磁悬浮离心式冷水机组在药企节能改造中的应用分析

tuzhanbei2010 2021-09-27

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0　引言

在我国，使用中央空调的公共建筑达到50%以上。但是，中央空调高能耗、二次污染严重，这些问题也一直制约着中央空调的推广。所以，如何降低中央空调的能耗成为各界关注的重点。磁悬浮离心式冷水机组自2001年商用以来就因其节能效果好、寿命长、噪音低等特点而被市场所接受。基于此，以某医药企业为研究对象，对磁悬浮离心式冷水机组的应用问题进行研究^[1-2]。

1　磁悬浮离心式冷水机组技术

磁悬浮冷水机使用磁悬浮轴承，通过磁力作用让转子处于悬浮状态，设备在工作时没有机械接触，不会产生摩擦损耗。所以磁悬浮冷水机没有润滑系统，同时因没有摩擦损耗，设备的各项性能也会提高，制冷效率提升、工作范围较大，且机组的体积小、噪音低、寿命长。磁悬浮轴承是磁悬浮离心式冷水机组的核心。系统采用永磁高速电机直接驱动，具有变频调速功能，压缩机可以在部分载荷的情况下进行变速运行，使压缩机处于高效压缩状态。同时，永磁同步电动机直接传统系统具有控制简单、动态性好等优势，适合频繁启动或者变速运行的状态。

特点一：无油污损耗。和传统离心机相比，磁选机不需要润滑系统，没有润滑油，因此润滑油不会进入换热器中，也就不会对热换器产生热阻，提高了系统的换热效率。实践数据显示，冷水机组润滑油对系统的能效高达3.2%，油污造成的性能衰退是机组性能衰退的主要因素。磁悬浮冷机没有润滑油系统，也就避免了润滑油给冷机性能衰退带来的影响^[3]。

特点二：调节范围大。磁悬浮冷机没有润滑系统，所以不存在润滑油回油压差问题，变频调节范围较大，可以从10%负荷到满负荷的无级调节，运行效率更高。

特点三：体积小。磁悬浮冷机工况状态时没有摩擦，压缩机转速更高。磁悬浮冷机压缩机的转速最高可以达到38000r/min，所以压缩机叶轮的尺寸较小，体积与重量也比传统离心机更小。

特点四：噪音低。磁悬浮冷机的振动小，所以工作状态下的噪音也很低，满载噪音也仅在65分贝左右。

特点五：使用寿命长。磁悬浮冷机没有润滑油系统，不用进行润滑油部分的维护与检修，所以系统的可靠性与寿命大大提高。

2　某药企节能改造技术背景

某药企综合楼生产车间中央空调系统于2003年底投入使用，投入使用已经15年，经过实地检测发现，空气调节系统运行状况正常，可保持正常使用；但制冷系统冷量衰减严重，大部分设备老化，有相当大部分的零配件已难以购买，造成设备维修不及时，无法正常投入使用，对生产车间的温湿度要求产生一定影响，已无法完全保证车间生产环境。通过现场检测发现，部分制冷主机冷量衰减严重，系统效率COP不到3.5，整个制冷系统冷量衰减达12%以上，造成系统运行能耗非常高，严重浪费能源^[4]。

3　药企原有冷水机组概况

某药企综合楼生产车间中央空调系统供冷由一个常规制冷系统和13个空气调节系统组成，主要为综合楼生产车间提供冷量，保证生产车间温湿度生产环境符合GMP要求。其中常规制冷系统配有五台制冷主机及相对应的冷却塔、冷却泵、冷冻泵、各连接管道等设备；空气调节系统配有13个与各生产车间洁净区相对应的风柜、通回风管道、高效过滤器等设备^[5]。

4　改造方案设计

为节约制冷系统运行成本，结合某药企对供冷要求实际情况，通过对国内外现行节能制冷系统调查研究及科学分析，确定对综合楼旧常规制冷系统中的3#、4#、5#旧制冷主机置换为二台全新磁悬浮制冷主机，并更换相应配套设施。

4.1　项目建设目标和项目建设主要内容

预期目标是提高系统COP和使用冷气的质量以及制冷设备的安全性，保证综合楼生产车间温湿度生产环境符合GMP要求；降低中央空调制冷系统能耗成本，中央空调制冷系统年运行费用降低56万元。

拆除原有3、4、5号机组及对应的冷冻泵、冷却泵、冷却塔、配电柜，保留1、2号机组及对应的冷冻泵、冷却泵、冷却塔、配电柜，并在原有基础上安装2台制冷量为1231KW（350RT）的磁悬浮无油变频离心机组用于车间制冷，并更换相应的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及配电柜^[6]。

本项目所选择磁悬浮离心式冷水机组主要基于以下几点考虑：

一是节能效果好。机组在部分载荷工况下，峰值效率COP可以达到12.根据预算，系统全年的能耗比原冷水机组节电率可以达到30%左右。

二是改项目的日常维护费用较低。磁悬浮机组系统的运行部件少，且没有润滑系统，所以不需要进行主机清洗，系统清洗简单，单次清洗费用2000元以内；

三是系统的运行噪音小。磁悬浮机组没有机械摩擦，设立有气垫进行振动阻隔，所以本项目所选择磁悬浮机组的压缩机噪音小于77分贝。

四是启动电流低。大螺杆机组配置的电机很大，在设备启动瞬间会产生较高的电流。本项目原有系统电机启动时最大电流达到500A。采用磁悬浮离心式冷水机组之后，系统启动采用压缩机变频软启动模式，启动电流不到6A，不需要设计电网防护措施^[7]。

五是本项目机组采用环保冷媒R134a，对臭氧层的损耗值为0，为正压型冷媒，不存在空气进入系统的危险。

中央空调系统改造前后经济效益分析表

5　改造效益分析

经过前期的稳定运行，中央空调制冷系统总体能耗下降明显，系统效率COP根据现实际运行工况高达6.5以上，节能效果非常显著；项目完成改造后，降低了制冷系统能耗成本，提高了使用冷气的质量和制冷设备的安全性，保证了综合楼生产车间温湿度生产环境符合GMP规范要求，完成了预定的目标。

5.1　经济效益情况

本项目于2019年2月开始申请立项，至2019年9月全部完工，为期8个月。通过上述数据对比，计算出中央空调制冷系统改造后平均每月用电量节省48846.67kw/h，项目实施一年后为公司节省中央空调制冷电量能耗高达563820kw/h。通过上述分析，中央空调制冷系统改造后经济效益显著；同比往年，预计每年可节省电量能耗超过56万度，预计收回成本年限：2901195元÷563820度=5.15年，达到了项目预期目标^[8]。