磁懸浮與溴化鋰制冷機性能對比及節(jié)能改造實踐

山東省第一榮軍優(yōu)撫醫(yī)院李忠強

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

　　【關鍵詞】溴化鋰制冷機；磁懸浮制冷機；能耗對比；節(jié)能改造；運行穩(wěn)定性

　　引言

　　在當前節(jié)能減排的大背景下，能源利用效率的提升成為各行業(yè)關注的焦點。對于各類單位而言，高能耗設備的節(jié)能改造是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵舉措。制冷機房作為能耗大戶，其內(nèi)部設備的節(jié)能優(yōu)化至關重要。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，在公共機構的能耗組成中，建筑能耗占比高達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。制冷機作為中央空調(diào)系統(tǒng)的心臟和能源消耗的大戶，設備的節(jié)能優(yōu)化至關重要。濟南市某省直單位原有制冷設備為一臺1700KW蒸汽型單效溴化鋰吸收式冷機，供冷面積15000m2,通過單位自備鍋爐提供蒸汽作為熱源。隨著技術發(fā)展和節(jié)能需求的提升，以及原有設備逐漸老化，經(jīng)論證將其更換為磁懸浮制冷機，在滿足制冷需求的同時實現(xiàn)節(jié)能降耗。

　　1、蒸汽型溴冷機與磁懸浮制冷機工作原理

　　1.1蒸汽型溴冷機工作原理

　　蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機以蒸汽熱能為驅(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)實現(xiàn)蒸發(fā)吸熱效應。在運行過程中，循環(huán)冷凍水流經(jīng)制冷機蒸發(fā)器時，被冷劑水吸收熱量，溫度梯度式下降，最終達到7℃-12℃的工藝溫度設定范圍。

　　圖1溴化鋰制冷機工作流程圖

　　1.2磁懸浮制冷機工作原理

　　磁懸浮制冷機以電作為動力源，采用磁懸浮離心壓縮機。磁懸浮系統(tǒng)由轉子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，當轉子受到擾動，傳感器檢測位移，控制器將信號轉換為控制電流，驅(qū)動轉子回到平衡位置。它利用磁性“同性相斥，異性相吸”的原理，使壓縮機的轉子懸浮在軸承上無摩擦運動。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行制冷，蒸發(fā)吸熱后的氟利昂濕蒸汽被壓縮機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)流進入蒸發(fā)器再循環(huán)，制取7℃-12℃冷凍水。

　　圖2磁懸浮制冷轉子運轉示意圖

　　2、兩種制冷機性能對比

　　2.1能效對比：

　　在能效表現(xiàn)方面，根據(jù)設備制造商提供的技術參數(shù)，傳統(tǒng)蒸汽型溴化鋰制冷機的能效系數(shù)（COP）標準范圍為1.5至1.7[2]。在實際運行工況下，由于采用該單位自備的燃氣蒸汽鍋爐作為熱源（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)實際運行的綜合能效顯著低于制造商標稱值。相比之下，磁懸浮制冷機組采用創(chuàng)新的磁懸浮無油運轉技術，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，從而顯著提高了機組整體運行效率，其能效系數(shù)最高可達13.18[4]。

　　2.2冷量衰減對比：

　　溴冷機冷量衰減問題較為突出。一方面，維保水平影響較大。其一，真空度是溴冷機的生命。真空度維持不好的制冷機制冷能力衰減明顯，統(tǒng)計表明，機組內(nèi)不凝性氣體濃度達到3%，制冷量衰減20%，可謂直線下降[5]。該單位一般每年開機前、開機期間都會針對制冷機進行抽真空操作，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垢，機組性能明顯降低，如管壁附著0.6mm的污垢，制冷能力則降至76%[6]；濟南地區(qū)水質(zhì)硬度比較高，相比而言更容易結垢，管理上要求更高。另一方面，受到機組設備制造品質(zhì)、使用環(huán)境、使用頻率等多種因素的影響，溴化鋰制冷機也會有不同程度的冷量衰減。相比而言，磁懸浮制冷機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，設計施工時一般考慮安裝小球清洗器，隨機運轉，實時清洗傳熱管道[7]。而該單位在制冷運轉時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維護成本對比：

　　溴冷機的維護較為復雜，因為輕量化學反應，溴化鋰溶液需定期檢查化驗，視情況對溴化鋰溶液進行過濾凈化、補充；溴化鋰機組維護重點部位比較多，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荷時容易出現(xiàn)結晶，需要長時間融晶操作，影響制冷效果。而磁懸浮制冷機運行部件少，無摩擦，無油運行，壓縮機僅一個運動部件，節(jié)省了維護費用，降低了維護成本。

