磁悬浮冷水机组在节能改造项目中的实测与分析

陈晓林 姜凯迪 崔红社

青岛联盛创能源科技有限公司 青岛理工大学环境与市政工程学院

我国的空调系统能源消耗占比全社会能源总消耗的21.7%，因此进行空调系统节能，应用高效节能设备势在必行。磁悬浮冷水机组在部分负荷运行条件下，峰值效率COP 高达12，运用高效节能的磁悬浮冷水机组是实现空调系统节能的一个重要方式。磁悬浮冷水机组无摩擦、噪音低，部分负荷下能效高，其节能效果被广泛认知。磁悬浮机组系统运动部件少，日常维护费用低，磁悬浮机组的摩擦损失仅为传统离心机组的2%左右，在节能改造项目中得到越来越多的应用。汪洋、朱伟峰、王黛娜采用磁悬浮冷水机组对建筑进行节能改造，节能率都达到20%以上。孙洁、刘拴强实测磁悬浮冷水机组的实际能效COP 分别为8.19 和8.9。

本文通过磁悬浮机组性能参数分析机组的能效水平，对节能改造工程进行数据测试，总结分析磁悬浮机组在实际运行过程中的能效及存在的典型问题，推动磁悬浮冷水机组在实际项目应用中的良性发展。

1 磁悬浮机组性能

根据国内外设备生产厂家提供的磁悬浮机组能效数据，对500RT 的磁悬浮机组的性能进行对比分析，如图1 所示。

图1 不同厂家磁悬浮冷水机组能效

图1 为不同空调厂家500RT 磁悬浮机组能效对比。可见，磁悬浮机组COP 在6 左右，IPLV 在11 左右。不同厂家的机组能效相比差别不大，磁悬浮机组COP 达到二级能效标准，IPLV 都远超一级能效标准，满足国家对高效节能设备的能效要求。

针对品牌1 提供的磁悬浮机组能效数据进行具体分析，如图2 所示。

图2 磁悬浮机组性能曲线

由图2 可知机组额定工况COP 为5.7，综合能效IPLV 为10.79，单点最高COP 可达到12.32。磁悬浮机组的高效负荷范围在30%～70%之间，在负荷率50%左右时，机组能效最高。不同冷却水回水温度下的磁悬浮机组的能效有明显差距，在同一负荷率的情况下，机组能效最高可相差60%。冷却水回水温度在19 ～32℃范围内，温度越低，磁悬浮机组的能效越高。

2 磁悬浮机组实测数据分析

2.1 机组测试方案

对青岛地区的节能改造项目进行磁悬浮冷水机组数据监测，测试方案如表1。

表1 测试方案

通过温度传感器监测冷冻水供回水温度和冷却水供回水温度，流量计测量冷冻水和冷却水的流量，电表测量机组、冷却水泵、冷冻水泵及冷却塔的耗电量。通过项目实测数据，分析机组的使用特点，进行系统诊断，分析机组在实际运行过程中存在的典型问题。

项目基本信息如表2。

表2 实测项目基本信息

2.2 磁悬浮机组实际运行能效分析

根据项目A 磁悬浮机组的实测数据分析机组的运行特点，如图3 ～4 所示。

图3 磁悬浮机组COP与负荷率关系图

A 项目为酒店建筑，为保证建筑正常的使用需求，空调系统运行时间为24h。图3可见，该酒店建筑负荷偏小，机组负荷率基本集中在20%～50%之间。机组长期处于低负荷运行的状态，磁悬浮机组最高点能效COP 可达10 左右，平均COP 为7.11。磁悬浮机组COP 随着建筑负荷的不断升高而逐渐降低。图4 可见，磁悬浮机组COP 随着冷却水回水温度的降低而不断升高，说明降低冷却水回水温度有利于机组的高效运行。冷却水回水温度在23 ～33℃范围内，温度每降低1℃，机组能效提升5.6%左右。综上，磁悬浮机组在部分负荷下运行能效较高，合理降低冷却水回水温度能够有效提升磁悬浮机组效率。

图4 磁悬浮机组COP与冷却水回水温度关系图

图 5 磁悬浮冷机实测运行能效

2.3 实测项目机组及机房整体能效分析

数据监测两个项目同一制冷季的机组能效，计算得到同一制冷季平均COP，根据机房整体能耗数据计算得冷站EER。对比同一制冷季时间段内机组的实际COP 和EER，如图5。

