磁懸浮離心機組在住宅集中THIC 系統(tǒng)的應(yīng)用分析

楊冰

北京金茂綠建科技有限公司

溫濕度獨立控制（以下簡稱THIC）空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性較高，而且系統(tǒng)顯熱末端在夏季可以使用高溫冷水控制室內(nèi)溫度，從而使得冷源總體性能系數(shù)提高[1]，節(jié)能性優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)，因此很多以高舒適度為賣點的高端住宅采用了THIC 系統(tǒng)。但是，住宅集中THIC 系統(tǒng)存在運行時間久、部分負(fù)荷工況多、維修更換不便、運維費用敏感、運行工況特殊等特性，還需要進一步優(yōu)化主機配置、降低能耗、提升經(jīng)濟性。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，磁懸浮變頻離心機作為高效冷熱源得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，本文擬結(jié)合磁懸浮變頻離心機的特性以及實例進行分析，探討其在住宅集中THIC 系統(tǒng)中的應(yīng)用可行性。

1 住宅集中THIC 系統(tǒng)

住宅集中THIC 系統(tǒng)的冷熱源形式一般為地源熱泵+燃?xì)忮仩t+單冷機組+冷卻塔，戶內(nèi)末端采用毛細(xì)管席或結(jié)構(gòu)埋管輻射空調(diào)系統(tǒng)，通過集中調(diào)濕新風(fēng)機組來調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度。此類系統(tǒng)在運行方面有如下特點：

1）全年運行時間長。為了保障項目舒適度品質(zhì)，住宅集中THIC 系統(tǒng)一般是冬夏季全天24 h 連續(xù)運行，在夏熱冬冷和寒冷地區(qū)的一些項目全年運行時間達到了10 個月，合計約7200 h/年。相比之下，同地區(qū)的寫字樓及商業(yè)的空調(diào)運行季一般為8 個月，全天運行時間不超過16 h，合計約3840 h/年。對比看出，住宅集中THIC 系統(tǒng)的運行時間比公共建筑長80%以上，意味著同樣的冷熱源主機在住宅項目上的運行壽命年限會大大減少。

2）部分負(fù)荷工況多。選取北京及杭州的THIC 住宅項目進行全年冷熱負(fù)荷分析，其負(fù)荷時間頻數(shù)曲線見圖1 和圖2。從圖中看出，以北京為代表的寒冷地區(qū)項目供冷工況負(fù)荷率絕大部分低于60%，供熱工況基本都在80%以下。杭州所代表的夏熱冬冷地區(qū)項目供冷及供熱負(fù)荷率基本不大于60%。因此，系統(tǒng)主機規(guī)格搭配及主機性能均應(yīng)考慮在部分負(fù)荷工況下能達到較高的運行能效。

圖1 北京項目負(fù)荷時間頻數(shù)曲線

圖2 杭州項目負(fù)荷時間頻數(shù)曲線

3）維修更換不便。住宅項目的能源機房基本都在地庫，為了減少車位占用，提高項目貨值，機房設(shè)計一般都比較緊湊。同時，較大的設(shè)備維修或者更換費用支出需要取得業(yè)主委員會的同意，并且還要經(jīng)過房產(chǎn)行政部門或相應(yīng)管理部門的備案與審核，手續(xù)較為繁瑣?；谝陨峡紤]，系統(tǒng)在實際運行中應(yīng)盡量避免較大的維修更換工作。所以，住宅集中THIC 系統(tǒng)對主機的設(shè)備品質(zhì)及運行壽命要求較高。

4）運維費用敏感。住宅項目的運維收費標(biāo)準(zhǔn)剛性較強，一般在前期銷售階段確定之后很難在后期調(diào)整增加，否則易引起業(yè)主的投訴和拒繳。但是，實際運行中常規(guī)冷機的換熱性能會逐年衰減，故障維修次數(shù)越來越多，后期運行能耗費用和維護費用相應(yīng)增加。在成本增加、收費標(biāo)準(zhǔn)不變的條件下，需要從設(shè)計源頭提升系統(tǒng)能效，降低系統(tǒng)全壽命周期的成本，盡量減少機組設(shè)備的維修及更換次數(shù)。