　　2.4運行穩(wěn)定性對比：

　　溴冷機系統(tǒng)較為復雜，由多個部件組成，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，任何一個部件出現(xiàn)故障都可能影響整個機組的運行穩(wěn)定性。在實際運行中，該單位曾在最炎熱的天氣里停機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，需至少配備兩臺機組，輪流使用，增加了購置成本。而磁懸浮制冷機采用先進的磁懸浮技術和數(shù)字化控制技術，運行部件完全懸浮，無摩擦運行，結構振動接近于零，無需安裝減震配件和隔音機房。其數(shù)字化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測機組運行狀態(tài)，及時調(diào)整參數(shù)，保證機組穩(wěn)定運行，運行穩(wěn)定性更高。另外，磁懸浮制冷機已經(jīng)實現(xiàn)模塊化運行，單個模塊出故障不影響整體使用。

　　2.5運行工況氣候適應性對比分析：

　　溴化鋰吸收式制冷機組的啟動運行對冷卻水溫度具有顯著依賴性。根據(jù)設備運行規(guī)范，冷卻水溫度需維持在25-32℃區(qū)間方可確保機組正常啟動及穩(wěn)定運行。當冷卻水溫度低于25℃時，存在溴化鋰溶液結晶風險，可能導致載冷劑管路堵塞，進而引發(fā)制冷性能的顯著衰減。作為標準保護機制，當檢測到冷卻水溫度過低時，機組將自動觸發(fā)停機保護程序。

　　以濟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)負荷需求，但夜間蓄熱不足導致冷卻水溫度偏低，往往無法滿足溴化鋰機組的啟動條件。相較而言，磁懸浮制冷系統(tǒng)具備更優(yōu)的運行適應性，僅需電力供應即可實現(xiàn)即時啟動與穩(wěn)定運行，不受環(huán)境溫度條件的制約。

　　3、初投資對比

　　其中，可比價格以國家統(tǒng)計局公布的居民消費價格指數(shù)為基準，以2005年為基期進行測算。數(shù)據(jù)顯示，2020年居民消費價格指數(shù)較基期累計上漲約48.6%[8]。經(jīng)對比分析表明，設備初投資呈現(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，溴化鋰制冷機雖然公認能耗較高，但用電量較少，噪音較低，依托工業(yè)余熱，仍有較廣泛的應用。在工程項目市場中，其占比達到2.5%，在整個中央空調(diào)市場中，份額為1.8%，且在2024年上半年，溴化鋰機組銷量實現(xiàn)了3.8%的增長[9]。從磁懸浮壓縮機國內(nèi)市場來看，據(jù)行業(yè)測算，2025年中國磁懸浮壓縮機市場規(guī)模預計突破80億元，年復合增長率超35%[10]。磁懸浮制冷機是磁懸浮壓縮機的一個重要應用領域，其市場規(guī)模會隨著磁懸浮壓縮機市場的增長而增長。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，在電力基礎設施完善且對運行經(jīng)濟性要求較高的應用場景中表現(xiàn)突出，典型應用包括數(shù)據(jù)中心、商業(yè)辦公建筑、精密儀器機房等。

　　4.2制冷量需求對比：

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

　　4.3機房環(huán)境適應性：

　　溴化鋰制冷機組運行噪聲較低，但受限于其較大的設備體積和重量，對安裝空間、基礎承重能力及機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、噪聲極低的技術特點，加之其緊湊型結構設計，顯著降低了對機房空間的占用要求，特別適合對環(huán)境品質(zhì)要求嚴苛的場所，如醫(yī)療機構、高端酒店、精密實驗室等特殊環(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組替換為磁懸浮制冷機組，顯著降低了制冷機房的單位能耗。該機組的制冷運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)覆蓋了整個制冷季的運行時段。

表2能源消耗比對表單位：元

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

　　5.2優(yōu)化制冷性能，確保高效穩(wěn)定運行

　　磁懸浮制冷機組憑借其卓越的冷量維持能力和運行穩(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。該技術特別適用于對制冷連續(xù)性要求嚴苛的場所，包括醫(yī)療機構、商業(yè)綜合體、數(shù)據(jù)中心及科研實驗室等關鍵場景，有效保障環(huán)境溫控精度與舒適度。

　　5.3加速技術裝備迭代，驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級

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

　　6、結論

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