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双级高效永磁同步变频离心式冷水机技术

一、技术名称:双级高效永磁同步变频离心式冷水机技术

二、技术所属领域及适用范围:轻工行业 家用/商用变频空调、冷冻及冷藏设备

三、与该技术相关的能耗及碳排放现状

公共建筑空调能耗在我国全社会能耗中占有较大比例,而离心式冷水机组约占公共建筑能耗30%。以2011年为例,我国离心式冷水机组市场容量约4500台,其中:80%为普通定频离心机组,机组额定能效系数(COP)约5.0-6.0,全年综合能效系数IPLV一般为6.0-6.7左右,而变频离心机组的全年综合能效系数IPLV一般为9.0-10.0左右。因此,普及和推广变频离心机组仍然是建筑空调节能的一个重要途径。目前该技术可实现节能量1万tce/a,CO2减排约3万t/a。

四、技术内容

1.技术原理

(1)高速电机直驱双级叶轮

永磁同步变频电机直驱双级叶轮做功,取消了传统离心机必须的增速齿轮,降低压缩机的机械损失,降低了压缩机噪声。

(2)高速永磁同步变频调速电机及其驱动系统

采用大功率高速永磁同步变频电机及四象限绿色变频器驱动系统,电机功率400kW,转速12000rpm,功率因数达99.9%。

(3)全工况”宽频”气动设计技术

针对不同转速进行全工况的”宽频”设计,改变传统以额定工况为设计点的方法,并研制了适合全工况特性的”全自由曲面”叶轮与低稠度叶片扩压器,辅以双机压缩中间补气的制冷循环技术,实现了压缩机全工况下高效运行。

2.关键技术

(1)高速电机直驱双级叶轮;

(2)全工况”宽频”气动设计技术;

(3)高速永磁同步变频调速电机及其驱动系统。

3.工艺流程

双级高效永磁同步变频离心式冷水机技术的工艺流程见图1。来自蒸发器的制冷剂气体经永磁同步电机驱动的双级叶轮做功,压缩为高压气体进入冷凝器,在冷凝器内冷凝为高压液体,将两次节流后进入蒸发器,在蒸发内吸收冷冻水的热量蒸发,从而实现对冷冻水制冷。机组通过电机变转速与进口导叶联合实现冷量的精确调节。

图1 双级高效永磁同步变频离心式冷水机工艺流程图

五、主要技术指标

按ARI550/590-2003标准工况,主要技术指标如下:

1.机组满负荷COP达到6.73;

2.机组综合部分负荷性能系数IPLV达到11.2。

六、技术鉴定、获奖情况及应用现状

该技术于2011年12月17日通过广东省科学技术厅组织的科技成果鉴定,并已申请专利65项,其中发明专利46项,实用新型17项,外观专利2项。目前,该技术已经应用于学校、办公楼、酒店、工厂等大中型建筑的集中供冷机组、中央空调,技术成熟可靠。

七、典型应用案例

典型案例1

技术提供单位:珠海格力电器股份有限公司

建设规模:建筑面积4.4万㎡,空调面积3.1万㎡。主要技改内容:空调制冷总负荷约4570kW,采用2台直流变频离心机组。节能技改投资额240万元,建设期3个月。每年可节能236tce,年节能经济效益为67.4万元,投资回收期3.6年。

典型案例2

技术提供单位:珠海格力电器股份有限公司

建设规模:建筑面积21000m2,空调面积18657 m2。主要技改内容:直流变频 离心机改造,主要设备包括2台直流变频离心机组。节能技改投资额240万元,建设期3个月。每年可节能182tce,年节能经济效益52.1万元,投资回收期4.6年。

八、推广前景及节能减排潜力

2011年我国离心机的销量约4500台,近5年来,每年增长速度达到30%以上。相比常规离心机组,该技术全年节能可达40%,具有较好的节能性,是未来离心机组发展的重要方向。预计未来5年,在离心机行业的推广比例可达35%,形成的年节能能力约为19万tce,年减排能力约50万tCO2。