磁懸浮離心制冷機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

韓 銀 洲

(太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

磁懸浮離心機(jī)是利用由磁鐵構(gòu)成的數(shù)控磁軸承系統(tǒng)產(chǎn)生的磁力，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的運(yùn)動部件懸浮在磁襯上，從而消除了機(jī)械摩擦，實(shí)現(xiàn)了無油運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)；機(jī)組完全無油，減少了油路系統(tǒng)故障，可靠性提高30%～50%，機(jī)組能效提高8%，實(shí)現(xiàn)低至10%的部分負(fù)荷，沒有喘振問題[1]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，磁懸浮離心機(jī)得到了迅速的發(fā)展和工程應(yīng)用[2,3]。本文將對位于山西太原市某辦公樓項(xiàng)目新風(fēng)換氣機(jī)的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 工程概況

本工程為山西太原某商業(yè)綜合樓，處于寒冷地區(qū)?？偨ㄖ娣e72 859 m2，地下建筑面積30 574 m2，地上建筑面積為42 284 m2，商業(yè)建筑面積為11 000 m2，辦公建筑面積31 259 m2，建筑高度為96.6 m，地下5層，地上24層。地下5層為平戰(zhàn)結(jié)合人防，平時(shí)為汽車庫，戰(zhàn)時(shí)為核6常6級甲類二等人員掩蔽所，地下4層為平戰(zhàn)結(jié)合人防，平時(shí)為汽車庫，戰(zhàn)時(shí)為人防物資庫，地下3層局部為平戰(zhàn)結(jié)合人防，平時(shí)為汽車庫，戰(zhàn)時(shí)為人防物資庫，地下2層為設(shè)備用房和汽車庫，地下1層為丁類庫房和汽車庫，地上1層～4層為商業(yè)，5層以上為辦公。

夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)：室外空氣干球溫度tw=31.5 ℃，相對濕度Φ=58%；室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。空調(diào)負(fù)荷見表2。新風(fēng)量6 000 m3/h。

表1 空調(diào)區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 夏季空調(diào)冷負(fù)荷概況

2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵定流量末端變流量雙管制系統(tǒng)?？照{(diào)水立管為下供下回異程式，每層水平管為同程式系統(tǒng)。冷熱水泵均采用高效變頻泵?？照{(diào)末端根據(jù)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥門的開度，供回水總管之間設(shè)置電動壓差旁通閥控制冷水供回水總管的壓差穩(wěn)定。選用的旁通閥理想特性為直線型特性。

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：商業(yè)部分為全空氣系統(tǒng)；辦公部分采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。針對商業(yè)、大廳及多功能廳等室內(nèi)人員密度較高的特點(diǎn)，總的新風(fēng)量會很高，尤其是在非高峰運(yùn)營時(shí)段，所以在室內(nèi)安裝了CO2濃度傳感器，根據(jù)CO2濃度的大小自動調(diào)節(jié)新風(fēng)量的大小。針對空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)在部分負(fù)荷風(fēng)量過大的情形，將部分風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成變頻風(fēng)機(jī)以滿足不同工況的調(diào)節(jié)需求。大空間的末端空氣調(diào)節(jié)機(jī)組采用雙風(fēng)機(jī)，在過渡季節(jié)加大新風(fēng)量，利用室外新風(fēng)免費(fèi)供冷。

3 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本建筑為商業(yè)和辦公綜合建筑，負(fù)荷變化特征差異較大，為了更好的使得制冷系統(tǒng)能具有更高的調(diào)節(jié)性能，本系統(tǒng)的夏季空調(diào)冷源選用水冷磁懸浮離心制冷機(jī)2臺，每臺制冷量3 165 kW；1臺水冷離心機(jī)，制冷量為3 224 kW。兩用一備。水冷磁懸浮離心機(jī)性能系數(shù)COP為6.12 kW/kW，綜合部分系數(shù)IPLV大于6.1。水冷離心機(jī)性能系數(shù)COP為5.4 kW/kW。中央冷水機(jī)組設(shè)置機(jī)房群控系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)總冷負(fù)荷的變化，一次供回水溫差實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組分臺優(yōu)化控制?？刂埔笫菍?shí)現(xiàn)機(jī)組臺數(shù)與負(fù)荷相匹配；機(jī)組最優(yōu)啟停時(shí)間控制，平均分配設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。對各季節(jié)的優(yōu)先使用設(shè)備進(jìn)行制定，發(fā)生故障進(jìn)行自動切換。