5）運行工況特殊。住宅THIC 系統(tǒng)采用輻射空調(diào)系統(tǒng)作為顯熱末端，需要提供夏季高溫冷水和冬季低溫?zé)崴?，例如毛?xì)管網(wǎng)系統(tǒng)水溫為夏季17 ℃/20 ℃、冬季35 ℃/30 ℃，結(jié)構(gòu)埋管系統(tǒng)水溫為夏季18 ℃/20 ℃、冬季為28 ℃/26 ℃。為了充分發(fā)揮系統(tǒng)節(jié)能特性，熱泵主機應(yīng)能較好適應(yīng)高溫水供冷、低溫水供熱的運行工況，尤其是在過渡季蒸發(fā)器與冷凝器壓差比較小的情況下。由于常規(guī)冷機按高溫水工況運行時的COP 增幅不大[2]，所以建議配置專用的高溫冷水機組。

綜上所述，住宅集中THIC 系統(tǒng)需要搭配運行壽命長、換熱效率衰減少、維護費用較低、適應(yīng)高溫水工況的冷熱源主機，才能更好地提升系統(tǒng)能效，保障系統(tǒng)運行品質(zhì)。

2 磁懸浮變頻離心機

磁懸浮是指利用磁力使物體處于無接觸懸浮狀態(tài)，磁懸浮離心機與普通離心機最大的區(qū)別是使用了磁懸浮軸承，機組運行時壓縮機葉輪和軸承處于懸浮狀態(tài)，因此機組不需要潤滑油就可以工作?；谶@個核心優(yōu)勢，磁懸浮變頻離心機有如下優(yōu)點：

1）運行壽命較長。磁懸浮機組沒有機械摩擦損耗，可持久運行。根據(jù)廠家資料，磁懸浮離心壓縮機的使用壽命長達25～30 年，而常規(guī)冷機的使用壽命約為15～20 年。因此，按50 年的建筑壽命考慮，磁懸浮機組只需要更換一次，而常規(guī)冷機則需要更換2～3 次。

2）性能持續(xù)高效。常規(guī)壓縮機系統(tǒng)中潤滑油系統(tǒng)在長時間運行后會在系統(tǒng)中積油，而含油量較多時會增加功耗、降低制冷量[3]。磁懸浮機組是無油運行，不會因為換熱器積油影響傳熱，保持機組性能持續(xù)高效。

3）維護費用降低。磁懸浮機組運動部件少，沒有復(fù)雜的油路系統(tǒng)、油冷卻系統(tǒng)，減少了潤滑油更換、過濾清洗、油路保養(yǎng)等冷機維護內(nèi)容，能減少運維人員工作量，有效降低日常維護費用。

4）適應(yīng)工況范圍寬。磁懸浮機組不使用任何潤滑油，所以沒有回油壓差限制，適用于數(shù)據(jù)中心及THIC系統(tǒng)的高溫冷水工況需求。而且，磁懸浮機組的冷水出水溫度從3～18 ℃都有很高的COP，冷水溫差3～10 ℃的COP 變化很小[4]。

5）部分負(fù)荷效率高。磁懸浮機組集成了變頻調(diào)速技術(shù)，使壓縮機在部分負(fù)荷下可以變速運行，保持高效壓縮[5]。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，本文對350RT 的磁懸浮機組和高效定頻螺桿機組進行了不同冷卻水溫及定冷卻水溫（地源工況）下的不同負(fù)荷率能效對比，詳見圖3、圖4。從圖中看出，僅對比滿負(fù)荷運行時的效率，磁懸浮冷機的性能略低于高效定頻螺桿機。但是在部分負(fù)荷運行時，磁懸浮冷水機組就凸顯出色的能效。即使是和變頻螺桿機及常規(guī)變頻離心機相比，由于不受回油壓差的影響，磁懸浮機組在50%負(fù)荷率以下的COP 也大大高于常規(guī)變頻機組[6]。

