磁懸浮離心制冷機中央空調系統設計案例

韓 銀 洲

(太原市城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030002)

磁懸浮離心機是利用由磁鐵構成的數控磁軸承系統產生的磁力，實現壓縮機的運動部件懸浮在磁襯上，從而消除了機械摩擦，實現了無油運轉技術；機組完全無油，減少了油路系統故障，可靠性提高30%～50%，機組能效提高8%，實現低至10%的部分負荷，沒有喘振問題[1]。基于以上優點，磁懸浮離心機得到了迅速的發展和工程應用[2,3]。本文將對位于山西太原市某辦公樓項目新風換氣機的應用情況進行介紹。

1 工程概況

本工程為山西太原某商業綜合樓，處于寒冷地區。總建筑面積72 859 m2，地下建筑面積30 574 m2，地上建筑面積為42 284 m2，商業建筑面積為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層為平戰結合人防，平時為汽車庫，戰時為核6常6級甲類二等人員掩蔽所，地下4層為平戰結合人防，平時為汽車庫，戰時為人防物資庫，地下3層局部為平戰結合人防，平時為汽車庫，戰時為人防物資庫，地下2層為設備用房和汽車庫，地下1層為丁類庫房和汽車庫，地上1層～4層為商業，5層以上為辦公。

夏季室外設計參數：室外空氣干球溫度tw=31.5 ℃，相對濕度Φ=58%；室內設計參數見表1。空調負荷見表2。新風量6 000 m3/h。

表1 空調區域設計參數

表2 夏季空調冷負荷概況

2 空調風系統和水系統設計

本系統空調水系統為一次泵定流量末端變流量雙管制系統。空調水立管為下供下回異程式，每層水平管為同程式系統。冷熱水泵均采用高效變頻泵。空調末端根據負荷的變化自動調節電動調節閥門的開度，供回水總管之間設置電動壓差旁通閥控制冷水供回水總管的壓差穩定。選用的旁通閥理想特性為直線型特性。

空調風系統設計為：商業部分為全空氣系統；辦公部分采用風機盤管加新風系統。針對商業、大廳及多功能廳等室內人員密度較高的特點，總的新風量會很高，尤其是在非高峰運營時段，所以在室內安裝了CO2濃度傳感器，根據CO2濃度的大小自動調節新風量的大小。針對空調風系統在部分負荷風量過大的情形，將部分風機設計成變頻風機以滿足不同工況的調節需求。大空間的末端空氣調節機組采用雙風機，在過渡季節加大新風量，利用室外新風免費供冷。

3 制冷系統設計

由于本建筑為商業和辦公綜合建筑，負荷變化特征差異較大，為了更好的使得制冷系統能具有更高的調節性能，本系統的夏季空調冷源選用水冷磁懸浮離心制冷機2臺，每臺制冷量3 165 kW；1臺水冷離心機，制冷量為3 224 kW。兩用一備。水冷磁懸浮離心機性能系數COP為6.12 kW/kW，綜合部分系數IPLV大于6.1。水冷離心機性能系數COP為5.4 kW/kW。中央冷水機組設置機房群控系統，該系統根據總冷負荷的變化，一次供回水溫差實現冷水機組分臺優化控制。控制要求是實現機組臺數與負荷相匹配；機組最優啟停時間控制，平均分配設備運行時間。對各季節的優先使用設備進行制定，發生故障進行自動切換。

水冷磁懸浮離心制冷機具有如下特點:

1)選用的磁懸浮離心制冷機的電機轉軸和葉輪組件通過數字控制的磁軸承系統(包含一個軸向軸承和兩個徑向軸承)在旋轉過程中懸浮，完全消除金屬與金屬之間接觸，不會磨損表面。該機組磁軸承上的定位傳感器則為電機轉子提供每分鐘高達600萬次的實時重新定位，以確保精確定位和可靠。降低了機組噪聲，結構振動接近于0[4]。因此，在設計時無需進行特殊的減振降噪設計，極大地降低了業主的安裝和降噪成本。

2)由于系統無需潤滑油，避免了油膜覆蓋在換熱器上導致換熱效率下降，實現了無油潤滑效率提高了15%以上。無需專門的油路系統、油泵等，可靠性提高了30%～50%，冷媒中無潤滑油，機組的COP提高8%；同時，不需要較為穩定的油壓差，啟動之前不需余熱等特點，減少了普通離心機所需的預熱時間[4]。工程投入實際運行后達到了免維護，節省了業主單位的運營和管理成本。

3)采用了全直流變頻技術，負荷調節可以降至10%，同時不會出現普通離心制冷壓縮機的喘振問題(常規機組最低至50%負荷)[4]。對電網無沖擊，開機僅需2 A低啟動電流，380 V通用電源，對于業主單位無需單獨申請高壓電源，相比與傳統的制冷機安裝，免去了繁瑣的審批流程，節省了安裝成本。

4)采用了高效換熱管設計，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，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化過冷技術，COP可提高5%，制冷量提高8%。

5)該磁懸浮離心制冷機采用環保冷媒R134a，制冷性能出色，節電、節水、降低CO2的排放，對臭氧層損耗值(ODP)為0，屬正壓型冷媒，避免了系統混入空氣的危險。對環境保護具有顯著的意義。

4 結語

本工程是一個商業和辦公綜合建筑體，負荷較大，各個空間的負荷分布特征不同，因此選用了磁懸浮離心機去解決負荷匹配的問題，同時保持設備的高效運行。通過實踐有以下經驗供讀者參考，磁懸浮離心制冷機通過采用磁懸浮技術避免了傳統設備的高振動和噪聲；采用無油技術減少了系統部件和預熱時間，提高了機組可靠性；全直流變頻技術可以實現更寬的負荷調節范圍，解決了傳統離心機的“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；高效換熱設計和冷媒二次強化提高了COP和制冷量。總的來說，磁懸浮離心制冷機是一種新型環保、高效、經濟的制冷機組，是一種值得大力推廣的節能產品。