磁悬浮离心式冷水机组市场调研报告Word下载.docx

磁悬浮离心式冷水机组市场调研报告Word下载.docx

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2.2.3应用案例18

3总结23

3.1理论体系23

3.1.1磁悬浮压缩机23

3.1.2磁悬浮离心式冷水机组26

3.2节能依据28

3.3计算方法30

3.3.1用于新建建筑时30

3.3.2用于既有建筑改造时30

3.4纵向对比31

3.5横向对比33

序言

在电制冷空调系统中，按照承担室内负荷的介质不同，中央空调系统可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统和制冷剂系统。

除制冷剂系统外，其他三种中央空调系统的主机都为冷水机组。

而按照压缩机形式的不同，冷水机组可分为活塞式、螺杆式、离心式和模块化冷水机组。

四种冷水机组的性能对比如下表所示：

形式

优点

缺点

活塞式

用材简单，可用一般金属材料，加工容易，造价低；

系统装置简单，润滑容易，不需要排气装置；

采用多机头，高速多缸，性能可得到改善；

零部件多，易损件多，维修复杂，频繁，维护费用高；

压缩比低，单机制冷量小；

单机头部分负荷下调节性能差，卸缸调节，不能无级调节；

属上下往复运动，振动较大；

单位制冷量重量指标较大；

螺杆式

结构简单，运动部件少，易损件少，仅是活塞式的1/10，故障率低，寿命长；

圆周运动平稳，低负荷运转时无“喘振”现象，噪音低，振动小；

压缩比可高达20，EER值高；

调节方便，可在10%~100%范围内无级调节，部分负荷时效率高，节电显著；

体积小，重量轻，可做成立式全封闭大容量机组；

对湿冲程不敏感；

属正压运行，不存在外气侵入腐蚀问题；

价格比活塞式高；

单机容量比离心式小，转速比离心式低；

润滑油系统较复杂，耗油量大；

大容量机组噪声比离心式高；

要求加工精度和装配精度高；

离心式

叶轮转速高，输气量大，单机容量大；

易损件少，工作可靠，结构紧凑，运转平稳，振动小，噪声低；

单位制冷量重量指标小；

制冷剂中不混有润滑油，蒸发器和冷凝器的传热性能好；

EER值高，理论值可达6.99；

调节方便，在10%~100%内可无级调节；

单级压缩机在低负荷时会出现“喘振”现象，在满负荷运转平稳；

对材料强度，加工精度和制造质量要求严格；

当运行工况偏离设计工况时效率下降较快，制冷量随蒸发温度降低而减少幅度比活塞式快；

离心负压系统，外气易侵入，有产生化学变化腐蚀管路的危险；

模块化

系活塞式和螺杆式的改良型，它是由多个冷水单元组合而成；

机组体积小，重量轻，高度低，占地小；

安装简单，无需预留安装孔洞，现场组合方便，特别适用于改造工程；

价格较贵；

模块片数一般不宜超过8片；

活塞式冷水机组由于固有的缺陷，目前已经很少使用。

既有和新建建筑中广泛使用的是螺杆式、离心式和模块化冷水机组。

在既有建筑，特别是使用年限超过10年的建筑中，冷水机组存在以下几个方面的问题：

1、设计不严谨，机组选型偏大

这个问题主要是由于中央空调设计阶段，负荷计算不严谨，导致机组选型偏大。

普通冷水机组调节能力较差，一般在50%~80%的负载率时能效比较高。

选型偏大导致冷水机组长期处于低负载率条件下运行，能效比低，电能浪费严重。

2、机组老化严重，能效比低

运行条件恶劣，围护保养不到位，是冷水机组普遍存在的问题，带来的后果就是冷水机组老化严重。

此外，普通冷水机组必须采用润滑油，而润滑油不可避免的进入制冷循环，影响换热器换热，降低机组制冷量和能效比。

据统计，当制冷系统含油量为4%时，机组能效比降低9%，而当含油量增大到7%时，能效比将下降13%。

普通冷水机组每年制冷量衰减为3%~8%。

3、使用淘汰冷媒，环保性差

R22由于对臭氧层有破坏作用而面临被淘汰的命运，根据最新的《蒙特利尔协议》规定，中国到2015年停止以R22为制冷剂的机组，每年生产的R22只能用于旧机组的维护，到2030年彻底淘汰R22。