图5 可见，项目A 的平均COP 为7.11，EER 为3.4，项目B 的平均COP 为5.42，EER为3.97。实测两个项目同样采用磁悬浮机组，实际应用情况不同，导致磁悬浮机组的运行能效COP 差别较大，能效相差24%。通过现场调研发现，导致以上情况出现的原因有以下两点：

原因1：项目A 的机组负荷率集中在20%～50%范围内，项目B 的磁悬浮机组实际运行负荷率偏高，长期处于满负载的状态下运行，负荷率在70%以上的运行时长超过总运行时长的60%。磁悬浮机组高效负荷区间为40%～70%范围内，项目B 没有充分利用磁悬浮冷水机组在部分负荷性能高的优点。

原因2：实测数据发现，项目A 冷冻水平均温度为10.9℃，项目B 为8.8℃。项目B的磁悬浮机组长期处于高负荷运行，且冷冻水出水温度设置较低，致使蒸发温度下降。过低的冷冻水温度对机组运行不利，影响机组运行效率，降低整个系统运行的稳定性，从而降低主机的运行效率，增加系统能耗。

在考虑机组COP 的同时，要关注机房整体能效水平是否达到节能标准。项目A 磁悬浮机组能效高于项目B，但机房EER 为3.4，低于项目B 的机房EER3.97。根据美国ASHER 暖通协会制定的冷站能效标准，项目A 的机房整体能效水平并未达到“一般”水平EER3.5 以上。冷水机组是空调系统的核心部分，在整个机房能源消耗中占比最大，其他为输配系统的能耗。针对以上情况，对数据进行深层次的分析，对项目的分项能耗进行对比，如图6～7。

图6 项目A分项能耗占比

图7 项目B分项能耗占比

图6～7 可见，项目A、B 的输配系统能耗分别占比为45.88%、23.36%。项目A 的输配系统能耗占比较高，接近机房总机房能耗一半，项目B 的输配系统能耗占比较为合理。实际调研发现，项目A 的冷冻水泵和冷却水泵都存在选型过大的问题，且没有进行变频控制，无法根据建筑的实际运行情况对水泵进行调控，出现大流量小温差的现象，导致输配系统能耗过高，抵消磁悬浮机组的节能效果，致使机房整体能耗上升，造成机房整体能效EER 的下降。

3 磁悬浮机组及系统运行能效诊断及分析

3.1 磁悬浮机组在部分负荷下运行能有效发挥性能优势

磁悬浮机组在部分负荷40%～70%的情况下运行能效较高，更适用于建筑负荷波动分散且波动较大的建筑。

3.2 冷冻水出水温度和冷却水回水温度对磁悬浮机组的能效有明显影响

在实际运行过程中，合理提高冷冻水出水温度，降低冷却水回水温度能够有效提高磁悬浮机组的运行能效COP。因此，通过机房群控设置合理的冷冻水出水温度和冷却水回水温度，可提高机组运行效率和机房整体运行能效。

3.3 输配系统能耗过高会导致机房整体能效下降

项目A 磁悬浮冷水机组的运行效果达到一级能效标准，但机房整体能效偏低，未达到冷站能效标准的“一般”水平，机组、水泵和冷却塔各项空调设备选型及应用都会影响整体机房能效EER。根据建筑的实际情况选用高效设备，并进行设备的合理选型，对提高机房整体能效有重要意义。

4 结语

磁悬浮机组无摩擦、噪音低，额定COP达到6，IPLV 达到11。

磁悬浮机组高效负荷区间为40%～70%之间，在高效负荷区间内，磁悬浮机组才能达到最佳能效。长时间保持机组满负荷运行，不能充分发挥其部分负荷下的高效运行的优势，在实际项目中空调系统能效存在很大的提升空间。

磁悬浮机组可以通过搭配合理的控制策略，设定合适的冷冻水出水温度和冷却水回水温度，提高机组的运行能效。

机房整体能效不仅要根据建筑情况选用高效主机设备，同样要合理搭配输配系统和控制策略，各方面结合提高机房能效。