磁懸浮變頻驅動離心式冷水機組經濟性分析

屈玲蕾

（1.美國CMC建筑與規劃事務所，上海 200122；2.上海勵翔建筑設計事務所，上海 200122）

磁懸浮變頻驅動離心式冷水機組經濟性分析

屈玲蕾1，2

（1.美國CMC建筑與規劃事務所，上海 200122；2.上海勵翔建筑設計事務所，上海 200122）

選用高效的冷水機組是空調系統節能減排的有效途徑。磁懸浮變頻驅動離心式冷水機組有著較高的綜合部分負荷效率。文章針對醫院空調系統，依據整個制冷期內空調冷負荷的變化，通過對冷水機組的選型分析，結合工程實例，對磁懸浮變頻驅動離心式冷水機組進行簡單的經濟性分析及CO2減排量的計算。

空調系統；綜合部分負荷效率（IPLV）；變頻；經濟性；減排

醫院空調系統的能耗占據了整個醫院能耗的50%左右，所以醫院節能從空調著手，創建一個節能減排、綠色環保的醫院是非常必要的。而空調冷水機組的能耗又占據了整個空調系統能耗的50%左右，所以如何降低空調的能耗，選用高效的冷水機組是一個非常有效的途徑。而如何判斷冷水機組是否高效？采用冷水機組滿負荷時的COP值來判斷只是其中之一，醫院空調大部分時間是運行在部分負荷之中，所以冷水機組在整個空調運行期的綜合效率（綜合部分負荷效率（IPLV））才能真實體現冷水機組的節能性。磁懸浮變頻驅動離心式冷水機組（以下簡稱磁懸浮冷水機組）有著極高的綜合部分負荷效率（IPLV），我單位在一個工程實例中運用了這項新型的節能設備。

1.工程概況

工程位于河南省鄭州市，河南省腫瘤醫院新建病房綜合樓，需要配套空調系統。該樓總建筑面積113514m2，由手術部、ICU、層流病房、中心供應、中心配置、病理科、醫技、病房等組成。根據醫院不同部門的工作性質和使用情況，把整個醫院的空調分為三個大系統，其一為潔凈空調系統（主要用于手術部、層流病房等）、其二為變頻多聯機系統（用于醫技部門）、其三為主系統舒適性空調系統。按這三個系統分別選用不同的空調冷（熱）源。

通過計算，該醫院夏季空調總冷負荷10760.04kW。醫技室內空調冷負荷80.7kW由變頻多聯機（VRV）系統承擔；潔凈空調冷負荷2888.0kW由熱泵（帶熱回收）系統承擔，其中舒適性空調冷負荷7791.34kW由冷水機組承擔。本工程選用了二臺離心式冷水機組（每臺700RT），三臺磁懸浮冷水機組（每臺287RT），能夠較好滿足工程需要。

2.磁懸浮冷水機組簡單介紹

磁懸浮冷水機組，采用領先的磁懸浮和無極變速技術，無油潤滑，超低振動，可延長壓縮機的使用壽命。

磁懸浮離心壓縮機具有磁性軸承，軸與軸承無接觸轉動，減小了由于齒輪傳動產生的能量損耗，壓縮機配備永久磁性同步電動機，可以實現變速運行，壓縮機可在接近零負荷的工況下穩定運行。

機組使用的是不會被淘汰、不對臭氧層有潛在破壞的R134a環保制冷劑。

磁懸浮冷水機組采用控制邏輯，壓縮機通過在部分負荷下實現變速運行來調節機組輸出冷量，其綜合部分負荷效率（IPLV）指標達到10.0（目前大多數恒速離心機的綜合部分負荷效率（IPLV）指標約 5.6）。

3.冷水機組選型分析

醫院的空調系統冷負荷不同時段負荷變化很大，而中央空調冷水機組的冷量匹配往往是能滿足建筑物的最大負荷需求。根據ARI（美國制冷學會）發布的空調負荷全年分布統計可以看出，中央空調冷水機組在80%以上的運行時間內運行在部分負荷狀態。

空調負荷全年分布

對于醫院建筑空調系統，其運行更為復雜。如門診、病理科為白天運行，急診為24小時連續運行，病房為晚上低負荷運行，手術室、ICU為全年運行，各部門都有不同要求。另外一些部門需要提前供冷或供熱，延遲停止供冷或供熱，造成峰谷負荷相差較大。正是基于這一點，給磁懸浮冷水機組提供了廣泛的應用天地。在任何運行工況、任何時刻下，磁懸浮冷水機組都能充分發揮部分負荷高效節能的作用，從而避免了恒速離心機組在低負荷高能耗工況下運行，大大節省了整個空調工程的運行費用。

針對該工程，如何合理選用冷水機組（單臺制冷能力和選用臺數）對運行中的節能至關重要。本工程舒適性空調主要服務于病房，由于在夜間，人員活動減少，所以新風需求也相對減少，一般病房夜間的負荷約為白天的60%以下。在整個制冷期，空調最小負荷出現在空調系統運行的初始期和末期，此時空調負荷約占總負荷的30%。該醫院舒適性空調冷負荷7791.34kW（2216RT），最大負荷時的夜間負荷約為1329RT，空調最小負荷約為664RT。選用冷水機組的原則是大、小搭配，盡可能滿足不同負荷段的需求，極大提高單臺機組的效率[1]。

