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磁悬浮中央空调 改变世界的机器

磁悬浮中央空调 改变世界的机器

 

        技术含量高、市场门槛高、产品价格高,受限于磁悬浮中央空调的“三高”,中国磁悬浮中央空调市场虽经历近十年发展,却仍然步伐缓慢。去年以来,海尔推出全系列磁悬浮冷水机组产品,麦克维尔潜心研发大冷量磁悬浮离心机组并即将推向市场,这些举措让中国磁悬浮中央空调市场迎来新的生机。

  两个十年

  二十年前。1992年,澳大利亚捷丰集团(Multistack)的一位技术人员开始进行无油磁悬浮离心式制冷压缩机的研究。1993年,Multistack公司成立了一个TURBOCOR R&D部门,专门研究磁悬浮轴承应用于制冷压缩机。10年之后,这项研究终于获得了成功,磁悬浮轴承制冷压缩机已经能够应用制冷和空调产品,这项技术并且在2003年的美国Chicago& ASHRAE/AHR展览上获得了Energy&Innovation奖。第一个十年,磁悬浮制冷压缩机从无到有,其中的相关历史资料已经很难从公开的信息中被完整的挖掘出来。在所能检索到的历史资料之中,大抵剩下的只有这么一段简单的文字。这位最初就职于澳大利亚捷丰集团的技术人员,为磁悬浮技术应用于制冷压缩机开启了一条新路径,尽管他不久便离开了捷丰,尽管用了漫长的十年,磁悬浮制冷压缩机才真正面市,但这项技术成果注定将会对全球中央空调行业带来革命性的影响。

  作为一项高技术产品,磁悬浮轴承由于其价格昂贵,过去只被用于航天工程。从上世纪末开始,磁悬浮技术被研发和创新并逐渐应用于中央空调机组。尽管从最初开始研发磁悬浮中央空调技术至今已经过去了整整二十年,然而,由于磁悬浮中央空调机组的门槛相对较高,因此涉足磁悬浮中央空调技术研发和产品推广的企业也只是凤毛麟角。目前,国内品牌仅海尔专注于磁悬浮中央空调的研发和推广,国外品牌则有麦克维尔、约克、克莱门特等。

  离心机产品是中央空调机组中技术含量最高,也是技术和市场均相对处于垄断格局的产品类型,正由于这个原因,只有少部分具有实力的企业能够进入到离心机市场中来,而涉足磁悬浮离心机产品的企业更是少之又少。一方面技术门槛较高,另一方面参与磁悬浮离心机产品推广中的企业较少,因此,磁悬浮离心机市场的发展相对缓慢。尽管市场前进的步伐相对缓慢,然而,磁悬浮冷水机组产品被业内公认为是技术领先,且更能发挥出节能效用的产品。其更重要的意义在于:磁悬浮离心式制冷压缩机的横空出世,为全球暖通空调行业提供了一种崭新的技术应用方式。

  2006年,中国第一台磁悬浮中央空调在海尔诞生。此后,在麦克维尔和海尔的共同推动之下,磁悬浮中央空调产品得以在中国市场迈开步伐。

  改变世界的机器

  研究数据显示:在传统的制冷压缩机中,机械轴承是必需的部件,并且需要有润滑油以及润滑油循环系统来保证机械轴承的工作。在所有烧毁的压缩机中,实际上有90%是由于润滑的失效而引起的。而机械轴承不仅产生磨擦损失,润滑油随制冷循环而进入到热交换器中,在传热表面形成的油膜成为热阻,影响换热器的效率,并且过多的润滑油存在于系统中对制冷效率带来很大的影响。因此,机械轴承在压缩机中是不得不有的东西。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,所有因为润滑油而带来的烦恼就不再存在了。这种新型的压缩机并且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。新型的压缩机还结合了数字变频控制技术,压缩机的转速可以在15000rpm~48000rpm之间调节,使压缩机的制冷量最低可以工作在20%的负荷。数字控制技术使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压缩机获得了高达COP=5.6的满负荷效率,而变频控制技术则使压缩机获得了IPLV=0.41kW/ton极其优异的部分负荷效率。变频控制也使压缩机只要6A的微弱电流就可以启动起来,而传统的相同制冷量的其他压缩机,至少需要500~600A的启动电流。

