摘要

　　回顧了我國離心式制冷機組市場，特別是國內(nèi)自主品牌的發(fā)展歷程。總結(jié)了近20年來離心式制冷機組主要能效提升技術(shù)的發(fā)展，包括永磁電動機及變頻驅(qū)動、磁/氣懸浮軸承、氣動效率提升等。從中壓制冷劑、負(fù)壓制冷劑、自然工質(zhì)等不同路徑分析了環(huán)保制冷劑應(yīng)用的發(fā)展趨勢。在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，展望了離心式制冷機組在光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)、高溫?zé)岜玫阮I(lǐng)域的應(yīng)用前景。

 

　　關(guān)鍵詞

　　離心式制冷機組；變頻；磁懸浮；能效；環(huán)保制冷劑

 

　　作者

　　劉華1,2  張治平1,2  王 升1,2  周 宇1,2

　　（1.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運行節(jié)能國家重點實驗室；2.珠海格力電器股份有限公司）

 

　　1、概述

　　離心式制冷機組（以下簡稱離心機）具有單機冷量大、效率高、振動小等特點，經(jīng)過近一個世紀(jì)的不斷發(fā)展與完善，已經(jīng)成為大型制冷空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，在國防、核電、數(shù)據(jù)中心、交通樞紐、公共建筑等各類場合的環(huán)境保障中發(fā)揮著不可或缺的作用。

 

　　近20年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展與制造工業(yè)水平的不斷提升，我國離心機市場與技術(shù)都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。據(jù)日本《JARN》雜志統(tǒng)計，2020年世界冷水機組市場容量達(dá)到80.8億美元，中國是主要的冷水機組市場，占世界市場的30.8%。2019年我國離心機產(chǎn)量達(dá)到8 510臺，相比2000年的500臺左右增長了近16倍，離心機生產(chǎn)廠家由原來少數(shù)幾家外資品牌發(fā)展到如今的幾十個廠家，中國已成為全球離心機最活躍、最重要的市場。在此期間，國內(nèi)品牌再啟航，在技術(shù)與市場上取得長足發(fā)展，與外資品牌同臺競技，呈現(xiàn)出多家爭鳴的良好局面。

 

　　在國家節(jié)能減排與低碳戰(zhàn)略推動下，各離心機生產(chǎn)廠家圍繞如何提升離心機效率、新制冷劑替代等方向展開研究，研發(fā)出離心機用高速永磁電動機、磁/氣懸浮無油軸承等新型技術(shù)，多層面提升離心壓縮機效率，實現(xiàn)了離心機能效新的飛躍。第四代低GWP（全球增溫潛能值）制冷劑應(yīng)用研究也被提上日程，各生產(chǎn)廠家陸續(xù)推出替代產(chǎn)品。同時，隨著技術(shù)發(fā)展，離心機使用領(lǐng)域與場合也在不斷拓展，得到更廣泛應(yīng)用。

 

　　本文就近20年來我國離心機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)行總結(jié)分析，供業(yè)界參考。

 

　　2、離心機市場總體發(fā)展

　　1922年美國開利設(shè)計了世界上第一臺整體離心機，開啟了離心機應(yīng)用與發(fā)展的序幕。我國離心機發(fā)展大致可以分為自主、合資、競爭3個階段。

 

　　20世紀(jì)50—70年代，為滿足紡織、化工等工業(yè)需求，我國開始自主設(shè)計、制造離心機，生產(chǎn)廠家主要有上海第一冷凍機廠、重慶通用機器廠、北京冷凍機廠、大連冷凍機廠等。1958年，上海第一冷凍機廠研制了我國第一臺R11離心機，制冷量1 160 kW；1963年，重慶通用機器廠也試制成功空調(diào)用R11離心機，用于紡織廠；1976年起，我國相關(guān)制造廠家共同設(shè)計了使用R12的離心機，并試制成功。在此期間，離心機使用的制冷劑主要為R11、R12和氨，生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品一般為訂制。

 

