基于实测的地铁车站磁浮变频直膨式空调机组性能研究

2021-04-26方隆

中国设备工程 2021年8期

方隆

（佛山轨道交通设计研究院有限公司，广东佛山 528315）

随着我国城市化建设进程的持续推进，现代都市道路交通的承载力也略显疲态，地铁凭借着准时、快速、安全、载客量大等显著优势逐渐成为城市公共交通的重要通行方式，极大地促进了都市圈的经济发展。地铁环控系统是地铁车站的重要组成部分，也是仅次于列车牵引系统的用电大户，运行能耗在地铁车站的运营中占了相当大的比例。因此，减少地铁环控系统的能源消耗、降低系统的运营成本具有重要的现实意义。近年来，一种具有结构集成紧凑、布置灵活方便、冷量传输损耗低等优势的磁浮变频直膨式空调机组与地铁车站的空间特性、用冷需求相契合而逐渐得到关注。目前国内外针对大型冷量磁浮变频直膨式空调机组的研究相对较少，本文对磁浮变频直膨式空调机组的研究主要是基于实际测试数据，对该类型机组在地铁车站环控系统中应用的节能潜力进行分析。

1 磁浮变频直膨式空调机组的组成

磁悬浮变频直膨空调机组是一种新型的自带冷源的组合式空调机组，机组采用了变频压缩机及变频风机为主要动力设备，其中，磁悬浮无油变频离心压缩机用磁悬浮轴承代替了传统压缩机的油润滑轴承，叶轮的直径小，可以轻易打破传统压缩机的转速限制，同时又能在旋转时避免产生机械接触和磨擦，运行安静平稳，体积小，重量轻，且变频驱动的控制技术，能够在机组运行过程中及时调节适配冷量，在低负荷运行状态下表现更为优异。另外，相比以组合式空调机组作换热末端的常规集中式空调系统，磁浮变频直膨式空调机组将制冷系统和空气换热系统两大换热环节集成在一起，制冷剂直接膨胀蒸发冷却带走空气余热余湿，省却了冷冻水管路系统和冷冻水泵，减少了冷量输送环节，同时机组蒸发温度相对提高，从而提高了机组的制冷效率。

2 磁浮变频直膨式空调机组的性能实验

以1:1 的工程样机为实验对象，对磁浮变频直膨式空调机组展开相关性能测试。

2.1 实验台

图1 为样机的实验台示意图。实验台为国家专业计量认证的空调设备性能测试焓差室，实验系统由风路系统及水路系统两侧测量系统组成，待测试的样机水平进风顶出风接入该实验台，实验台风侧测量系统具备过滤、整流、温度控制、湿度控制等空气处理功能，并设有风量、干湿球温度以及空气压力等测量装置。水侧测量系统负责机组冷却水的制备、状态参数控制及输送供应，并设有相应的水量、水温、水压降等测量装置。

图1 实验台示意图

2.2 实验方案

机组的内部循环系统是个复杂的换热系统，各组成设备之间相互作用、相互影响，除了各组成设备的实际工作性能之外，还与机组在不同荷载下的运行频率和运行环境有关。IPLV（integrated part load value）即综合部分负荷性能系数，用以评估机组部分负荷效率的性能参数，是通过对空调机组在指定四个负荷条件下对机组相应的能效比EER（energy efficiency ratio）进行加权计算获得的单一数值。本文将依据适用于地铁车站直膨式空调机组的相关性能评价标准《水冷直接制冷式地铁车站空调性能检测标准（试行）》中的IPLV 计算标准对本文的磁浮变频直膨式空调机组样机进行测试。广州地区属夏热冬暖地区，IPLV 的计算公式见下式，部分负荷工况测试参数见表1。

表1 IPLV 部分负荷工况测试参数

式中，A 为待测样机100%负荷时的EER，EER=制冷量/制冷消耗功率；B 为待测样机75%负荷时的EER；C 为待测样机50%负荷时的EER；D 为待测样机25%负荷时的EER。

2.3 实验测试结果

对磁浮变频直膨式空调机组性能研究的IPLV 测试数据结果见表2。

表2 样机IPLV 测试数据表

对比《冷水机组能效限定值及能效等级》（GB 19577-2015）对常规冷水机组的1 级能效指标（制冷量＜528kW 的机组EER 和IPLV 分别为5.6 及7.2），磁浮变频直膨式空调机组样机压缩机的名义工况EER 和IPLV 分别为5.39 及9.94，机组在名义工况下达到1 级能耗标准并在综合部分负荷性能系数上要高于1 级能效标准，充分体现了磁浮变频直膨式空调机组在部分负荷下的节能潜力，尤其适用于客流量变化大、部分负荷工况运行频繁的地下车站环境。