基于實測的地鐵車站磁浮變頻直膨式空調(diào)機組性能研究

方隆

（佛山軌道交通設計研究院有限公司，廣東 佛山 528315）

隨著我國城市化建設進程的持續(xù)推進，現(xiàn)代都市道路交通的承載力也略顯疲態(tài)，地鐵憑借著準時、快速、安全、載客量大等顯著優(yōu)勢逐漸成為城市公共交通的重要通行方式，極大地促進了都市圈的經(jīng)濟發(fā)展。地鐵環(huán)控系統(tǒng)是地鐵車站的重要組成部分，也是僅次于列車牽引系統(tǒng)的用電大戶，運行能耗在地鐵車站的運營中占了相當大的比例。因此，減少地鐵環(huán)控系統(tǒng)的能源消耗、降低系統(tǒng)的運營成本具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，一種具有結(jié)構集成緊湊、布置靈活方便、冷量傳輸損耗低等優(yōu)勢的磁浮變頻直膨式空調(diào)機組與地鐵車站的空間特性、用冷需求相契合而逐漸得到關注。目前國內(nèi)外針對大型冷量磁浮變頻直膨式空調(diào)機組的研究相對較少，本文對磁浮變頻直膨式空調(diào)機組的研究主要是基于實際測試數(shù)據(jù)，對該類型機組在地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)中應用的節(jié)能潛力進行分析。

1 磁浮變頻直膨式空調(diào)機組的組成

磁懸浮變頻直膨空調(diào)機組是一種新型的自帶冷源的組合式空調(diào)機組，機組采用了變頻壓縮機及變頻風機為主要動力設備，其中，磁懸浮無油變頻離心壓縮機用磁懸浮軸承代替了傳統(tǒng)壓縮機的油潤滑軸承，葉輪的直徑小，可以輕易打破傳統(tǒng)壓縮機的轉(zhuǎn)速限制，同時又能在旋轉(zhuǎn)時避免產(chǎn)生機械接觸和磨擦，運行安靜平穩(wěn)，體積小，重量輕，且變頻驅(qū)動的控制技術，能夠在機組運行過程中及時調(diào)節(jié)適配冷量，在低負荷運行狀態(tài)下表現(xiàn)更為優(yōu)異。另外，相比以組合式空調(diào)機組作換熱末端的常規(guī)集中式空調(diào)系統(tǒng)，磁浮變頻直膨式空調(diào)機組將制冷系統(tǒng)和空氣換熱系統(tǒng)兩大換熱環(huán)節(jié)集成在一起，制冷劑直接膨脹蒸發(fā)冷卻帶走空氣余熱余濕，省卻了冷凍水管路系統(tǒng)和冷凍水泵，減少了冷量輸送環(huán)節(jié)，同時機組蒸發(fā)溫度相對提高，從而提高了機組的制冷效率。

2 磁浮變頻直膨式空調(diào)機組的性能實驗

以1:1 的工程樣機為實驗對象，對磁浮變頻直膨式空調(diào)機組展開相關性能測試。

2.1 實驗臺

圖1 為樣機的實驗臺示意圖。實驗臺為國家專業(yè)計量認證的空調(diào)設備性能測試焓差室，實驗系統(tǒng)由風路系統(tǒng)及水路系統(tǒng)兩側(cè)測量系統(tǒng)組成，待測試的樣機水平進風頂出風接入該實驗臺，實驗臺風側(cè)測量系統(tǒng)具備過濾、整流、溫度控制、濕度控制等空氣處理功能，并設有風量、干濕球溫度以及空氣壓力等測量裝置。水側(cè)測量系統(tǒng)負責機組冷卻水的制備、狀態(tài)參數(shù)控制及輸送供應，并設有相應的水量、水溫、水壓降等測量裝置。

圖1 實驗臺示意圖

2.2 實驗方案

機組的內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)是個復雜的換熱系統(tǒng)，各組成設備之間相互作用、相互影響，除了各組成設備的實際工作性能之外，還與機組在不同荷載下的運行頻率和運行環(huán)境有關。IPLV（integrated part load value）即綜合部分負荷性能系數(shù)，用以評估機組部分負荷效率的性能參數(shù)，是通過對空調(diào)機組在指定四個負荷條件下對機組相應的能效比EER（energy efficiency ratio）進行加權計算獲得的單一數(shù)值。本文將依據(jù)適用于地鐵車站直膨式空調(diào)機組的相關性能評價標準《水冷直接制冷式地鐵車站空調(diào)性能檢測標準（試行）》中的IPLV 計算標準對本文的磁浮變頻直膨式空調(diào)機組樣機進行測試。廣州地區(qū)屬夏熱冬暖地區(qū)，IPLV 的計算公式見下式，部分負荷工況測試參數(shù)見表1。

表1 IPLV 部分負荷工況測試參數(shù)

式中，A 為待測樣機100%負荷時的EER，EER=制冷量/制冷消耗功率；B 為待測樣機75%負荷時的EER；C 為待測樣機50%負荷時的EER；D 為待測樣機25%負荷時的EER。

2.3 實驗測試結(jié)果

對磁浮變頻直膨式空調(diào)機組性能研究的IPLV 測試數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

表2 樣機IPLV 測試數(shù)據(jù)表

對比《冷水機組能效限定值及能效等級》（GB 19577-2015）對常規(guī)冷水機組的1 級能效指標（制冷量＜528kW 的機組EER 和IPLV 分別為5.6 及7.2），磁浮變頻直膨式空調(diào)機組樣機壓縮機的名義工況EER 和IPLV 分別為5.39 及9.94，機組在名義工況下達到1 級能耗標準并在綜合部分負荷性能系數(shù)上要高于1 級能效標準，充分體現(xiàn)了磁浮變頻直膨式空調(diào)機組在部分負荷下的節(jié)能潛力，尤其適用于客流量變化大、部分負荷工況運行頻繁的地下車站環(huán)境。

3 結(jié)語

（1）磁浮變頻直膨式空調(diào)機組自帶冷媒直接膨脹蒸發(fā)直接與循環(huán)空氣進行熱濕交換，簡化了系統(tǒng)的熱工換熱和冷量輸配過程，提高換熱效率。

（2）IPLV 測試結(jié)果表明，磁浮變頻直膨式空調(diào)機組在部分負荷率下能效高，機組的容量調(diào)節(jié)范圍大，振動小，對于標準地鐵車站70 ～300RT 的空調(diào)容量區(qū)間，該類型機組可以成為替代常規(guī)組合式空調(diào)器+水冷螺桿機的選擇，并能很好地適應地鐵車站公共區(qū)的冷負荷需求。

（3）目前磁浮變頻直膨式空調(diào)機組的生產(chǎn)和應用尚未普及，且相應的性能評價標準及規(guī)范也尚未完善，研究表明，在地鐵車站中采用直膨式空調(diào)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)有較大的節(jié)能潛力，并能有效緩解軌道交通行業(yè)的迅猛發(fā)展與能耗問題日益突出的矛盾，可以預見，該類型空調(diào)設備將會得到更為廣泛的應用。