楊冰

北京金茂綠建科技有限公司

溫濕度獨(dú)立控制（以下簡(jiǎn)稱THIC）空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性較高，而且系統(tǒng)顯熱末端在夏季可以使用高溫冷水控制室內(nèi)溫度，從而使得冷源總體性能系數(shù)提高[1]，節(jié)能性優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)，因此很多以高舒適度為賣(mài)點(diǎn)的高端住宅采用了THIC 系統(tǒng)。但是，住宅集中THIC 系統(tǒng)存在運(yùn)行時(shí)間久、部分負(fù)荷工況多、維修更換不便、運(yùn)維費(fèi)用敏感、運(yùn)行工況特殊等特性，還需要進(jìn)一步優(yōu)化主機(jī)配置、降低能耗、提升經(jīng)濟(jì)性。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，磁懸浮變頻離心機(jī)作為高效冷熱源得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用，本文擬結(jié)合磁懸浮變頻離心機(jī)的特性以及實(shí)例進(jìn)行分析，探討其在住宅集中THIC 系統(tǒng)中的應(yīng)用可行性。

1 住宅集中THIC 系統(tǒng)

住宅集中THIC 系統(tǒng)的冷熱源形式一般為地源熱泵+燃?xì)忮仩t+單冷機(jī)組+冷卻塔，戶內(nèi)末端采用毛細(xì)管席或結(jié)構(gòu)埋管輻射空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)集中調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度。此類(lèi)系統(tǒng)在運(yùn)行方面有如下特點(diǎn)：

1）全年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。為了保障項(xiàng)目舒適度品質(zhì)，住宅集中THIC 系統(tǒng)一般是冬夏季全天24 h 連續(xù)運(yùn)行，在夏熱冬冷和寒冷地區(qū)的一些項(xiàng)目全年運(yùn)行時(shí)間達(dá)到了10 個(gè)月，合計(jì)約7200 h/年。相比之下，同地區(qū)的寫(xiě)字樓及商業(yè)的空調(diào)運(yùn)行季一般為8 個(gè)月，全天運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)16 h，合計(jì)約3840 h/年。對(duì)比看出，住宅集中THIC 系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間比公共建筑長(zhǎng)80%以上，意味著同樣的冷熱源主機(jī)在住宅項(xiàng)目上的運(yùn)行壽命年限會(huì)大大減少。

2）部分負(fù)荷工況多。選取北京及杭州的THIC 住宅項(xiàng)目進(jìn)行全年冷熱負(fù)荷分析，其負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)曲線見(jiàn)圖1 和圖2。從圖中看出，以北京為代表的寒冷地區(qū)項(xiàng)目供冷工況負(fù)荷率絕大部分低于60%，供熱工況基本都在80%以下。杭州所代表的夏熱冬冷地區(qū)項(xiàng)目供冷及供熱負(fù)荷率基本不大于60%。因此，系統(tǒng)主機(jī)規(guī)格搭配及主機(jī)性能均應(yīng)考慮在部分負(fù)荷工況下能達(dá)到較高的運(yùn)行能效。

圖1 北京項(xiàng)目負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)曲線

圖2 杭州項(xiàng)目負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)曲線

3）維修更換不便。住宅項(xiàng)目的能源機(jī)房基本都在地庫(kù)，為了減少車(chē)位占用，提高項(xiàng)目貨值，機(jī)房設(shè)計(jì)一般都比較緊湊。同時(shí)，較大的設(shè)備維修或者更換費(fèi)用支出需要取得業(yè)主委員會(huì)的同意，并且還要經(jīng)過(guò)房產(chǎn)行政部門(mén)或相應(yīng)管理部門(mén)的備案與審核，手續(xù)較為繁瑣?；谝陨峡紤]，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡量避免較大的維修更換工作。所以，住宅集中THIC 系統(tǒng)對(duì)主機(jī)的設(shè)備品質(zhì)及運(yùn)行壽命要求較高。

4）運(yùn)維費(fèi)用敏感。住宅項(xiàng)目的運(yùn)維收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)剛性較強(qiáng)，一般在前期銷(xiāo)售階段確定之后很難在后期調(diào)整增加，否則易引起業(yè)主的投訴和拒繳。但是，實(shí)際運(yùn)行中常規(guī)冷機(jī)的換熱性能會(huì)逐年衰減，故障維修次數(shù)越來(lái)越多，后期運(yùn)行能耗費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)增加。在成本增加、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不變的條件下，需要從設(shè)計(jì)源頭提升系統(tǒng)能效，降低系統(tǒng)全壽命周期的成本，盡量減少機(jī)組設(shè)備的維修及更換次數(shù)。