　　20世紀(jì)80—90年代，隨著改革開放的深入，世界知名制冷廠家先后以合資或獨資的方式進(jìn)入我國，成為我國離心機生產(chǎn)主力軍，離心機種類和質(zhì)量水平都有了質(zhì)的提升。開利是第一家進(jìn)入我國市場的國外品牌，1987年與上海第一冷凍機廠成立第一家合資公司；緊隨其后，特靈、蘇爾壽、麥克維爾、約克等相繼與國內(nèi)冷凍機生產(chǎn)廠家合資建廠，重慶通用機器廠成為該階段僅存的國內(nèi)品牌。在此期間，離心機使用的制冷劑從R11、R12向R123、R134a發(fā)展，離心機技術(shù)主要為國外引進(jìn)，葉輪等關(guān)鍵零部件仍在國外研發(fā)制造。由于國外企業(yè)的技術(shù)保護(hù)，不對外單獨銷售離心壓縮機，美資品牌牢牢占據(jù)了中國離心機市場，市場占有率接近95%。

 

　　2000年至今，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，高層建筑、交通樞紐、會展中心、工業(yè)廠房等大型建筑以前所未有的速度展開建設(shè)，離心機市場迎來了黃金20年，中國也一躍成為離心機消費大國、生產(chǎn)大國。生產(chǎn)廠家從少數(shù)幾家合資企業(yè)增長到幾十家，市場競爭逐漸激烈。生產(chǎn)廠家主要包括：

 

　　1） 老牌的美資四大品牌（江森自控、麥克維爾、開利、特靈），為增強市場競爭力，先后在中國建立研發(fā)中心，幾乎所有零部件都實現(xiàn)在中國制造。2） 格力、美的等家用空調(diào)企業(yè)作為國內(nèi)品牌新力量首先進(jìn)入離心機市場。其中，格力立足自主研發(fā)，逐步掌握了離心壓縮機關(guān)鍵設(shè)計制造技術(shù)，在2005年下線了公司首臺使用R134a的離心機。美的通過與重慶通用機械廠合資，于2004年成立重慶美的通用制冷設(shè)備有限公司，開始生產(chǎn)離心機。3） 頓漢布什、三菱、日立、LG等外資品牌在中國投資建廠生產(chǎn)離心機，角逐中國市場。

 

　　4） 出現(xiàn)了丹佛斯、漢鐘等制造、銷售離心壓縮機的企業(yè)。由于不需要再研制離心壓縮機，國內(nèi)集中空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)紛紛加入離心機生產(chǎn)行列，包括海爾、捷豐、克萊門特、SMART等，生產(chǎn)廠家迅速拓展到20多家，成為離心機角逐新力量。由此拉開了中國離心機“萬類霜天競自由”的格局，市場從高度集中逐步走向了分散。

 

　　特別需要指出的是，在新一輪技術(shù)革新中，國內(nèi)自主品牌抓住了變頻化、無油化等新技術(shù)機遇，在永磁變頻等關(guān)鍵技術(shù)上從跟隨走向引領(lǐng)，無論是技術(shù)還是市場都取得了長足的進(jìn)步。國內(nèi)品牌開始應(yīng)用到人民大會堂、北京大興國際機場、核電等重大工程，品牌影響力與日俱增。2020年國內(nèi)品牌的國內(nèi)市場占比已達(dá)到19.4%，可以預(yù)見，這一比例還將持續(xù)增加。

 

　　3、離心機技術(shù)發(fā)展

　　縱觀離心機發(fā)展的歷程，可以發(fā)現(xiàn)其發(fā)展主要圍繞能效提升、制冷劑替代2條主線進(jìn)行。離心機能效要求從無到有、從有到高效節(jié)能，現(xiàn)已成為離心機的核心指標(biāo)；而制冷劑發(fā)展與其他制冷機組幾乎相同，經(jīng)歷了可用、安全、零ODP（消耗臭氧潛能值）、低GWP 4個階段，目前正處于第四個階段。

 

　　3.1 離心機能效提升

　　影響離心機能效的因素很多，總的來講不外乎本體效率（葉輪等氣動效率）、機電效率、機械效率及換熱效率幾個方面。得益于高效換熱管及換熱器、三元葉輪設(shè)計及加工技術(shù)的突破和應(yīng)用，20世紀(jì)80—90年代離心機能效實現(xiàn)過2次大的飛躍，采用R134a制冷劑的離心機平均能效達(dá)到6.1左右。然而，在接下來20多年，能效基本趨于穩(wěn)定，直到2000年以后，離心機能效再次迎來大發(fā)展，能效特別是全年綜合能效進(jìn)一步大幅提升。在此期間，我國冷水機組能效標(biāo)準(zhǔn)頒布，推動了高能效產(chǎn)品的市場占有率穩(wěn)步提升。

