磁悬浮与溴化锂制冷机性能对比及节能改造实践

磁悬浮与溴化锂制冷机性能对比及节能改造实践

山东省第一荣军优抚医院李忠强

　　【摘要】本文以济南市某省直单位更换制冷机为研究对象，通过对两种制冷机在能耗、维护、运行稳定性等多方面的详细对比，分析此次设备更换在节能降耗方向上的重大意义，旨在为其他单位制冷机房的节能改造提供参考依据。

　　【关键词】溴化锂制冷机；磁悬浮制冷机；能耗对比；节能改造；运行稳定性

　　引言

　　在当前节能减排的大背景下，能源利用效率的提升成为各行业关注的焦点。对于各类单位而言，高能耗设备的节能改造是实现可持续发展的关键举措。制冷机房作为能耗大户，其内部设备的节能优化至关重要。据相关数据显示，在公共机构的能耗组成中，建筑能耗占比高达70%，而在建筑能耗里，中央空调系统耗电量又在办公建筑能耗中占比最高，可达59.95%[1]，由此可见中央空调系统节能改造的紧迫性和重要性。制冷机作为中央空调系统的心脏和能源消耗的大户，设备的节能优化至关重要。济南市某省直单位原有制冷设备为一台1700KW蒸汽型单效溴化锂吸收式冷机，供冷面积15000m2,通过单位自备锅炉提供蒸汽作为热源。随着技术发展和节能需求的提升，以及原有设备逐渐老化，经论证将其更换为磁悬浮制冷机，在满足制冷需求的同时实现节能降耗。

　　1、蒸汽型溴冷机与磁悬浮制冷机工作原理

　　1.1蒸汽型溴冷机工作原理

　　蒸汽型溴化锂吸收式制冷机以蒸汽热能为驱动能源，采用水作为载冷剂，溴化锂溶液作为吸收剂。其工作原理基于制冷剂溶液的浓度循环变化过程：通过稀溶液浓缩和浓溶液稀释的交替循环实现蒸发吸热效应。在运行过程中，循环冷冻水流经制冷机蒸发器时，被冷剂水吸收热量，温度梯度式下降，最终达到7℃-12℃的工艺温度设定范围。

　　图1溴化锂制冷机工作流程图

　　1.2磁悬浮制冷机工作原理

　　磁悬浮制冷机以电作为动力源，采用磁悬浮离心压缩机。磁悬浮系统由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，当转子受到扰动，传感器检测位移，控制器将信号转换为控制电流，驱动转子回到平衡位置。它利用磁性“同性相斥，异性相吸”的原理，使压缩机的转子悬浮在轴承上无摩擦运动。氟利昂制冷剂在蒸发器内蒸发吸收载冷剂水的热量进行制冷，蒸发吸热后的氟利昂湿蒸汽被压缩机压缩成高温高压气体，经水冷冷凝器冷凝后变成液体，经电子膨胀阀节流进入蒸发器再循环，制取7℃-12℃冷冻水。

　　图2磁悬浮制冷转子运转示意图

　　2、两种制冷机性能对比

　　2.1能效对比：

　　在能效表现方面，根据设备制造商提供的技术参数，传统蒸汽型溴化锂制冷机的能效系数（COP）标准范围为1.5至1.7[2]。在实际运行工况下，由于采用该单位自备的燃气蒸汽锅炉作为热源（锅炉热效率通常为88%-90%）[3]，叠加蒸汽输送过程中的能量损耗，系统实际运行的综合能效显著低于制造商标称值。相比之下，磁悬浮制冷机组采用创新的磁悬浮无油运转技术，通过完全消除传统润滑系统带来的能量损耗，有效提升了蒸发器蒸发效率与冷凝器换热性能，从而显著提高了机组整体运行效率，其能效系数最高可达13.18[4]。