  以上一些数据只是通常被引用的,用以描述磁悬浮中央空调和常规冷水机组的区别。实际上,不同企业在磁悬浮中央空调产品上的研究成果也各有不同,因此也使得在可供对比的参数及相关数据上不尽相同。不过,显而易见的是,磁悬浮中央空调无油、节能、低噪音、长寿命等等方面的优势恰好解决了传统中央空调产品的弊端,这就使得磁悬浮中央空调具有充分的市场发展前景和空间。另一方面,磁悬浮中央空调也存有一些亟待解决的问题。比如在项目使用机组台数较多时,需要靠运行的台数来调节负荷,那么此类项目不太适合全部采用磁悬浮产品。因为这类项目单台机组都运转在较高的负荷,磁悬浮中央空调部分负荷超高能效的优势无法充分地体现出来。而在市场上,现阶段磁悬浮中央空调单机容量仍然偏小,对于小型项目的客户群体而言往往仍会非常关注初投资的费用,而对于高端商业地产项目或者政府项目,通常对单机冷量的要求也较大,这也导致了小型磁悬浮中央空调产品在国内市场的发展相对较慢。

  2003年以后是磁悬浮中央空调在中国市场发展的第二个十年,在麦克维尔和海尔等企业的共同努力之下,磁悬浮中央空调产品陆续在国内树立了一批样板工程。在这个充满了对中国市场探索的十年之中,尽管中国磁悬浮中央空调市场的容量仍旧较小,但是置身其中的企业逐渐明确了发展方向,其中的代表企业仍然是麦克维尔和海尔。从2011年下半年开始,海尔已经明确了在冷水机组市场中主推全系列磁悬浮产品的发展思路,从2006年中国第一台磁悬浮离心机在海尔下线开始,此后海尔在磁悬浮技术的应用上越走越深入。2009年,海尔研发出第二代磁悬浮离心机组;2010年底,海尔研发出中国第一台风冷磁悬浮机组;2011年,水源热泵磁悬浮在海尔问世。至此,海尔已经给自身的冷水机组产品贴上了一个独特的标签,即磁悬浮成为海尔中央空调专业化发展道路上的独特定位。而作为率先将磁悬浮离心机引入中国市场的企业,当麦克维尔在中国的第一座全资冷水机组工厂落户武汉经济开发区时,磁悬浮离心机就作为奠基礼物落户麦克维尔武汉工厂。此后,麦克维尔不仅成为中国磁悬浮中央空调市场推广的先驱,更在大冷量、高效率、低噪音这几个方面持续投入研发力量和资源,据可靠消息,2013年,麦克维尔将正式向中国及亚太地区发布这一研发成果麦克维尔第二代磁悬浮机组。

  第三个十年

  如同离心机在中国市场的发展历程,磁悬浮中央空调在中国市场经历了相对漫长的从无到有的过程。因为磁悬浮从一开始就是与离心机联系在一起的,所以磁悬浮中央空调的发展必然又比离心机市场的发展更为缓慢。不完全统计的数据显示,每年全球磁悬浮离心机产品的总销量不到1000台,而目前在中国市场上,这一数字只有几十台。随着离心式制冷压缩机的垄断被打破,参与到离心机组市场竞争中的企业数量越来越多,因而,离心机市场的多寡头垄断局面已经正在逐年瓦解。为了避免用常规离心机组产品去与已经在市场上获得绝对竞争优势的几大美国巨头竞争,后进入离心机市场的企业都希望找到一条差异化的发展道路。除了海尔在磁悬浮离心机甚至全系列磁悬浮冷水机产品中独树一帜之外,国内另外两个空调巨头企业格力和美的同样各自探寻差异化发展路径,其中:格力继攻克了温湿度独立控制高温离心机组的研发后,又向市场推出双高效永磁同步变频离心机;美的则在离心热泵机组上煞费苦心,并专门针对北方市场进行推广。离心机市场格局的嬗变正在帮助离心机产品朝着丰富和多元化的方向发展,而磁悬浮离心机产品成为离心机产品阵营中的重点。