通過對實際負荷需求的分析，設計者認為在空調運行的初始期和末期，主要運行磁懸浮冷水機組，負荷增加時，磁懸浮冷水機組以調節負荷運行為主。按現選機組的配備，在整個制冷期內，冷水機組可以把負荷分為九級進行調節運行（不包括磁懸浮冷水機組自行的調節）。我們選用二臺離心式冷水機組（每臺700RT），三臺磁懸浮冷水機組（每臺287RT，共861RT，該機組單臺最大制冷能力偏小）。冷水機組這樣選型也避免了由變頻機組切換到定頻機組時出現的負荷空隙區[2]。

4.磁懸浮冷水機組的運行費用分析比較

4.1機組情況

此次工程選用了三臺287RT磁懸浮冷水機組，現與一臺450RT及一臺400RT定頻離心式冷水機組進行運行比較。

4.2分析比較的依據[3][4]

僅對三臺287RT磁懸浮冷水機組和二臺定頻離心式冷水機組的能耗計算，而其余相同的定頻離心式冷水機組、末端設備等部分的能耗不予計算。

僅對850RT冷負荷配機按全年的冷負荷進行比較推算（該方案定頻機組全年基本上為高效率運行）機組運行時間為：110天（甲方提供的當地空調制冷天數）電費按0.8元/kW·h計算（參照目前河南省電網銷售電價）

4.3全年空調負荷計算

以ARI（美國制冷學會）統計的空調負荷全年分布數據為依據

空調負荷全年統計

4.4投資經濟性分析

參照廠商提供的相關參數，287RT變頻機組的IPLV為10.0，450RT和400RT定頻機組的IPLV為5.6。

冷水機組全年所耗功率N=全年總負荷kW/該機組的IPLV值

參照廠商提供的相關數據：單臺287RT磁懸浮冷水機組的初投資為RMB99萬元，單臺400RT定頻離心式冷水機組的初投資共為RMB70萬元，單臺450RT定頻離心式冷水機組的初投資共為RMB65萬元。

冷水機組的使用壽命按20年計。

建筑面積、人員工資、維護費用不作比較。

運行經濟分析對比表

變頻機組回收投資的時間約為9年（在電費9年內不漲價的前提下，電價若上漲，則能提前收回投資）。

5.CO2減排分析

參照按中國綠色低碳住區減炭技術評估框架體系中的單位建筑面積CO2排放量的基準值公式，可以得出采用磁懸浮變頻離心式冷水機組后減排的量。[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系統的供熱季平均性能系數

COPrc——以熱泵作為參考采暖空調系統的供冷季平均性能系數

ωc，電---電的CO2排放指標 0.95kg/(kW·h)

（2）單位建筑面積CO2排放量的實際值Pec，實際值Pec的計算參照基準值計算公式。

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

6.分析與小結

在銷售和購買冷水機組的過程中，商家和用戶往往十分重視冷水機組的一次性投資，卻忽略了冷水機組的運行費用巨大這一事實。以冷水機組的平均使用壽命25年計，使用磁懸浮冷水機組，可為用戶節省超過652.5萬元的電費（在電費25年不漲價的前提下）。目前由于磁懸浮變頻驅動技術還屬于一種新型技術，掌握及生產的廠家較少，機組的價格相對較貴。隨著生產規模的擴大，成本降低，磁懸浮冷水機組應用前景良好。

隨著人們對環境的日益關注，我們越來越倡導綠色建筑，節約能源和減少CO2排放也越來越被重視。參照此工程，850RT配機減少的CO2的排放量為309T/n，那么試想850RT在整個龐大的空調冷負荷中所占的比重，簡直微乎其微，所以發展下去，所能減少的CO2的排放量將是一個可觀的數字。

本文重點從運行費用分析了選用磁懸浮冷水機組的經濟性，未及采用磁懸浮冷水機組的其它節能點：如減少電流沖擊，節省電器投資與維護管理費，減小后備電機的裝機容量，以及無油潤滑系統節省的機組維護費用等。

空調運行是一個復雜的系統工程，一個好的設計系統最終能否實現，需要科學的運行管理及自控的配合支持。本工程中制冷機房的群控要求比較高，除了常規的控制外，還要求根據負荷的供需情況和機組、水泵、冷卻塔等工作曲線由計算機判斷出最節能的運行模式，如此才更能體現其高效的工作效率。

因此，磁懸浮冷水機組作為空調冷源，其節能性是非常不錯的。當選用磁懸浮冷水機組作為空調冷源時，目前在考慮其節能性的同時，也需考慮其經濟性，最好和定頻離心式冷水機組配合使用，而磁懸浮冷水機組的容量不宜太大，要根據工程實際情況分析配置變頻與定頻的比例。

［1］中華人民共和國國家標準《公共建筑節能設計標準》GB[S].50189-2005.

［2］袁秀玲.現代制冷空調理論應用與新技術[M].西安：西安交通大學出版社，2009.

［3］盛學章.麥克維爾磁懸浮冷水機組北美學院顯節能效應[J].機電信息，2008，(19).

［4］周子成.變頻離心式壓縮機冷水機組[J].制冷，2010，29(1).

［5］全國工商聯房地產商會，精瑞（中國）不動產研究院.中國綠色低碳住區減碳技術評估框架體系討論稿節選[J].生態城市與綠色建筑，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CMC建筑與規劃事務所、上海勵翔建筑設計事務所工程設計師。