磁懸浮制冷與傳統(tǒng)壓縮制冷技術比較

成 勇，倪昀煒

（上海移動傳輸動力維護中心浦東動力維護部）

1 傳統(tǒng)的制冷技術及制冷劑發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹閥以及蒸發(fā)器組成，由管道連接各個部件使之成為一個密封系統(tǒng)。制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對象的熱量并氣化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機排出的高壓氣態(tài)制冷劑進冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機吸入，如此周而復始，不斷循環(huán)。整個過程需要制冷劑作為制冷介質。

制冷劑的發(fā)展趨勢應該滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，并且推動其進一步發(fā)展。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中經(jīng)濟發(fā)展與保護資源、保護生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)一致的核心要求，制冷劑的發(fā)展需滿足以下兩方面要求：

一是環(huán)保。使用綠色環(huán)保的制冷劑是大勢所趨，綠色環(huán)保制冷劑可以是合成的，也可以是天然的。雖然合成的環(huán)保制冷劑對臭氧不會造成破壞，但從地球生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展來看，天然制冷劑是最理想的選擇。因為天然制冷劑存在于地球生態(tài)系統(tǒng)中，無論是使用還是排放到環(huán)境中，都屬于取之于自然回之于自然，對環(huán)境的影響比合成制冷劑小得多，相信隨著技術的不斷進步，天然制冷劑必將發(fā)展前景廣闊。

二是節(jié)能。隨著人們生活水平的提高，制冷空調(diào)等設備越來越普及，同時設備消耗的大量能源也越來越引起人們的注意。去年夏天我國18個省市出現(xiàn)電力緊缺問題，中國電監(jiān)會的調(diào)查顯示，供需矛盾加劇造成電力吃緊，其中空調(diào)制冷負荷快速增長是不可忽視因素。夏季我國華東、華中、華南地區(qū)持續(xù)高溫，空調(diào)制冷負荷猛增。華東電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、華中電網(wǎng)空調(diào)制冷負荷比重已超過30%，個別省電網(wǎng)甚至接近40%。而電能的產(chǎn)生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃燒產(chǎn)物如二氧化碳等還可引起溫室效應等環(huán)境問題。因此除了改進制冷技術外，還可從制冷劑上下手，通過研制新型節(jié)能制冷劑降低制冷空調(diào)設備的能耗也是一個發(fā)展方向。

綜上所述，制冷劑的發(fā)展與環(huán)境保護和地球生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展密切相關，制冷劑的發(fā)展趨勢體現(xiàn)了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求。從制冷劑的替代過程，以及其替代研究與環(huán)境的關系中可以看到，在整個制冷劑的替代研究中，環(huán)境可持續(xù)發(fā)展思想起了很重要的作用，應該說是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求推動了制冷劑替代研究的發(fā)展，并且為其發(fā)展指明了方向，同時制冷劑的替代又進一步促進了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2 磁懸浮壓縮機簡介

磁懸浮壓縮機是一種兩級壓縮機的離心式壓縮機。在各種制冷壓縮機中，離心式壓縮機通常具有最理想的效率。新型的磁懸浮壓縮機還結合了數(shù)字變頻控制技術，壓縮機轉速可以在15職000 rp m～48 000 rp m之間調(diào)節(jié)，使壓縮機的制冷量最低可以達到20%的負荷。數(shù)字控制技術使磁懸浮壓縮機成為世界上第一種數(shù)字式壓縮機，它甚至可以歸類為電器產(chǎn)品。無摩擦和離心壓縮方式使磁懸浮壓縮機獲得了COP（能效比）高達5.6的滿負荷效率，而變頻控制技術則使壓縮機獲得了IPLV（綜合能效系數(shù)）為0.41k W／ton的極其優(yōu)異的部分負荷效率。具體分析磁懸浮壓縮機具有以下三大優(yōu)勢：

