磁悬浮技术在暖通空调中的应用

摘要：结合中央空调改造项目实例分析了磁悬浮技术在暖通空调中的应用，表明磁悬浮空调与传统冷水机组及溴化锂直燃机组相比优势明显，为传统的中央空调系统改造或新的中央空调系统设计提供了借鉴与参考。

关键词：磁悬浮;空调改造;应用

0    引言

目前，“绿色” “环保” “节能”已成为我国各个领域的发展方向，并受到人们的广泛关注。重庆中国三峡博物馆作为非盈利性质的公众服务型机构，除了要提供优质舒适的公众环境外，更应充分考虑“绿色” “环保” “节能”问题。由此，我馆于2016年立项，并于2018年对中央空调系统进行了改造，增加了一台环保、节能的磁悬浮空调主机，大大改善了学习、办公及展区参观环境舒适度。

1    磁悬浮空调概述

磁悬浮技术——磁轴承和定位传感器利用由永久磁铁和电磁铁组成的径向轴承和轴向轴承组成数控磁轴承系统，实现压缩机的运动部件悬浮在磁衬上无摩擦地运动，磁轴承上的定位传感器为电机转子提供超高速的实时重新定位，以确保精确定位。

磁悬浮空调特点：

（1）比传统冷水机组运行费用减少50%，由于100%无油设计，在制冷系统里面没有润滑油，换热器的表面不会形成妨碍传热的油膜，由此在蒸发器中提高了蒸发温度，在冷凝器里降低了冷凝温度，制冷机组的效率大大提升了;没有润滑油，没有油泵功率的消耗，没有润滑油加热消耗的能量，没有润滑油冷却消耗的制冷量，机组的效率大大提升了。

（2）免维护，大大节约了维护费用;100%无油设计，没有了润滑剂，不需要更换润滑油，不需要更换油过滤器，不需要再生蒸发器的制冷剂，大大减少了维护费用。

（3）环保磁悬浮空调一般选用环保R134a冷媒，对臭氧层零伤害;而且运行时噪声很小。

（4）在使用寿命上优势显著，磁悬浮轴承无磨损，空调使用寿命长达30年。

2    重庆中国三峡博物馆中央空调系统改造简介

（1）增加一台120万大卡磁悬浮主机（制冷量：1 336 kW;电功率：207.3 kW;环保冷媒：R134a），与原有的三台溴化锂直燃机主机（两台150万大卡和一台75万大卡）配合使用。

（2）展厅中庭增加66台卡式盘管风机（型号：EKCW-

1400KT;冷量：12.6 kW;热量：18.9 kW;功率：225 W;风量：2 380 m3/h）。

（3）更换原3台共1 500冷吨无风机静音冷却塔为8台共1 800冷吨静音不锈钢横流冷却塔（型号：YHA-225E;功率：5.5 kW;循环水量：225 m3/h;噪声<60 dB（A）;塔体扬程<46 kPa）。

（4）优化主机房内管路，更换水泵。原5台共110 kW冷冻水泵（软启动）和3台共295 kW冷却水泵（软启动）共管并联方式，现改为4台共165 kW冷冻水泵（软启动）和4台共147 kW冷却水泵（变频），分别与4台主机一一对应。

（5）对全馆玻璃幕墙及窗户玻璃涂膜，共计5 175 m3（涂膜材料为玻璃高功能材料，已通过相关国家标准检测和认证，紫外线阻隔率达80%以上，红外线阻隔率达85%以上，只降低原玻璃可见光透光率5%左右）。

3    改造完成后运行特点分析

（1）空调效果明显改善，特别是展厅中庭制冷季时比未改造前温度低5～10 ℃，参观环境、办公环境舒适度都得到一定提高（现设计总的制冷量由原系统的121.2 W/m2提高到158.3 W/m2）。

（2）运行操作更方便简捷，4台主机都实现了联动一键开关机（每台主机对应相应的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机）。

（3）可进行策略控制（由主机房内新增加的12个电动阀切换为需要的相应的管路回路），实现分时段、分空调区域负荷调度（周一闭馆，可只供办公区全负荷和展廳中庭部分负荷;周二到周五全馆全负荷;周六到周日，展区全负荷，办公区部分负荷），如图1所示。

（4）小负荷时比老空调系统节能，全负荷时比老空调系统效果好，并且负荷分配更合理，负荷调度更灵活，极端天气时基本能满足实际空调负荷需求。

（5）中央空调系统主要设备可集中上位机画面监控和远程网络监控（如：3台直燃机主机、1台磁悬浮主机、4台冷冻水泵、4台冷却水泵、20个电动阀、冷却水进回水温度、冷却塔风机、冷却塔水位、室外温度等），如图2所示。

（6）与未改造前相比，极端天气时，同期主机运行台数增加一台，主机运行参数良好，冷却水入口水温低3 ℃以上，冷却水出口水温低5 ℃以上，空调效果大大改善。

（7）与改造前同期能耗相比，水、电、气未见明显上升，还略有下降。

（8）新增加的磁悬浮空调主机为变频控制，能自动追踪负荷的变化，采用冷水温度P（比例）、I（积分）、D（微分）控制逻辑，最小化达到目标值的时间、残留偏差、初始启动、频率控制、手/自动切换的误差，实现最优化控制。机组监控画面如图3所示。

4    磁悬浮主机与溴化锂直燃机运行能耗对比

（1）经测算，一台75万大卡直燃机平均1 h耗天然气34～43 m3，天然气价格为1.77元/m3，相应的冷却水泵（30 kW）、冷温水泵（22 kW），电价为0.52元/kWh，合计1 h能耗约为：

1.77×34+52×0.52≈87元

1.77×43+52×0.52≈103元

（2）经测算，一台150万大卡直燃机1 h耗天然气68～

86 m3，天然气价格1.77元/m3，相应的冷却水泵（45 kW）、冷温水泵（45 kW），电价0.52元/kWh，合计1 h能耗约为：

1.77×68+90×0.52≈167元

1.77×86+90×0.52≈199元

（3）经测算，一台120万大卡磁悬浮主机与相应的冷冻水泵（45 kW）、冷却水泵（37 kW）1 h能耗约为：

（207.3+45+37）×0.52≈150元

5    结语

由上述计算可看出，直燃机能耗无明显价格优势，磁悬浮却能多提供近2 h的冷量（磁悬浮空调主机可快速达到设定温度并且基本无稀释时间），效率更高、更环保。但溴化锂直燃机可用于制冷、制热两季，节约了设备安装空间，而磁悬浮空调是单冷，可根据实际需求进行合理配置，提高公众环境舒适度的同时充分考虑“绿色” “环保” “节能”问题。

收稿日期：2020-09-07

作者简介：潘顺平（1968—），男，重庆綦江人，高级工程师，研究方向：暖通工程。