　　2.2冷量衰减对比：

　　溴冷机冷量衰减问题较为突出。一方面，维保水平影响较大。其一，真空度是溴冷机的生命。真空度维持不好的制冷机制冷能力衰减明显，统计表明，机组内不凝性气体浓度达到3%，制冷量衰减20%，可谓直线下降[5]。该单位一般每年开机前、开机期间都会针对制冷机进行抽真空操作，最后几年频率较高。其二，冷却水水质对传热影响较大，若冷凝器传热管壁结垢，机组性能明显降低，如管壁附着0.6mm的污垢，制冷能力则降至76%[6]；济南地区水质硬度比较高，相比而言更容易结垢，管理上要求更高。另一方面，受到机组设备制造品质、使用环境、使用频率等多种因素的影响，溴化锂制冷机也会有不同程度的冷量衰减。相比而言，磁悬浮制冷机冷量衰减影响因素就比较少，目前来看主要由冷却水水质引起，设计施工时一般考虑安装小球清洗器，随机运转，实时清洗传热管道[7]。而该单位在制冷运转时直接使用软化水作为冷却塔用水，水质的影响比较小。

　　2.3维护成本对比：

　　溴冷机的维护较为复杂，因为轻量化学反应，溴化锂溶液需定期检查化验，视情况对溴化锂溶液进行过滤净化、补充；溴化锂机组维护重点部位比较多，比如溶液泵、溶剂泵系统、抽真空系统；另外溴化锂溶液在低负荷时容易出现结晶，需要长时间融晶操作，影响制冷效果。而磁悬浮制冷机运行部件少，无摩擦，无油运行，压缩机仅一个运动部件，节省了维护费用，降低了维护成本。

　　2.4运行稳定性对比：

　　溴冷机系统较为复杂，由多个部件组成，如高温发生器、低温发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶剂泵等，任何一个部件出现故障都可能影响整个机组的运行稳定性。在实际运行中，该单位曾在最炎热的天气里停机更换过溶液泵和控制柜变频器。对那些夏季非常倚重制冷的单位来说，为求稳妥，需至少配备两台机组，轮流使用，增加了购置成本。而磁悬浮制冷机采用先进的磁悬浮技术和数字化控制技术，运行部件完全悬浮，无摩擦运行，结构振动接近于零，无需安装减震配件和隔音机房。其数字化控制系统能够实时监测机组运行状态，及时调整参数，保证机组稳定运行，运行稳定性更高。另外，磁悬浮制冷机已经实现模块化运行，单个模块出故障不影响整体使用。

　　2.5运行工况气候适应性对比分析：

　　溴化锂吸收式制冷机组的启动运行对冷却水温度具有显著依赖性。根据设备运行规范，冷却水温度需维持在25-32℃区间方可确保机组正常启动及稳定运行。当冷却水温度低于25℃时，存在溴化锂溶液结晶风险，可能导致载冷剂管路堵塞，进而引发制冷性能的显著衰减。作为标准保护机制，当检测到冷却水温度过低时，机组将自动触发停机保护程序。

　　以济南为代表的华北地区气候特征显示，五月中旬昼夜温差显著：日间气温满足空调负荷需求，但夜间蓄热不足导致冷却水温度偏低，往往无法满足溴化锂机组的启动条件。相较而言，磁悬浮制冷系统具备更优的运行适应性，仅需电力供应即可实现即时启动与稳定运行，不受环境温度条件的制约。

　　3、初投资对比

　　其中，可比价格以国家统计局公布的居民消费价格指数为基准，以2005年为基期进行测算。数据显示，2020年居民消费价格指数较基期累计上涨约48.6%[8]。经对比分析表明，设备初投资呈现小幅增长态势，增幅约为11%。