5）運(yùn)行工況特殊。住宅THIC 系統(tǒng)采用輻射空調(diào)系統(tǒng)作為顯熱末端，需要提供夏季高溫冷水和冬季低溫?zé)崴?，例如毛?xì)管網(wǎng)系統(tǒng)水溫為夏季17 ℃/20 ℃、冬季35 ℃/30 ℃，結(jié)構(gòu)埋管系統(tǒng)水溫為夏季18 ℃/20 ℃、冬季為28 ℃/26 ℃。為了充分發(fā)揮系統(tǒng)節(jié)能特性，熱泵主機(jī)應(yīng)能較好適應(yīng)高溫水供冷、低溫水供熱的運(yùn)行工況，尤其是在過(guò)渡季蒸發(fā)器與冷凝器壓差比較小的情況下。由于常規(guī)冷機(jī)按高溫水工況運(yùn)行時(shí)的COP 增幅不大[2]，所以建議配置專用的高溫冷水機(jī)組。

綜上所述，住宅集中THIC 系統(tǒng)需要搭配運(yùn)行壽命長(zhǎng)、換熱效率衰減少、維護(hù)費(fèi)用較低、適應(yīng)高溫水工況的冷熱源主機(jī)，才能更好地提升系統(tǒng)能效，保障系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)。

2 磁懸浮變頻離心機(jī)

磁懸浮是指利用磁力使物體處于無(wú)接觸懸浮狀態(tài)，磁懸浮離心機(jī)與普通離心機(jī)最大的區(qū)別是使用了磁懸浮軸承，機(jī)組運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)葉輪和軸承處于懸浮狀態(tài)，因此機(jī)組不需要潤(rùn)滑油就可以工作。基于這個(gè)核心優(yōu)勢(shì)，磁懸浮變頻離心機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）運(yùn)行壽命較長(zhǎng)。磁懸浮機(jī)組沒(méi)有機(jī)械摩擦損耗，可持久運(yùn)行。根據(jù)廠家資料，磁懸浮離心壓縮機(jī)的使用壽命長(zhǎng)達(dá)25～30 年，而常規(guī)冷機(jī)的使用壽命約為15～20 年。因此，按50 年的建筑壽命考慮，磁懸浮機(jī)組只需要更換一次，而常規(guī)冷機(jī)則需要更換2～3 次。

2）性能持續(xù)高效。常規(guī)壓縮機(jī)系統(tǒng)中潤(rùn)滑油系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)在系統(tǒng)中積油，而含油量較多時(shí)會(huì)增加功耗、降低制冷量[3]。磁懸浮機(jī)組是無(wú)油運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)閾Q熱器積油影響傳熱，保持機(jī)組性能持續(xù)高效。

3）維護(hù)費(fèi)用降低。磁懸浮機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件少，沒(méi)有復(fù)雜的油路系統(tǒng)、油冷卻系統(tǒng)，減少了潤(rùn)滑油更換、過(guò)濾清洗、油路保養(yǎng)等冷機(jī)維護(hù)內(nèi)容，能減少運(yùn)維人員工作量，有效降低日常維護(hù)費(fèi)用。

4）適應(yīng)工況范圍寬。磁懸浮機(jī)組不使用任何潤(rùn)滑油，所以沒(méi)有回油壓差限制，適用于數(shù)據(jù)中心及THIC系統(tǒng)的高溫冷水工況需求。而且，磁懸浮機(jī)組的冷水出水溫度從3～18 ℃都有很高的COP，冷水溫差3～10 ℃的COP 變化很小[4]。

5）部分負(fù)荷效率高。磁懸浮機(jī)組集成了變頻調(diào)速技術(shù)，使壓縮機(jī)在部分負(fù)荷下可以變速運(yùn)行，保持高效壓縮[5]。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，本文對(duì)350RT 的磁懸浮機(jī)組和高效定頻螺桿機(jī)組進(jìn)行了不同冷卻水溫及定冷卻水溫（地源工況）下的不同負(fù)荷率能效對(duì)比，詳見(jiàn)圖3、圖4。從圖中看出，僅對(duì)比滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率，磁懸浮冷機(jī)的性能略低于高效定頻螺桿機(jī)。但是在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磁懸浮冷水機(jī)組就凸顯出色的能效。即使是和變頻螺桿機(jī)及常規(guī)變頻離心機(jī)相比，由于不受回油壓差的影響，磁懸浮機(jī)組在50%負(fù)荷率以下的COP 也大大高于常規(guī)變頻機(jī)組[6]。

