磁悬浮制冷与传统压缩制冷技术比较

成 勇，倪昀炜

（上海移动传输动力维护中心浦东动力维护部）

1 传统的制冷技术及制冷剂发展趋势

传统的蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器组成，由管道连接各个部件使之成为一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入，如此周而复始，不断循环。整个过程需要制冷剂作为制冷介质。

制冷剂的发展趋势应该满足生态环境可持续发展的要求，并且推动其进一步发展。根据可持续发展战略中经济发展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求，制冷剂的发展需满足以下两方面要求：

一是环保。使用绿色环保的制冷剂是大势所趋，绿色环保制冷剂可以是合成的，也可以是天然的。虽然合成的环保制冷剂对臭氧不会造成破坏，但从地球生态的可持续发展来看，天然制冷剂是最理想的选择。因为天然制冷剂存在于地球生态系统中，无论是使用还是排放到环境中，都属于取之于自然回之于自然，对环境的影响比合成制冷剂小得多，相信随着技术的不断进步，天然制冷剂必将发展前景广阔。

二是节能。随着人们生活水平的提高，制冷空调等设备越来越普及，同时设备消耗的大量能源也越来越引起人们的注意。去年夏天我国18个省市出现电力紧缺问题，中国电监会的调查显示，供需矛盾加剧造成电力吃紧，其中空调制冷负荷快速增长是不可忽视因素。夏季我国华东、华中、华南地区持续高温，空调制冷负荷猛增。华东电网、南方电网、华中电网空调制冷负荷比重已超过30%，个别省电网甚至接近40%。而电能的产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，而且燃烧产物如二氧化碳等还可引起温室效应等环境问题。因此除了改进制冷技术外，还可从制冷剂上下手，通过研制新型节能制冷剂降低制冷空调设备的能耗也是一个发展方向。

综上所述，制冷剂的发展与环境保护和地球生态环境的可持续发展密切相关，制冷剂的发展趋势体现了环境的可持续发展要求。从制冷剂的替代过程，以及其替代研究与环境的关系中可以看到，在整个制冷剂的替代研究中，环境可持续发展思想起了很重要的作用，应该说是环境可持续发展的要求推动了制冷剂替代研究的发展，并且为其发展指明了方向，同时制冷剂的替代又进一步促进了环境的可持续发展。

2 磁悬浮压缩机简介

磁悬浮压缩机是一种两级压缩机的离心式压缩机。在各种制冷压缩机中，离心式压缩机通常具有最理想的效率。新型的磁悬浮压缩机还结合了数字变频控制技术，压缩机转速可以在15职000 rp m～48 000 rp m之间调节，使压缩机的制冷量最低可以达到20%的负荷。数字控制技术使磁悬浮压缩机成为世界上第一种数字式压缩机，它甚至可以归类为电器产品。无摩擦和离心压缩方式使磁悬浮压缩机获得了COP（能效比）高达5.6的满负荷效率，而变频控制技术则使压缩机获得了IPLV（综合能效系数）为0.41k W／ton的极其优异的部分负荷效率。具体分析磁悬浮压缩机具有以下三大优势：

一是运行效率高。磁悬浮压缩机在部分负荷运行时达到最佳效率。据实验数据，磁悬浮式压缩机比传统式压缩机运行效率高30%。自控系统中的自适应控制逻辑允许一台450吨的冷水机组提供冷量最低达到0.33千瓦／吨，冷却时间长达40～50 h。这种超强的自适应控制逻辑可满足全天的制冷需求，不需要专门设置。此外，磁悬浮压缩机重新定义了软启动，变频控制也使压缩机只要6 A的微弱电流就可以启动起来，而相同制冷量的其他传统压缩机，至少需要500～600 A的启动电流。

二是实现单机冗余功能。冷却系统的冗余功能是非常重要的，但往往由于空间范围及成本的限制，无法在一台机器内安装多台压缩机实现冷却系统冗余功能。磁悬浮压缩机很好地解决了该问题。一台120冷吨的磁悬浮压缩机仅重150公斤，相当于一些传统机器重量的1／5，超轻的重量及较小的体积使得多个磁悬浮压缩机可安装在一个共同的机组内，实现冗余功能。如果单台压缩机出现故障，其他压缩机仍然可以正常运行制冷。

三是降低运营成本。磁悬浮轴承是一种利用磁场，使转子悬浮起来，从而在旋转时不会产生机械接触，不会产生机械磨擦，不再需要机械轴承以及机械轴承所必需的润滑系统。在制冷压缩机中使用磁悬浮轴承，因润滑油而带来的烦恼就不再存在了。工业领域经过几十年奋斗才得以实现无油化。无油化设计不仅排除了由于油污染而降低效率的可能性，同时也消除了油管理配件：油热器、油泵、油分离器、油滤器等，大大降低了设备的运营成本，维护费用比含油的设备降低约50%。此外，磁悬浮压缩机运行时的声音小于70分贝，与传统压缩机运行相比噪声污染大大减少。

3 小 结

可持续发展的概念源于环境保护的需要。可持续发展的思想是从20世纪70年代以后逐渐形成的。1980年，联合国向全世界呼吁：“必须研究自然的、社会的、生态的、经济的发展及自然资源利用过程中的基本关系，确保全球持续发展”。1987年，联合国世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中指出，可持续发展是指“既满足当代人的需要，又不损害后代人满足需要的能力的发展”。这一定义在1992年联合国环境与发展大会上成为各国共识。

可持续发展是指生态、经济和社会三者的协调发展。其中生态可持续发展以保护自然为基础，与资源和环境的承载能力相适应。在发展的同时，必须保护环境，包括控制环境污染和改善环境质量，保护生物多样性和地球生态的完整性，保证以持续的方式使用可再生资源，使人类的发展保持在地球承载能力之内。

磁悬浮式压缩机相比传统压缩机实现了中央空调单机组多压缩机的冗余机制，提高了系统的可靠性。同时磁悬浮压缩机具有超强的自适应逻辑控制能力，能按照负荷的变化情况自动调节制冷量，即使制冷量非常低，也不会因负荷过小导致其自动关机，实现了机组的高效率工作，符合当今社会可持续发展的需要。此外，由于不采用润滑系统，既节能减排，又降低了机组运行费用，实现了社会低碳发展。