以R22为制冷剂的冷水机组，在既有建筑中央空调系统中占有较大比重，特别是使用年限超过10年的建筑，其冷水机组基本使用的是R22。

4、机组故障率高，维保费用严重。

机组老化严重以及必须使用润滑油导致冷水机组故障率高，维保费用高。

冷水机组一般两年左右就要更换一次润滑油和制冷剂，还需要对换热器进行清洗，以确保机组安全、高效运行。

而这些维保工作不仅需要人力和财力，对于机组本身也是一种伤害。

此外，某些冷水机组在设计时选用的就是能效较差的设备，特别是冷冻水泵和冷却水泵；

过渡季节运行时，机组需要对润滑油进行预热才能运行。

因此，冷水机组节能改造势在必行。

普通冷水机组应用与建筑改造时往往面临以下几个方面的问题：

1、工程量大、改造时间长，改造费用高

传统冷水机组由于尺寸、重量大，改造时往往需要破坏原有机房的围护结构，工程施工量大，改造时间长，改造费用高；

2、大型设备（吊车等）进场困难

高层和超高层建筑冷水机组改造时，往往需要使用吊车等大型设备将机组吊装至指定位置，这就要求建筑所在地有大型设备进场的条件；

3、影响正常营业，扰民

1、磁悬浮与磁悬浮变频离心式空调主机

磁悬浮空调的核心在于磁悬浮压缩机，而磁悬浮压缩机的核心在于磁悬浮轴承。

磁悬浮轴承技术是国际上20世纪60年代中期开始研究的一项支撑技术。

它是利用电磁力使转轴稳定悬浮起来的一种新型轴承，是集转子动力学、机械学、力学、控制工程、电磁学、电子学和计算机科学于一体的最具代表性的机电一体化产品。

1.1磁悬浮技术

1937年，德国工程师Kemper申请了第一个磁悬浮技术专利，他认为要使铁磁体实现稳定的磁悬浮，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，即采用可控电磁铁才能实现，这一思想成为这之后开展磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。

利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持在一定位置的技术措施，磁悬浮系统由转子、传感器、控制器和执行器4个部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。

当转子受到某个方向的干扰而偏离其参考位置时，传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。

因此，不论转子受到哪个方向的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

1.2磁悬浮轴承与磁悬浮压缩机

磁悬浮轴承是磁悬浮变频离心式冷水机组的核心部件之一，其构造如图1所示：

在轴与轴承之间存在两个磁场：

第一个是永磁体，保证轴和轴承之间不接触，可以保持30年磁性不消除，30年之内不用大修。

另一个是电磁场——数字式控制系统，每分钟600万次的测试，时刻保证轴不偏离中心，并且在检测到偏心时及时修正偏心距，使轴的位置偏移量被限制在0.007mm之内，确保压缩机的高可靠性。

无油离心式磁悬浮压缩机是一种完全不需要润滑油的压缩机，轴承并非是机械轴承而是磁悬浮轴承，利用磁铁“异性相斥”的原理，轴承内径与轴的外径同极，使得轴承的内径与轴相互之间不接触。

电动机、驱动轴以及离心叶轮都由磁悬浮轴承托起，处于没有直接接触的悬浮状态，因此消除了机械摩擦，在实际运行中，轴与轴承之间仅有气流摩擦，而气流摩擦损失只是机械摩擦损失的2%，大大减小了摩擦力，并且能够大幅度降低噪音。