水冷磁懸浮離心制冷機(jī)具有如下特點(diǎn):

1)選用的磁懸浮離心制冷機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)軸和葉輪組件通過數(shù)字控制的磁軸承系統(tǒng)(包含一個(gè)軸向軸承和兩個(gè)徑向軸承)在旋轉(zhuǎn)過程中懸浮，完全消除金屬與金屬之間接觸，不會磨損表面。該機(jī)組磁軸承上的定位傳感器則為電機(jī)轉(zhuǎn)子提供每分鐘高達(dá)600萬次的實(shí)時(shí)重新定位，以確保精確定位和可靠。降低了機(jī)組噪聲，結(jié)構(gòu)振動接近于0[4]。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)無需進(jìn)行特殊的減振降噪設(shè)計(jì)，極大地降低了業(yè)主的安裝和降噪成本。

2)由于系統(tǒng)無需潤滑油，避免了油膜覆蓋在換熱器上導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降，實(shí)現(xiàn)了無油潤滑效率提高了15%以上。無需專門的油路系統(tǒng)、油泵等，可靠性提高了30%～50%，冷媒中無潤滑油，機(jī)組的COP提高8%；同時(shí)，不需要較為穩(wěn)定的油壓差，啟動之前不需余熱等特點(diǎn)，減少了普通離心機(jī)所需的預(yù)熱時(shí)間[4]。工程投入實(shí)際運(yùn)行后達(dá)到了免維護(hù)，節(jié)省了業(yè)主單位的運(yùn)營和管理成本。

3)采用了全直流變頻技術(shù)，負(fù)荷調(diào)節(jié)可以降至10%，同時(shí)不會出現(xiàn)普通離心制冷壓縮機(jī)的喘振問題(常規(guī)機(jī)組最低至50%負(fù)荷)[4]。對電網(wǎng)無沖擊，開機(jī)僅需2 A低啟動電流，380 V通用電源，對于業(yè)主單位無需單獨(dú)申請高壓電源，相比與傳統(tǒng)的制冷機(jī)安裝，免去了繁瑣的審批流程，節(jié)省了安裝成本。

4)采用了高效換熱管設(shè)計(jì)，缺列布局保證冷媒均勻橫向分配，提升了5%換熱效率。均液板保證冷媒軸向均勻分配管群布局最優(yōu)，換熱性能提升；采用板式換熱器，過冷度大，采用電子膨脹閥精確控制二級吸氣口過熱度避免二級吸氣帶液[4]。通過采用冷媒二次強(qiáng)化過冷技術(shù)，COP可提高5%，制冷量提高8%。

5)該磁懸浮離心制冷機(jī)采用環(huán)保冷媒R134a，制冷性能出色，節(jié)電、節(jié)水、降低CO2的排放，對臭氧層損耗值(ODP)為0，屬正壓型冷媒，避免了系統(tǒng)混入空氣的危險(xiǎn)。對環(huán)境保護(hù)具有顯著的意義。

4 結(jié)語

本工程是一個(gè)商業(yè)和辦公綜合建筑體，負(fù)荷較大，各個(gè)空間的負(fù)荷分布特征不同，因此選用了磁懸浮離心機(jī)去解決負(fù)荷匹配的問題，同時(shí)保持設(shè)備的高效運(yùn)行。通過實(shí)踐有以下經(jīng)驗(yàn)供讀者參考，磁懸浮離心制冷機(jī)通過采用磁懸浮技術(shù)避免了傳統(tǒng)設(shè)備的高振動和噪聲；采用無油技術(shù)減少了系統(tǒng)部件和預(yù)熱時(shí)間，提高了機(jī)組可靠性；全直流變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，解決了傳統(tǒng)離心機(jī)的“喘振”問題；低啟動電流提高了適配性和降低了用戶的安裝難度；高效換熱設(shè)計(jì)和冷媒二次強(qiáng)化提高了COP和制冷量?？偟膩碚f，磁懸浮離心制冷機(jī)是一種新型環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的制冷機(jī)組，是一種值得大力推廣的節(jié)能產(chǎn)品。