磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)離心式冷水機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

屈玲蕾

（1.美國(guó)CMC建筑與規(guī)劃事務(wù)所，上海 200122；2.上海勵(lì)翔建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所，上海 200122）

磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)離心式冷水機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

屈玲蕾1，2

（1.美國(guó)CMC建筑與規(guī)劃事務(wù)所，上海 200122；2.上海勵(lì)翔建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所，上海 200122）

選用高效的冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排的有效途徑。磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)離心式冷水機(jī)組有著較高的綜合部分負(fù)荷效率。文章針對(duì)醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)，依據(jù)整個(gè)制冷期內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷的變化，通過(guò)對(duì)冷水機(jī)組的選型分析，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)離心式冷水機(jī)組進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)性分析及CO2減排量的計(jì)算。

空調(diào)系統(tǒng)；綜合部分負(fù)荷效率（IPLV）；變頻；經(jīng)濟(jì)性；減排

醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的能耗占據(jù)了整個(gè)醫(yī)院能耗的50%左右，所以醫(yī)院節(jié)能從空調(diào)著手，創(chuàng)建一個(gè)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的醫(yī)院是非常必要的。而空調(diào)冷水機(jī)組的能耗又占據(jù)了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的50%左右，所以如何降低空調(diào)的能耗，選用高效的冷水機(jī)組是一個(gè)非常有效的途徑。而如何判斷冷水機(jī)組是否高效？采用冷水機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的COP值來(lái)判斷只是其中之一，醫(yī)院空調(diào)大部分時(shí)間是運(yùn)行在部分負(fù)荷之中，所以冷水機(jī)組在整個(gè)空調(diào)運(yùn)行期的綜合效率（綜合部分負(fù)荷效率（IPLV））才能真實(shí)體現(xiàn)冷水機(jī)組的節(jié)能性。磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)離心式冷水機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱磁懸浮冷水機(jī)組）有著極高的綜合部分負(fù)荷效率（IPLV），我單位在一個(gè)工程實(shí)例中運(yùn)用了這項(xiàng)新型的節(jié)能設(shè)備。

1.工程概況

工程位于河南省鄭州市，河南省腫瘤醫(yī)院新建病房綜合樓，需要配套空調(diào)系統(tǒng)。該樓總建筑面積113514m2，由手術(shù)部、ICU、層流病房、中心供應(yīng)、中心配置、病理科、醫(yī)技、病房等組成。根據(jù)醫(yī)院不同部門(mén)的工作性質(zhì)和使用情況，把整個(gè)醫(yī)院的空調(diào)分為三個(gè)大系統(tǒng)，其一為潔凈空調(diào)系統(tǒng)（主要用于手術(shù)部、層流病房等）、其二為變頻多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)（用于醫(yī)技部門(mén)）、其三為主系統(tǒng)舒適性空調(diào)系統(tǒng)。按這三個(gè)系統(tǒng)分別選用不同的空調(diào)冷（熱）源。

通過(guò)計(jì)算，該醫(yī)院夏季空調(diào)總冷負(fù)荷10760.04kW。醫(yī)技室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷80.7kW由變頻多聯(lián)機(jī)（VRV）系統(tǒng)承擔(dān)；潔凈空調(diào)冷負(fù)荷2888.0kW由熱泵（帶熱回收）系統(tǒng)承擔(dān)，其中舒適性空調(diào)冷負(fù)荷7791.34kW由冷水機(jī)組承擔(dān)。本工程選用了二臺(tái)離心式冷水機(jī)組（每臺(tái)700RT），三臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組（每臺(tái)287RT），能夠較好滿足工程需要。

2.磁懸浮冷水機(jī)組簡(jiǎn)單介紹

磁懸浮冷水機(jī)組，采用領(lǐng)先的磁懸浮和無(wú)極變速技術(shù)，無(wú)油潤(rùn)滑，超低振動(dòng)，可延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命。

