磁懸浮與溴化鋰制冷機(jī)性能對比及節(jié)能改造實(shí)踐

山東省第一榮軍優(yōu)撫醫(yī)院李忠強(qiáng)

　　【摘要】本文以濟(jì)南市某省直單位更換制冷機(jī)為研究對象，通過對兩種制冷機(jī)在能耗、維護(hù)、運(yùn)行穩(wěn)定性等多方面的詳細(xì)對比，分析此次設(shè)備更換在節(jié)能降耗方向上的重大意義，旨在為其他單位制冷機(jī)房的節(jié)能改造提供參考依據(jù)。

　　【關(guān)鍵詞】溴化鋰制冷機(jī)；磁懸浮制冷機(jī)；能耗對比；節(jié)能改造；運(yùn)行穩(wěn)定性

　　引言

　　在當(dāng)前節(jié)能減排的大背景下，能源利用效率的提升成為各行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。對于各類單位而言，高能耗設(shè)備的節(jié)能改造是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。制冷機(jī)房作為能耗大戶，其內(nèi)部設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化至關(guān)重要。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在公共機(jī)構(gòu)的能耗組成中，建筑能耗占比高達(dá)70%，而在建筑能耗里，中央空調(diào)系統(tǒng)耗電量又在辦公建筑能耗中占比最高，可達(dá)59.95%[1]，由此可見中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的緊迫性和重要性。制冷機(jī)作為中央空調(diào)系統(tǒng)的心臟和能源消耗的大戶，設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化至關(guān)重要。濟(jì)南市某省直單位原有制冷設(shè)備為一臺1700KW蒸汽型單效溴化鋰吸收式冷機(jī)，供冷面積15000m2,通過單位自備鍋爐提供蒸汽作為熱源。隨著技術(shù)發(fā)展和節(jié)能需求的提升，以及原有設(shè)備逐漸老化，經(jīng)論證將其更換為磁懸浮制冷機(jī)，在滿足制冷需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

　　1、蒸汽型溴冷機(jī)與磁懸浮制冷機(jī)工作原理

　　1.1蒸汽型溴冷機(jī)工作原理

　　蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)以蒸汽熱能為驅(qū)動能源，采用水作為載冷劑，溴化鋰溶液作為吸收劑。其工作原理基于制冷劑溶液的濃度循環(huán)變化過程：通過稀溶液濃縮和濃溶液稀釋的交替循環(huán)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)吸熱效應(yīng)。在運(yùn)行過程中，循環(huán)冷凍水流經(jīng)制冷機(jī)蒸發(fā)器時(shí)，被冷劑水吸收熱量，溫度梯度式下降，最終達(dá)到7℃-12℃的工藝溫度設(shè)定范圍。

　　圖1溴化鋰制冷機(jī)工作流程圖

　　1.2磁懸浮制冷機(jī)工作原理

　　磁懸浮制冷機(jī)以電作為動力源，采用磁懸浮離心壓縮機(jī)。磁懸浮系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，當(dāng)轉(zhuǎn)子受到擾動，傳感器檢測位移，控制器將信號轉(zhuǎn)換為控制電流，驅(qū)動轉(zhuǎn)子回到平衡位置。它利用磁性“同性相斥，異性相吸”的原理，使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子懸浮在軸承上無摩擦運(yùn)動。氟利昂制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸收載冷劑水的熱量進(jìn)行制冷，蒸發(fā)吸熱后的氟利昂濕蒸汽被壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，經(jīng)水冷冷凝器冷凝后變成液體，經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器再循環(huán)，制取7℃-12℃冷凍水。

　　圖2磁懸浮制冷轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

　　2、兩種制冷機(jī)性能對比

　　2.1能效對比：

　　在能效表現(xiàn)方面，根據(jù)設(shè)備制造商提供的技術(shù)參數(shù)，傳統(tǒng)蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)的能效系數(shù)（COP）標(biāo)準(zhǔn)范圍為1.5至1.7[2]。在實(shí)際運(yùn)行工況下，由于采用該單位自備的燃?xì)庹羝仩t作為熱源（鍋爐熱效率通常為88%-90%）[3]，疊加蒸汽輸送過程中的能量損耗，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的綜合能效顯著低于制造商標(biāo)稱值。相比之下，磁懸浮制冷機(jī)組采用創(chuàng)新的磁懸浮無油運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)，通過完全消除傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)帶來的能量損耗，有效提升了蒸發(fā)器蒸發(fā)效率與冷凝器換熱性能，從而顯著提高了機(jī)組整體運(yùn)行效率，其能效系數(shù)最高可達(dá)13.18[4]。