圖3 不同冷卻水溫，不同負(fù)荷率能效對(duì)比

圖4 定冷卻水溫，不同負(fù)荷率能效對(duì)比

通過(guò)以上分析，可以看出磁懸浮變頻離心機(jī)組能夠匹配住宅集中THIC 系統(tǒng)對(duì)冷熱源的要求，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，具備良好的技術(shù)應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)代地產(chǎn)在北京萬(wàn)國(guó)城MOMA 住宅的集中THIC系統(tǒng)中將調(diào)峰冷機(jī)改為磁懸浮機(jī)組，節(jié)能的效果較為明顯。

但是，磁懸浮變頻離心機(jī)目前也存在壓縮機(jī)規(guī)格偏小、成本較高的不足?，F(xiàn)有主流磁懸浮壓縮機(jī)還是以小型離心壓縮機(jī)為主，大冷量機(jī)組則需要安裝多臺(tái)壓縮機(jī)，大大增加了機(jī)組成本。雖然目前有少數(shù)公司已經(jīng)推出大冷量的磁懸浮離心式壓縮機(jī)，但是應(yīng)用較多的還是中等制冷量的產(chǎn)品。因此，對(duì)于裝機(jī)容量較大的項(xiàng)目，建議采用常規(guī)機(jī)組和磁懸浮機(jī)組搭配的方式，進(jìn)行投資回收期分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能和降低造價(jià)的平衡。

3 實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

南京某住宅項(xiàng)目采用集中THIC 系統(tǒng)，地上建筑面積約9 萬(wàn)m2。通過(guò)DeST-h 軟件對(duì)項(xiàng)目建模計(jì)算，得到全年逐時(shí)負(fù)荷曲線（圖5），其中夏季最大冷負(fù)荷為5383 kW，冬季最大熱負(fù)荷為3429 kW。從負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)曲線（圖6）看出，本項(xiàng)目90%的運(yùn)行時(shí)段的負(fù)荷率不超過(guò)80%，夏季還有28%的運(yùn)行時(shí)段冷負(fù)荷率低于10%。

圖5 南京項(xiàng)目全年逐時(shí)負(fù)荷曲線

圖6 南京項(xiàng)目負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)曲線

3.2 冷熱源方案分析

根據(jù)項(xiàng)目負(fù)荷及地源井系統(tǒng)情況，該項(xiàng)目的冷熱源系統(tǒng)配置為2 臺(tái)地源熱泵+1 臺(tái)單冷機(jī)組+1 臺(tái)燃?xì)忮仩t，具體規(guī)格如表1 所示：

表1 冷熱源規(guī)格配置表

為了分析磁懸浮機(jī)組的應(yīng)用可行性和經(jīng)濟(jì)性，可以結(jié)合全年逐時(shí)負(fù)荷以及廠家提供的主機(jī)負(fù)荷性能曲線進(jìn)行能耗費(fèi)用測(cè)算。由于住宅項(xiàng)目的全年運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，能耗費(fèi)的節(jié)省較為明顯，通過(guò)對(duì)兩種磁懸浮主機(jī)搭配方案和常規(guī)方案對(duì)比（表2），可以看出磁懸浮機(jī)組方案的靜態(tài)回收期均小于5 年，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。另外，從表2 可以看出，方案3 雖然比方案2 多配置了一臺(tái)磁懸浮主機(jī)，但是能耗費(fèi)用并沒(méi)有同比例下降，因此對(duì)于成本費(fèi)用較為敏感的項(xiàng)目可以磁懸浮機(jī)組+常規(guī)機(jī)組的方式進(jìn)行搭配。

表2 冷熱源方案比較表

4 結(jié)語(yǔ)

磁懸浮離心機(jī)組是一種高效的節(jié)能設(shè)備，具有壽命長(zhǎng)、能效高、維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)，可以較好地滿足住宅集中THIC 系統(tǒng)對(duì)冷熱源主機(jī)的性能要求。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例分析，可以看出雖然磁懸浮離心機(jī)組投資成本較高，但是運(yùn)行能耗費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用的節(jié)省較為明顯，因此回收期較短，具備良好的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性。隨著磁懸浮壓縮機(jī)核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，機(jī)組成本進(jìn)一步降低，相信磁懸浮離心機(jī)組今后會(huì)在越來(lái)越多的建筑中發(fā)揮更大的節(jié)能效益。