　　表1初投资比对表单位：万元

　　4、使用方向上的区分

　　目前，溴化锂制冷机虽然公认能耗较高，但用电量较少，噪音较低，依托工业余热，仍有较广泛的应用。在工程项目市场中，其占比达到2.5%，在整个中央空调市场中，份额为1.8%，且在2024年上半年，溴化锂机组销量实现了3.8%的增长[9]。从磁悬浮压缩机国内市场来看，据行业测算，2025年中国磁悬浮压缩机市场规模预计突破80亿元，年复合增长率超35%[10]。磁悬浮制冷机是磁悬浮压缩机的一个重要应用领域，其市场规模会随着磁悬浮压缩机市场的增长而增长。相比而言，更具有成长性。

　　4.1能源条件分析：

　　溴化锂制冷系统采用热能驱动模式，能够有效利用工业废热、工艺余热等低品位热源，特别适用于具有丰富余热资源的工业场景，包括但不限于热电厂、钢铁冶炼厂、石油化工企业等。磁悬浮制冷系统采用电力驱动方式，具有显著的能效优势，在电力基础设施完善且对运行经济性要求较高的应用场景中表现突出，典型应用包括数据中心、商业办公建筑、精密仪器机房等。

　　4.2制冷量需求对比：

　　溴化锂制冷机组具备大容量制冷特性，通过多机并联运行可满足更高制冷负荷需求，特别适合大型公共建筑、工业厂房等大空间制冷应用场景。磁悬浮制冷系统采用模块化设计，制冷量覆盖范围广泛，可根据实际需求进行灵活配置，既能满足中小型商业建筑的制冷需求，也能适应大型工业厂房的制冷要求，在规模适应性方面具有明显优势。

　　4.3机房环境适应性：

　　溴化锂制冷机组运行噪声较低，但受限于其较大的设备体积和重量，对安装空间、基础承重能力及机房面积均有较高要求。相比之下，磁悬浮制冷系统具有振动极小、噪声极低的技术特点，加之其紧凑型结构设计，显著降低了对机房空间的占用要求，特别适合对环境品质要求严苛的场所，如医疗机构、高端酒店、精密实验室等特殊环境。

　　5、节能方向上的意义

　　5.1降低能源消耗，助力节能减排

　　通过将原有溴化锂制冷机组替换为磁悬浮制冷机组，显著降低了制冷机房的单位能耗。该机组的制冷运行周期主要集中在每年6月至9月，所采集的能耗数据覆盖了整个制冷季的运行时段。

表2能源消耗比对表单位：元

　　根据实际统计数据，在保持制冷量、动力系统配置及运行时长相同的条件下，经初步测算，磁悬浮制冷机组相较于传统溴化锂制冷机组可实现约74%的节能效果。

　　5.2优化制冷性能，确保高效稳定运行

　　磁悬浮制冷机组凭借其卓越的冷量维持能力和运行稳定性，能够持续提供高效制冷输出，为使用单位创造稳定可靠的制冷环境。该技术特别适用于对制冷连续性要求严苛的场所，包括医疗机构、商业综合体、数据中心及科研实验室等关键场景，有效保障环境温控精度与舒适度。

　　5.3加速技术装备迭代，驱动产业升级

　　此次技术装备的迭代升级，重点对制冷设备系统进行了全面优化，不仅实现了本单位制冷机房的能效提升，更为同行业制冷系统的节能改造提供了可复制的技术方案和实施路径。该举措将有效推动制冷行业向高效节能、绿色环保的技术方向发展，进而促进产业链上下游的技术革新与产业升级。

　　6、结论

　　通过对济南市某省直单位制冷机房中原溴化锂制冷机组与更新后的磁悬浮制冷机组在工作原理、技术性能及运行成本等方面的对比研究表明，磁悬浮制冷设备的应用不仅显著提升了能效水平、降低了运营成本，同时有效改善了系统制冷效率与运行稳定性。在当前全球倡导节能减排与可持续发展战略的背景下，制冷设备使用单位应当密切关注制冷技术的前沿发展动态，及时推进设备技术升级与系统优化，从而实现经济效益与环境效益的协同提升。展望未来，随着制冷技术持续创新突破，更高能效、更环保的新型制冷设备将不断涌现，为各行业高质量发展提供强有力的技术支撑。