　　2.2冷量衰減對比：

　　溴冷機(jī)冷量衰減問題較為突出。一方面，維保水平影響較大。其一，真空度是溴冷機(jī)的生命。真空度維持不好的制冷機(jī)制冷能力衰減明顯，統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)組內(nèi)不凝性氣體濃度達(dá)到3%，制冷量衰減20%，可謂直線下降[5]。該單位一般每年開機(jī)前、開機(jī)期間都會針對制冷機(jī)進(jìn)行抽真空操作，最后幾年頻率較高。其二，冷卻水水質(zhì)對傳熱影響較大，若冷凝器傳熱管壁結(jié)垢，機(jī)組性能明顯降低，如管壁附著0.6mm的污垢，制冷能力則降至76%[6]；濟(jì)南地區(qū)水質(zhì)硬度比較高，相比而言更容易結(jié)垢，管理上要求更高。另一方面，受到機(jī)組設(shè)備制造品質(zhì)、使用環(huán)境、使用頻率等多種因素的影響，溴化鋰制冷機(jī)也會有不同程度的冷量衰減。相比而言，磁懸浮制冷機(jī)冷量衰減影響因素就比較少，目前來看主要由冷卻水水質(zhì)引起，設(shè)計(jì)施工時(shí)一般考慮安裝小球清洗器，隨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)清洗傳熱管道[7]。而該單位在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)直接使用軟化水作為冷卻塔用水，水質(zhì)的影響比較小。

　　2.3維護(hù)成本對比：

　　溴冷機(jī)的維護(hù)較為復(fù)雜，因?yàn)檩p量化學(xué)反應(yīng)，溴化鋰溶液需定期檢查化驗(yàn)，視情況對溴化鋰溶液進(jìn)行過濾凈化、補(bǔ)充；溴化鋰機(jī)組維護(hù)重點(diǎn)部位比較多，比如溶液泵、溶劑泵系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)；另外溴化鋰溶液在低負(fù)荷時(shí)容易出現(xiàn)結(jié)晶，需要長時(shí)間融晶操作，影響制冷效果。而磁懸浮制冷機(jī)運(yùn)行部件少，無摩擦，無油運(yùn)行，壓縮機(jī)僅一個(gè)運(yùn)動部件，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，降低了維護(hù)成本。

　　2.4運(yùn)行穩(wěn)定性對比：

　　溴冷機(jī)系統(tǒng)較為復(fù)雜，由多個(gè)部件組成，如高溫發(fā)生器、低溫發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液泵、溶劑泵等，任何一個(gè)部件出現(xiàn)故障都可能影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。在實(shí)際運(yùn)行中，該單位曾在最炎熱的天氣里停機(jī)更換過溶液泵和控制柜變頻器。對那些夏季非常倚重制冷的單位來說，為求穩(wěn)妥，需至少配備兩臺機(jī)組，輪流使用，增加了購置成本。而磁懸浮制冷機(jī)采用先進(jìn)的磁懸浮技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù)，運(yùn)行部件完全懸浮，無摩擦運(yùn)行，結(jié)構(gòu)振動接近于零，無需安裝減震配件和隔音機(jī)房。其數(shù)字化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整參數(shù)，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定性更高。另外，磁懸浮制冷機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化運(yùn)行，單個(gè)模塊出故障不影響整體使用。

　　2.5運(yùn)行工況氣候適應(yīng)性對比分析：

　　溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的啟動運(yùn)行對冷卻水溫度具有顯著依賴性。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行規(guī)范，冷卻水溫度需維持在25-32℃區(qū)間方可確保機(jī)組正常啟動及穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)冷卻水溫度低于25℃時(shí)，存在溴化鋰溶液結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致載冷劑管路堵塞，進(jìn)而引發(fā)制冷性能的顯著衰減。作為標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)機(jī)制，當(dāng)檢測到冷卻水溫度過低時(shí)，機(jī)組將自動觸發(fā)停機(jī)保護(hù)程序。

　　以濟(jì)南為代表的華北地區(qū)氣候特征顯示，五月中旬晝夜溫差顯著：日間氣溫滿足空調(diào)負(fù)荷需求，但夜間蓄熱不足導(dǎo)致冷卻水溫度偏低，往往無法滿足溴化鋰機(jī)組的啟動條件。相較而言，磁懸浮制冷系統(tǒng)具備更優(yōu)的運(yùn)行適應(yīng)性，僅需電力供應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動與穩(wěn)定運(yùn)行，不受環(huán)境溫度條件的制約。

　　3、初投資對比

　　其中，可比價(jià)格以國家統(tǒng)計(jì)局公布的居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)為基準(zhǔn)，以2005年為基期進(jìn)行測算。數(shù)據(jù)顯示，2020年居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)較基期累計(jì)上漲約48.6%[8]。經(jīng)對比分析表明，設(shè)備初投資呈現(xiàn)小幅增長態(tài)勢，增幅約為11%。

　　表1初投資比對表單位：萬元

　　4、使用方向上的區(qū)分

　　目前，溴化鋰制冷機(jī)雖然公認(rèn)能耗較高，但用電量較少，噪音較低，依托工業(yè)余熱，仍有較廣泛的應(yīng)用。在工程項(xiàng)目市場中，其占比達(dá)到2.5%，在整個(gè)中央空調(diào)市場中，份額為1.8%，且在2024年上半年，溴化鋰機(jī)組銷量實(shí)現(xiàn)了3.8%的增長[9]。從磁懸浮壓縮機(jī)國內(nèi)市場來看，據(jù)行業(yè)測算，2025年中國磁懸浮壓縮機(jī)市場規(guī)模預(yù)計(jì)突破80億元，年復(fù)合增長率超35%[10]。磁懸浮制冷機(jī)是磁懸浮壓縮機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，其市場規(guī)模會隨著磁懸浮壓縮機(jī)市場的增長而增長。相比而言，更具有成長性。