磁懸浮離心壓縮機(jī)具有磁性軸承，軸與軸承無(wú)接觸轉(zhuǎn)動(dòng)，減小了由于齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的能量損耗，壓縮機(jī)配備永久磁性同步電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，壓縮機(jī)可在接近零負(fù)荷的工況下穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)組使用的是不會(huì)被淘汰、不對(duì)臭氧層有潛在破壞的R134a環(huán)保制冷劑。

磁懸浮冷水機(jī)組采用控制邏輯，壓縮機(jī)通過(guò)在部分負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組輸出冷量，其綜合部分負(fù)荷效率（IPLV）指標(biāo)達(dá)到10.0（目前大多數(shù)恒速離心機(jī)的綜合部分負(fù)荷效率（IPLV）指標(biāo)約 5.6）。

3.冷水機(jī)組選型分析

醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷不同時(shí)段負(fù)荷變化很大，而中央空調(diào)冷水機(jī)組的冷量匹配往往是能滿足建筑物的最大負(fù)荷需求。根據(jù)ARI（美國(guó)制冷學(xué)會(huì)）發(fā)布的空調(diào)負(fù)荷全年分布統(tǒng)計(jì)可以看出，中央空調(diào)冷水機(jī)組在80%以上的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)運(yùn)行在部分負(fù)荷狀態(tài)。

空調(diào)負(fù)荷全年分布

對(duì)于醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)，其運(yùn)行更為復(fù)雜。如門(mén)診、病理科為白天運(yùn)行，急診為24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，病房為晚上低負(fù)荷運(yùn)行，手術(shù)室、ICU為全年運(yùn)行，各部門(mén)都有不同要求。另外一些部門(mén)需要提前供冷或供熱，延遲停止供冷或供熱，造成峰谷負(fù)荷相差較大。正是基于這一點(diǎn)，給磁懸浮冷水機(jī)組提供了廣泛的應(yīng)用天地。在任何運(yùn)行工況、任何時(shí)刻下，磁懸浮冷水機(jī)組都能充分發(fā)揮部分負(fù)荷高效節(jié)能的作用，從而避免了恒速離心機(jī)組在低負(fù)荷高能耗工況下運(yùn)行，大大節(jié)省了整個(gè)空調(diào)工程的運(yùn)行費(fèi)用。

針對(duì)該工程，如何合理選用冷水機(jī)組（單臺(tái)制冷能力和選用臺(tái)數(shù)）對(duì)運(yùn)行中的節(jié)能至關(guān)重要。本工程舒適性空調(diào)主要服務(wù)于病房，由于在夜間，人員活動(dòng)減少，所以新風(fēng)需求也相對(duì)減少，一般病房夜間的負(fù)荷約為白天的60%以下。在整個(gè)制冷期，空調(diào)最小負(fù)荷出現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的初始期和末期，此時(shí)空調(diào)負(fù)荷約占總負(fù)荷的30%。該醫(yī)院舒適性空調(diào)冷負(fù)荷7791.34kW（2216RT），最大負(fù)荷時(shí)的夜間負(fù)荷約為1329RT，空調(diào)最小負(fù)荷約為664RT。選用冷水機(jī)組的原則是大、小搭配，盡可能滿足不同負(fù)荷段的需求，極大提高單臺(tái)機(jī)組的效率[1]。

通過(guò)對(duì)實(shí)際負(fù)荷需求的分析，設(shè)計(jì)者認(rèn)為在空調(diào)運(yùn)行的初始期和末期，主要運(yùn)行磁懸浮冷水機(jī)組，負(fù)荷增加時(shí)，磁懸浮冷水機(jī)組以調(diào)節(jié)負(fù)荷運(yùn)行為主。按現(xiàn)選機(jī)組的配備，在整個(gè)制冷期內(nèi)，冷水機(jī)組可以把負(fù)荷分為九級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)行（不包括磁懸浮冷水機(jī)組自行的調(diào)節(jié)）。我們選用二臺(tái)離心式冷水機(jī)組（每臺(tái)700RT），三臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組（每臺(tái)287RT，共861RT，該機(jī)組單臺(tái)最大制冷能力偏小）。冷水機(jī)組這樣選型也避免了由變頻機(jī)組切換到定頻機(jī)組時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷空隙區(qū)[2]。