不仅如此，磁悬浮技术还可以减少机械摩擦所产生的效率损失、震动和噪音等问题。

磁悬浮压缩机转轴的转速可高达1.8万至4.8万转，而普通压缩机转轴的转速最高只能达到8000转。

磁悬浮压缩机转轴的高转速减小了叶轮半径，一般叶轮半径只有5~8cm，大大节省了空间，这样磁悬浮压缩机就能放到模块化冷水机组中，形成单压缩机配单板换的模块化系统。

而且由于系统没有润滑油，因此省去了油泵、供油系统，同时也避免了润滑油对换热器换热效率的不利影响。

传统压缩机最多只能做到从制冷剂中分理出96.5%的润滑油，而剩下的至少3.5%的润滑油会带来至少8%的冷量损失，不仅如此，90%的压缩机烧毁都是由于润滑油失效。

在磁悬浮压缩机内部配有专门针对电动机冷却的冷却环路，保证电动机不会因为长时间的运行，烧毁而出现事故或是温度过高会造成损失等问题。

在实际运行中磁悬浮压缩机还有以下两个优点：

1、磁悬浮压缩机的启动为软启动，启动电流仅为0~6A，传统压缩机的启动电流需要200~600A。

而且在实际运行中磁悬浮模块化冷水机组多个模块式顺利启动，没有冲击电流，前一个启动平稳后下一个才启动，使得运行更安全；

2、在突然断电时，压缩机中电容器中的电可以保证转轴速度缓慢减小直至为零，避免了突然停运对压缩机的损坏。

1.3磁悬浮变频离心式冷水机组

澳大利亚捷丰公司于2003年的美国ChicagoASHRAE/AHR展览上首次磁悬浮离心式空调这一高新技术产品，并获得EnergyInnovation奖。

经过10多年的发展，包括麦克维尔、约克、阿拉斯加等一批国外企业均开发了自己的磁悬浮离心式空调。

国内方面，海尔于2012年率先推出磁悬浮离心式空调，在此之后，格力、美的、必信等公司也相继推出自己的磁悬浮空调产品。

目前已经量产并在工程上得到应用的磁悬浮变频离心式空调包括磁悬浮变频冷水机组、磁悬浮变频模块机组、磁悬浮热泵机组。

磁悬浮离心式冷水机组是一种高效率的机组，使用的制冷剂为R134a环保冷媒，它使用到的是磁悬浮无油离心式压缩机，是一种两级压缩机械循环的压缩机，在第一级压缩机腔和第二级压缩机腔之间，具有一个中间吸气接口，它可以吸入一股中间压力的制冷剂，实现经济器循环。

以此为基础，采用了经济器制冷循环，在蒸发器和冷凝器之间安装一个经济器，经冷凝器冷凝过的液体冷媒被分成两个回路，一个回路的冷媒通过一个膨胀阀节流后，在经济器中对另外一个回路多的液体冷媒进行再冷却，提高将要进入蒸发器的这部分冷媒的过冷度，而膨胀阀节流的冷媒在经济器内完全蒸发后，由压缩机中间吸气口回到压缩机。

经济器循环可以在几乎不增加压缩机功率的情况下，提高机组的制冷量，使机组达到更高的效率。

磁悬浮离心式冷水机组的COP能达到7以上，而传统机组的COP只能达到5~6.在最新的改造中，磁悬浮离心式冷水机组的COP值已经达到8。

磁悬浮机组于普通机组的对比如下表所示：

表2磁悬浮机组于普通机组对比

磁悬浮机组

普通机组

磁悬浮优势

能效

一级能效

节能或非节能产品

可享受所得税退费补贴

压缩机转速

最高48000转/分变频无极调节

3000转/分

45%以上节能效果

轴承类型

磁悬浮轴承

球轴承

轴承无磨损，寿命长达30年

润滑油

无润滑油

有润滑油

高效换热，制冷系统无需围护

运行噪声

73dB

85dB

低噪声，无干扰

启动电流

2A

几百/几千A

对电网无冲击，可减少配电

功率因数

0.95

0.85

无需补偿，配电负荷可减少10%~20%

体积大小

体积紧凑，占地面积小

占地面积大

减少50%以上占地面积

控制方式

数字控制

模拟控制

真正实现物联网能源监控和远程操作

1.3.1磁悬浮无油满液式水冷冷水机组

磁悬浮水冷冷水机组的蒸发器和冷凝器均采用满液式高效换热器，根据工程应用需要，还可以设计成双回路双机串联、单回路双机并联，双回路双机并联