  从TURBOCOR正式对外销售磁悬浮制冷压缩机开始起,逐渐有为数不多的企业加入至磁悬浮中央空调阵营中来,克莱门特是其中起步最早的企业之一。尽管克莱门特的磁悬浮离心机产品进入中国相对较晚,然而从2003年开始,克莱门特就已经正式将其品牌的第一台磁悬浮离心机投入到商业运行中。此后,直到2011年,中国的磁悬浮中央空调市场再次迎来一个大鳄。这一年,江森自控正式在中国市场推出YMC2磁悬浮变频离心式冷水机组。作为约克2011年度“变频攻势”中最为重要的一个产品,江森自控宣布将在2012年彻底实现该产品在中国本地的制造。YMC2变频磁悬浮离心式冷水机组的标准制冷量为200—400冷吨,而据悉,约克有能力实现YMC2的最大冷量达1000冷吨。而就在2012年9月初的苏州节能环保展览会上,一家名为必信的企业展出了其自主研发的满液式磁悬浮离心机组。这些讯息足以证明,磁悬浮中央空调市场不再满足于跟随离心机市场的发展而亦步亦趋,相反,由于常规离心机组的一直以来存在难以解决的技术难题,磁悬浮离心机已经成为离心机组产品中细分出来的最重要的力量,并有望成为离心机组甚至冷水机组产品中的新发展趋势。2012年,既有海尔独一无二的风冷磁悬浮机组的问世,也有麦克维尔第二代磁悬浮离心机的呼之欲出,以及一些新力量的加入,这些新的力量无论约克还是必信,他们都将在磁悬浮中央空调发展的历史之中留下印迹。

  毫无疑问,磁悬浮中央空调正在迎来最活跃的发展阶段,这或将是一个全新的开始,以过去二十年的积累作为起点,磁悬浮中央空调的第三个十年更值得期待。

  中国磁悬浮中央空调产品应用案例

1、 酒店项目

  行业特点和需求:

  白天人少,夜间人多;

  季节性入住率变化大,空调主机经常处在部分负荷及较低负荷情况下运行;

  受季节性外界环境影响负荷变化大 ;

  生活热水用量大,费用高。

  解决难题:

  解决低负荷运转工况下酒店舒适性空调系统持续稳定运行的难题 ;

  解决酒店空调和热水费用高的难题。

  项目情况:凯芙建国酒店占地面积90000,建筑面积19860,其中客房面积为9440,餐饮商务面积10410,豪华客房、标准客房以及套房172间,2008年6月投入使用。

  使用产品:海尔磁悬浮变频离心机机组 LSBLX300/R4(BP) 2台

  使用情况:目前已经稳定运行4年,项目的整体方案比同类建筑节能49.74%
应用于磁悬浮离心机上的TURBOCOR压缩机
用于郑州凯夫建国酒店项目的海尔磁悬浮离心机已经服役四年之久

2、 商业办公项目

  行业特点和需求:

  我国办公楼等公用建筑的空调能耗超过了建筑能耗的60%,办公场所空调能耗占建筑总能耗比例高,费用大,节能减排意义重大;

  局部区域或人员晚上或者周末加班空调使用;

  集中控制、可并入楼宇管理系统,后期维护简单、维护费用低。

  解决难题:

  空调系统节能50%以上;

  机组在18度高温出水(低压比)下的运行可靠性问题。

  项目名称:深圳招商地产总部办公大楼

  使用产品:海尔磁悬浮变频离心机机组 LSBLX360/R4(BP)