4.磁懸浮冷水機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用分析比較

4.1機(jī)組情況

此次工程選用了三臺(tái)287RT磁懸浮冷水機(jī)組，現(xiàn)與一臺(tái)450RT及一臺(tái)400RT定頻離心式冷水機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行比較。

4.2分析比較的依據(jù)[3][4]

僅對(duì)三臺(tái)287RT磁懸浮冷水機(jī)組和二臺(tái)定頻離心式冷水機(jī)組的能耗計(jì)算，而其余相同的定頻離心式冷水機(jī)組、末端設(shè)備等部分的能耗不予計(jì)算。

僅對(duì)850RT冷負(fù)荷配機(jī)按全年的冷負(fù)荷進(jìn)行比較推算（該方案定頻機(jī)組全年基本上為高效率運(yùn)行）機(jī)組運(yùn)行時(shí)間為：110天（甲方提供的當(dāng)?shù)乜照{(diào)制冷天數(shù)）電費(fèi)按0.8元/kW·h計(jì)算（參照目前河南省電網(wǎng)銷售電價(jià)）

4.3全年空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

以ARI（美國(guó)制冷學(xué)會(huì)）統(tǒng)計(jì)的空調(diào)負(fù)荷全年分布數(shù)據(jù)為依據(jù)

空調(diào)負(fù)荷全年統(tǒng)計(jì)

4.4投資經(jīng)濟(jì)性分析

參照廠商提供的相關(guān)參數(shù)，287RT變頻機(jī)組的IPLV為10.0，450RT和400RT定頻機(jī)組的IPLV為5.6。

冷水機(jī)組全年所耗功率N=全年總負(fù)荷kW/該機(jī)組的IPLV值

參照廠商提供的相關(guān)數(shù)據(jù)：?jiǎn)闻_(tái)287RT磁懸浮冷水機(jī)組的初投資為RMB99萬(wàn)元，單臺(tái)400RT定頻離心式冷水機(jī)組的初投資共為RMB70萬(wàn)元，單臺(tái)450RT定頻離心式冷水機(jī)組的初投資共為RMB65萬(wàn)元。

冷水機(jī)組的使用壽命按20年計(jì)。

建筑面積、人員工資、維護(hù)費(fèi)用不作比較。

運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比表

變頻機(jī)組回收投資的時(shí)間約為9年（在電費(fèi)9年內(nèi)不漲價(jià)的前提下，電價(jià)若上漲，則能提前收回投資）。

5.CO2減排分析

參照按中國(guó)綠色低碳住區(qū)減炭技術(shù)評(píng)估框架體系中的單位建筑面積CO2排放量的基準(zhǔn)值公式，可以得出采用磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組后減排的量。[5]

式中：

Qrh——參考建筑單位面積全年耗熱量GJ/m2

Qrc---參考建筑單位面積全年耗冷量GJ/m2

Qrhw——參考建筑單位面積全年生活熱水耗熱量GJ/m2

COPrh——以熱泵作為參考采暖空調(diào)系統(tǒng)的供熱季平均性能系數(shù)

COPrc——以熱泵作為參考采暖空調(diào)系統(tǒng)的供冷季平均性能系數(shù)

ωc，電---電的CO2排放指標(biāo) 0.95kg/(kW·h)

（2）單位建筑面積CO2排放量的實(shí)際值Pec，實(shí)際值Pec的計(jì)算參照基準(zhǔn)值計(jì)算公式。

在該項(xiàng)目中只做了制冷的比較，即在制冷期節(jié)能減排44%，CO2的排放量減少309T/n

6.分析與小結(jié)

在銷售和購(gòu)買冷水機(jī)組的過(guò)程中，商家和用戶往往十分重視冷水機(jī)組的一次性投資，卻忽略了冷水機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用巨大這一事實(shí)。以冷水機(jī)組的平均使用壽命25年計(jì)，使用磁懸浮冷水機(jī)組，可為用戶節(jié)省超過(guò)652.5萬(wàn)元的電費(fèi)（在電費(fèi)25年不漲價(jià)的前提下）。目前由于磁懸浮變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)還屬于一種新型技術(shù)，掌握及生產(chǎn)的廠家較少，機(jī)組的價(jià)格相對(duì)較貴。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，成本降低，磁懸浮冷水機(jī)組應(yīng)用前景良好。