一是運行效率高。磁懸浮壓縮機在部分負荷運行時達到最佳效率。據(jù)實驗數(shù)據(jù)，磁懸浮式壓縮機比傳統(tǒng)式壓縮機運行效率高30%。自控系統(tǒng)中的自適應控制邏輯允許一臺450噸的冷水機組提供冷量最低達到0.33千瓦／噸，冷卻時間長達40～50 h。這種超強的自適應控制邏輯可滿足全天的制冷需求，不需要專門設置。此外，磁懸浮壓縮機重新定義了軟啟動，變頻控制也使壓縮機只要6 A的微弱電流就可以啟動起來，而相同制冷量的其他傳統(tǒng)壓縮機，至少需要500～600 A的啟動電流。

二是實現(xiàn)單機冗余功能。冷卻系統(tǒng)的冗余功能是非常重要的，但往往由于空間范圍及成本的限制，無法在一臺機器內(nèi)安裝多臺壓縮機實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)冗余功能。磁懸浮壓縮機很好地解決了該問題。一臺120冷噸的磁懸浮壓縮機僅重150公斤，相當于一些傳統(tǒng)機器重量的1／5，超輕的重量及較小的體積使得多個磁懸浮壓縮機可安裝在一個共同的機組內(nèi)，實現(xiàn)冗余功能。如果單臺壓縮機出現(xiàn)故障，其他壓縮機仍然可以正常運行制冷。

三是降低運營成本。磁懸浮軸承是一種利用磁場，使轉子懸浮起來，從而在旋轉時不會產(chǎn)生機械接觸，不會產(chǎn)生機械磨擦，不再需要機械軸承以及機械軸承所必需的潤滑系統(tǒng)。在制冷壓縮機中使用磁懸浮軸承，因潤滑油而帶來的煩惱就不再存在了。工業(yè)領域經(jīng)過幾十年奮斗才得以實現(xiàn)無油化。無油化設計不僅排除了由于油污染而降低效率的可能性，同時也消除了油管理配件：油熱器、油泵、油分離器、油濾器等，大大降低了設備的運營成本，維護費用比含油的設備降低約50%。此外，磁懸浮壓縮機運行時的聲音小于70分貝，與傳統(tǒng)壓縮機運行相比噪聲污染大大減少。

3 小 結

可持續(xù)發(fā)展的概念源于環(huán)境保護的需要。可持續(xù)發(fā)展的思想是從20世紀70年代以后逐漸形成的。1980年，聯(lián)合國向全世界呼吁：“必須研究自然的、社會的、生態(tài)的、經(jīng)濟的發(fā)展及自然資源利用過程中的基本關系，確保全球持續(xù)發(fā)展”。1987年，聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會在《我們共同的未來》報告中指出，可持續(xù)發(fā)展是指“既滿足當代人的需要，又不損害后代人滿足需要的能力的發(fā)展”。這一定義在1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上成為各國共識。

可持續(xù)發(fā)展是指生態(tài)、經(jīng)濟和社會三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。其中生態(tài)可持續(xù)發(fā)展以保護自然為基礎，與資源和環(huán)境的承載能力相適應。在發(fā)展的同時，必須保護環(huán)境，包括控制環(huán)境污染和改善環(huán)境質量，保護生物多樣性和地球生態(tài)的完整性，保證以持續(xù)的方式使用可再生資源，使人類的發(fā)展保持在地球承載能力之內(nèi)。

磁懸浮式壓縮機相比傳統(tǒng)壓縮機實現(xiàn)了中央空調(diào)單機組多壓縮機的冗余機制，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時磁懸浮壓縮機具有超強的自適應邏輯控制能力，能按照負荷的變化情況自動調(diào)節(jié)制冷量，即使制冷量非常低，也不會因負荷過小導致其自動關機，實現(xiàn)了機組的高效率工作，符合當今社會可持續(xù)發(fā)展的需要。此外，由于不采用潤滑系統(tǒng)，既節(jié)能減排，又降低了機組運行費用，實現(xiàn)了社會低碳發(fā)展。