的能效要求。

針對品牌1 提供的磁懸浮機組能效數據進行具體分析，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，溫度越低，磁懸浮機組的能效越高。

2 磁懸浮機組實測數據分析

2.1 機組測試方案

對青島地區的節能改造項目進行磁懸浮冷水機組數據監測，測試方案如表1。

表1 測試方案

通過溫度傳感器監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。通過項目實測數據，分析機組的使用特點，進行系統診斷，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

根據項目A 磁懸浮機組的實測數據分析機組的運行特點，如圖3 ～4 所示。

圖3 磁懸浮機組COP與負荷率關系圖

A 項目為酒店建筑，為保證建筑正常的使用需求，空調系統運行時間為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，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，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

數據監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，根據機房整體能耗數據計算得冷站EER。對比同一制冷季時間段內機組的實際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%。通過現場調研發現，導致以上情況出現的原因有以下兩點：

原因1：項目A 的機組負荷率集中在20%～50%范圍內，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間為40%～70%范圍內，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點。

原因2：實測數據發現，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置較低，致使蒸發溫度下降。過低的冷凍水溫度對機組運行不利，影響機組運行效率，降低整個系統運行的穩定性，從而降低主機的運行效率，增加系統能耗。

在考慮機組COP 的同時，要關注機房整體能效水平是否達到節能標準。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。根據美國ASHER 暖通協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。冷水機組是空調系統的核心部分，在整個機房能源消耗中占比最大，其他為輸配系統的能耗。針對以上情況，對數據進行深層次的分析，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 的輸配系統能耗分別占比為45.88%、23.36%。項目A 的輸配系統能耗占比較高，接近機房總機房能耗一半，項目B 的輸配系統能耗占比較為合理。實際調研發現，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，無法根據建筑的實際運行情況對水泵進行調控，出現大流量小溫差的現象，導致輸配系統能耗過高，抵消磁懸浮機組的節能效果，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揮性能優勢

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設備選型及應用都會影響整體機房能效EER。根據建筑的實際情況選用高效設備，并進行設備的合理選型，對提高機房整體能效有重要意義。

4 結語

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間為40%～70%之間，在高效負荷區間內，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，不能充分發揮其部分負荷下的高效運行的優勢，在實際項目中空調系統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建筑情況選用高效主機設備，同樣要合理搭配輸配系統和控制策略，各方面結合提高機房能效。