隨著人們對(duì)環(huán)境的日益關(guān)注，我們?cè)絹?lái)越倡導(dǎo)綠色建筑，節(jié)約能源和減少CO2排放也越來(lái)越被重視。參照此工程，850RT配機(jī)減少的CO2的排放量為309T/n，那么試想850RT在整個(gè)龐大的空調(diào)冷負(fù)荷中所占的比重，簡(jiǎn)直微乎其微，所以發(fā)展下去，所能減少的CO2的排放量將是一個(gè)可觀的數(shù)字。

本文重點(diǎn)從運(yùn)行費(fèi)用分析了選用磁懸浮冷水機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，未及采用磁懸浮冷水機(jī)組的其它節(jié)能點(diǎn)：如減少電流沖擊，節(jié)省電器投資與維護(hù)管理費(fèi)，減小后備電機(jī)的裝機(jī)容量，以及無(wú)油潤(rùn)滑系統(tǒng)節(jié)省的機(jī)組維護(hù)費(fèi)用等。

空調(diào)運(yùn)行是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一個(gè)好的設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終能否實(shí)現(xiàn)，需要科學(xué)的運(yùn)行管理及自控的配合支持。本工程中制冷機(jī)房的群控要求比較高，除了常規(guī)的控制外，還要求根據(jù)負(fù)荷的供需情況和機(jī)組、水泵、冷卻塔等工作曲線由計(jì)算機(jī)判斷出最節(jié)能的運(yùn)行模式，如此才更能體現(xiàn)其高效的工作效率。

因此，磁懸浮冷水機(jī)組作為空調(diào)冷源，其節(jié)能性是非常不錯(cuò)的。當(dāng)選用磁懸浮冷水機(jī)組作為空調(diào)冷源時(shí)，目前在考慮其節(jié)能性的同時(shí)，也需考慮其經(jīng)濟(jì)性，最好和定頻離心式冷水機(jī)組配合使用，而磁懸浮冷水機(jī)組的容量不宜太大，要根據(jù)工程實(shí)際情況分析配置變頻與定頻的比例。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB[S].50189-2005.

［2］袁秀玲.現(xiàn)代制冷空調(diào)理論應(yīng)用與新技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2009.

［3］盛學(xué)章.麥克維爾磁懸浮冷水機(jī)組北美學(xué)院顯節(jié)能效應(yīng)[J].機(jī)電信息，2008，(19).

［4］周子成.變頻離心式壓縮機(jī)冷水機(jī)組[J].制冷，2010，29(1).

［5］全國(guó)工商聯(lián)房地產(chǎn)商會(huì)，精瑞（中國(guó)）不動(dòng)產(chǎn)研究院.中國(guó)綠色低碳住區(qū)減碳技術(shù)評(píng)估框架體系討論稿節(jié)選[J].生態(tài)城市與綠色建筑，2010，（春季刊）：30-33.

Economic Analysis of the Magnetic Frequency Drive Centrifugal Water Chillers

Qu Ling-lei1，2
(1.CMC Architecture，INC.，Shanghai 200122，China;2.Shanghai Lixiang Architecture，INC.，Shanghai 200122，China)

The use efficient chiller is an effective way to save energy and reduce emissions.Magnetic frequency drive centrifugal water chillers have higher IPLV.The hospital air conditioning system,according to the changes in status of the refrigeration air conditioning cooling load within 24 hours and even in the whole cooling period,during the condition of the chiller selection analysis and combination with practical project,is analyzed by the simple economic explanation on Magnetic frequency drive centrifugal water chillers as well as calculation of CO2 emission reduction.

hospital air conditioning；integrated part Load value；frequency conversion；economy；reduction emissions

TU831

A

1672-0547（2011）03-0103-02

2011-02-14

屈玲蕾（1982-），女，上海人，美國(guó)CMC建筑與規(guī)劃事務(wù)所、上海勵(lì)翔建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所工程設(shè)計(jì)師。