圖3 不同冷卻水溫，不同負(fù)荷率能效對比

圖4 定冷卻水溫，不同負(fù)荷率能效對比

通過以上分析，可以看出磁懸浮變頻離心機組能夠匹配住宅集中THIC 系統(tǒng)對冷熱源的要求，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢，具備良好的技術(shù)應(yīng)用前景。在實際應(yīng)用中，當(dāng)代地產(chǎn)在北京萬國城MOMA 住宅的集中THIC系統(tǒng)中將調(diào)峰冷機改為磁懸浮機組，節(jié)能的效果較為明顯。

但是，磁懸浮變頻離心機目前也存在壓縮機規(guī)格偏小、成本較高的不足?，F(xiàn)有主流磁懸浮壓縮機還是以小型離心壓縮機為主，大冷量機組則需要安裝多臺壓縮機，大大增加了機組成本。雖然目前有少數(shù)公司已經(jīng)推出大冷量的磁懸浮離心式壓縮機，但是應(yīng)用較多的還是中等制冷量的產(chǎn)品。因此，對于裝機容量較大的項目，建議采用常規(guī)機組和磁懸浮機組搭配的方式，進行投資回收期分析，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能和降低造價的平衡。

3 實例分析

3.1 項目概況

南京某住宅項目采用集中THIC 系統(tǒng)，地上建筑面積約9 萬m2。通過DeST-h 軟件對項目建模計算，得到全年逐時負(fù)荷曲線（圖5），其中夏季最大冷負(fù)荷為5383 kW，冬季最大熱負(fù)荷為3429 kW。從負(fù)荷時間頻數(shù)曲線（圖6）看出，本項目90%的運行時段的負(fù)荷率不超過80%，夏季還有28%的運行時段冷負(fù)荷率低于10%。

圖5 南京項目全年逐時負(fù)荷曲線

圖6 南京項目負(fù)荷時間頻數(shù)曲線

3.2 冷熱源方案分析

根據(jù)項目負(fù)荷及地源井系統(tǒng)情況，該項目的冷熱源系統(tǒng)配置為2 臺地源熱泵+1 臺單冷機組+1 臺燃?xì)忮仩t，具體規(guī)格如表1 所示：

表1 冷熱源規(guī)格配置表

為了分析磁懸浮機組的應(yīng)用可行性和經(jīng)濟性，可以結(jié)合全年逐時負(fù)荷以及廠家提供的主機負(fù)荷性能曲線進行能耗費用測算。由于住宅項目的全年運行時間較長，能耗費的節(jié)省較為明顯，通過對兩種磁懸浮主機搭配方案和常規(guī)方案對比（表2），可以看出磁懸浮機組方案的靜態(tài)回收期均小于5 年，具有較好的經(jīng)濟性。另外，從表2 可以看出，方案3 雖然比方案2 多配置了一臺磁懸浮主機，但是能耗費用并沒有同比例下降，因此對于成本費用較為敏感的項目可以磁懸浮機組+常規(guī)機組的方式進行搭配。

表2 冷熱源方案比較表

4 結(jié)語

磁懸浮離心機組是一種高效的節(jié)能設(shè)備，具有壽命長、能效高、維護少等優(yōu)點，可以較好地滿足住宅集中THIC 系統(tǒng)對冷熱源主機的性能要求。通過項目實例分析，可以看出雖然磁懸浮離心機組投資成本較高，但是運行能耗費用及維護費用的節(jié)省較為明顯，因此回收期較短，具備良好的全壽命周期經(jīng)濟性。隨著磁懸浮壓縮機核心技術(shù)的國產(chǎn)化，機組成本進一步降低，相信磁懸浮離心機組今后會在越來越多的建筑中發(fā)揮更大的節(jié)能效益。