　　4.1能源條件分析：

　　溴化鋰制冷系統(tǒng)采用熱能驅(qū)動模式，能夠有效利用工業(yè)廢熱、工藝余熱等低品位熱源，特別適用于具有豐富余熱資源的工業(yè)場景，包括但不限于熱電廠、鋼鐵冶煉廠、石油化工企業(yè)等。磁懸浮制冷系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，具有顯著的能效優(yōu)勢，在電力基礎(chǔ)設(shè)施完善且對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性要求較高的應(yīng)用場景中表現(xiàn)突出，典型應(yīng)用包括數(shù)據(jù)中心、商業(yè)辦公建筑、精密儀器機(jī)房等。

　　4.2制冷量需求對比：

　　溴化鋰制冷機(jī)組具備大容量制冷特性，通過多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行可滿足更高制冷負(fù)荷需求，特別適合大型公共建筑、工業(yè)廠房等大空間制冷應(yīng)用場景。磁懸浮制冷系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，制冷量覆蓋范圍廣泛，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，既能滿足中小型商業(yè)建筑的制冷需求，也能適應(yīng)大型工業(yè)廠房的制冷要求，在規(guī)模適應(yīng)性方面具有明顯優(yōu)勢。

　　4.3機(jī)房環(huán)境適應(yīng)性：

　　溴化鋰制冷機(jī)組運(yùn)行噪聲較低，但受限于其較大的設(shè)備體積和重量，對安裝空間、基礎(chǔ)承重能力及機(jī)房面積均有較高要求。相比之下，磁懸浮制冷系統(tǒng)具有振動極小、噪聲極低的技術(shù)特點(diǎn)，加之其緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯著降低了對機(jī)房空間的占用要求，特別適合對環(huán)境品質(zhì)要求嚴(yán)苛的場所，如醫(yī)療機(jī)構(gòu)、高端酒店、精密實(shí)驗(yàn)室等特殊環(huán)境。

　　5、節(jié)能方向上的意義

　　5.1降低能源消耗，助力節(jié)能減排

　　通過將原有溴化鋰制冷機(jī)組替換為磁懸浮制冷機(jī)組，顯著降低了制冷機(jī)房的單位能耗。該機(jī)組的制冷運(yùn)行周期主要集中在每年6月至9月，所采集的能耗數(shù)據(jù)覆蓋了整個(gè)制冷季的運(yùn)行時(shí)段。

表2能源消耗比對表單位：元

　　根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在保持制冷量、動力系統(tǒng)配置及運(yùn)行時(shí)長相同的條件下，經(jīng)初步測算，磁懸浮制冷機(jī)組相較于傳統(tǒng)溴化鋰制冷機(jī)組可實(shí)現(xiàn)約74%的節(jié)能效果。

　　5.2優(yōu)化制冷性能，確保高效穩(wěn)定運(yùn)行

　　磁懸浮制冷機(jī)組憑借其卓越的冷量維持能力和運(yùn)行穩(wěn)定性，能夠持續(xù)提供高效制冷輸出，為使用單位創(chuàng)造穩(wěn)定可靠的制冷環(huán)境。該技術(shù)特別適用于對制冷連續(xù)性要求嚴(yán)苛的場所，包括醫(yī)療機(jī)構(gòu)、商業(yè)綜合體、數(shù)據(jù)中心及科研實(shí)驗(yàn)室等關(guān)鍵場景，有效保障環(huán)境溫控精度與舒適度。

　　5.3加速技術(shù)裝備迭代，驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級

　　此次技術(shù)裝備的迭代升級，重點(diǎn)對制冷設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了全面優(yōu)化，不僅實(shí)現(xiàn)了本單位制冷機(jī)房的能效提升，更為同行業(yè)制冷系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了可復(fù)制的技術(shù)方案和實(shí)施路徑。該舉措將有效推動制冷行業(yè)向高效節(jié)能、綠色環(huán)保的技術(shù)方向發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)升級。

　　6、結(jié)論

　　通過對濟(jì)南市某省直單位制冷機(jī)房中原溴化鋰制冷機(jī)組與更新后的磁懸浮制冷機(jī)組在工作原理、技術(shù)性能及運(yùn)行成本等方面的對比研究表明，磁懸浮制冷設(shè)備的應(yīng)用不僅顯著提升了能效水平、降低了運(yùn)營成本，同時(shí)有效改善了系統(tǒng)制冷效率與運(yùn)行穩(wěn)定性。在當(dāng)前全球倡導(dǎo)節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，制冷設(shè)備使用單位應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注制冷技術(shù)的前沿發(fā)展動態(tài)，及時(shí)推進(jìn)設(shè)備技術(shù)升級與系統(tǒng)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的協(xié)同提升。展望未來，隨著制冷技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新突破，更高能效、更環(huán)保的新型制冷設(shè)備將不斷涌現(xiàn)，為各行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。