  使用情况:18度高温出水、温湿度独立调节、干式风机盘管。目前已经稳定运行4年,项目的整体方案比同类建筑节能70%,国家建设部和发改委评选为全国35个节能示范项目。深圳市目前唯一的既是可再生能源示范项目,又是旧建筑改造示范项目。

3、 轨道交通项目

  行业特点和需求:

  相对较大的空间,人员密度极大,负荷较大,电费占运营成本比例大(在30%~50%之间) ;

  不同时间段人流波动大,负荷变化大 ;

  温度、湿度、空气质量要求高 ;

  公共区域、设备段、管理和设备房区域划分清晰,对空调使用要求不同。

  解决难题:

  节能减排40%以上,降低地铁运行费用;

  上下班高峰与其它时间人流差别大,空调负荷滞后,能源浪费大;

  各个功能区域配备不同空调机组,不利于集控管理。

  项目情况:北京地铁9号线郭公庄站位于地铁9号线南端,设置于规划万寿路南延和六圈南路交叉口以东约270米处,总用地面积约36.2公顷。

  使用产品:麦克维尔磁悬浮离心式冷水机组WMC系列4台。

  使用情况:

  高效静音:由于压缩机工作没有机械摩擦,对周围建筑物没有振动影响,不需要采用费用昂贵的消声减振部件,机构简单稳定可靠。

  环保:机组采用R134a制冷剂,对臭氧层无破坏作用,其满负荷COP高达6.4,综合部分负荷效率IPLV达到11.2以上。麦克维尔机组运转超静音,噪声低于 73dB(A)。

  节能:磁悬浮的整个机组只有一根旋转轴进行无摩擦式旋转,机组无供油系统,从根本上解决了系统回油问题,避免压缩机失油故障,真正做到后期的支出费用较低。

  项目情况:北京地铁房山线是2010年通车的线路,全长24.79公里,与地铁9号线衔接。全线设11座车站。房山线大葆台站位于世界公园南门,结构两层,为半地下车站,即站台层在地下,站厅层在地上。车站长200米,宽23.6米,4个出入口均在地面。

  使用产品:海尔磁悬浮离心机组

  使用情况:是与北京市轨道交通建设管理公司共建国内第一个节能示范站,实现节能45%。

  4、 市政项目

  行业特点和需求:

  建筑空间大,各个功能区使用的时间不同,空气品质要求高;

  人员密度大,对流通空气的洁净度有更高的要求;

  符合并引导国家环保节能减排事业的要求。

  解决难题:

  当前常规空调设计能耗大,不节能环保;

  机房投资大,后期维护费用高。

  项目情况:2011年是辛亥革命爆发的100周年,而辛亥革命博物馆作为武汉市重要的文化地标有着不一般的含义,其承担辛亥革命文物存储、辛亥革命历史展览、武汉近现代史研究及学术交流等功能。

  使用产品:该项目采用整装式空调,系统按照全变频设计。采用了麦克维尔第二代磁悬浮离心式冷水机组WMC,冷量为500RT。

  使用情况:此机组水泵采用阿尔斯通变频水泵,噪音极低;变频冷却塔;配套整体的集中控制系统。此套控制系统由澳大利亚完成,可动态监测各部件能耗。对于用户、厂家可以定期系统检查,针对效率下降的部分进行改善,保证系统高效。机组满负荷COP高达6.4,综合部分负荷效率IPLV达到11.2以上。

  项目情况:香港北大屿山医院是香港特区政府投资兴建的公立医院,位于香港东涌第25区,占地约1.9公顷,楼高7层,呈弯月形,设有急症室、专科门诊、基层健康诊所、日间康复中心、手术中心等,提供160张住院病床及20张日间病床,相信足以应付该区未来4年的医疗服务需求投资24.8亿元,一期能够提供张住院病床及20张日间病床,以及其他多元化的社区护理服务。


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