 

　　3.1.1 永磁變頻電動機及控制技術(shù)

　　離心壓縮機為速度型壓縮機，流量與其轉(zhuǎn)速成正比，而功率則與轉(zhuǎn)速的三次冪成正比，采用變頻調(diào)速方式可以顯著提升部分負(fù)荷能效，變頻調(diào)速成為離心機首選的節(jié)能措施。變頻調(diào)速并非新技術(shù)，早在1979年，約克就推出了用于離心機的速度調(diào)節(jié)裝置，其變頻與導(dǎo)流葉片相結(jié)合的控制方式將離心機綜合部分負(fù)荷能效提升15%~25%。當(dāng)時的變頻機組是在定頻離心機基礎(chǔ)上外置交流變頻驅(qū)動器，壓縮機仍采用三相異步電動機通過增速齒輪驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。與定頻離心機相比，變頻離心機額外增加了變頻器的損耗，導(dǎo)致滿負(fù)荷COP降低5%左右，而且受電動機效率、機械效率等因素制約，機組部分負(fù)荷能效提升幅度低于理論預(yù)期，難以進(jìn)一步提高。

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高速大功率永磁變頻電動機在大型離心機中應(yīng)用成為可能，離心壓縮機的結(jié)構(gòu)與效率迎來了新的變革與突破。2011年，格力推出國內(nèi)外第一臺大功率永磁同步變頻離心機，該產(chǎn)品采用高速電動機直驅(qū)葉輪結(jié)構(gòu)，取消增速齒輪箱及一對滑動軸承（如圖2所示），壓縮機體積、質(zhì)量僅為同冷量傳統(tǒng)壓縮機的40%，機械損失降低70%，首次研制的離心機用永磁同步電動機效率最高達(dá)98.2%，全工況內(nèi)電動機效率均高于95%，進(jìn)一步提升了部分負(fù)荷效率。整機COP達(dá)到7.09，在AHRI標(biāo)準(zhǔn)下IPLV達(dá)到11.68，相比傳統(tǒng)變頻離心機能效進(jìn)一步提升10%~15%，實現(xiàn)滿負(fù)荷、部分負(fù)荷“雙高效”，引領(lǐng)了變頻技術(shù)新發(fā)展。其他企業(yè)相繼對這種高速直驅(qū)結(jié)構(gòu)與永磁變頻展開研究。美的于2015年推出高效變頻直驅(qū)降膜離心機，日立于2020年推出永磁同步高效直驅(qū)變頻離心機。與此同時，永磁變頻技術(shù)也在向10 kV高電壓發(fā)展，行業(yè)內(nèi)已推出10 kV高壓永磁變頻離心機，單機頭冷量達(dá)到10 551 kW（3 000 rt），滿足了大型集中制冷站對高效、大冷量的需求。

　　變頻技術(shù)的發(fā)展，帶動了冷水機組綜合能效水平提升，也推動了能效評價標(biāo)準(zhǔn)的完善，GB 19577—2015《冷水機組能效限定值及能效等級》相對于上版標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了較大變化，首次在能效評價體系中增加了全年綜合能效IPLV判定路徑，促進(jìn)了變頻技術(shù)的推廣。同時，1級、2級能效COP的限值也提高了3.3%~12.0%，推動了高效產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。

 

　　3.1.2 磁懸浮、氣懸浮等無油軸承技術(shù)

　　離心壓縮機采用油潤滑軸承，存在機械摩擦，需要復(fù)雜的油路系統(tǒng)。以磁懸浮為代表的無油軸承可實現(xiàn)壓縮機高速無油運行，沒有摩擦，機械損失幾乎為零。磁懸浮技術(shù)是離心機近20年來的一次重大發(fā)展，也將在制冷史上寫下濃厚的一筆。

 

　　磁懸浮軸承原理如圖3所示，利用電磁力將壓縮機轉(zhuǎn)子懸浮起來，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子高速無油無摩擦運行。離心壓縮機在氣體壓縮過程中不需要油膜進(jìn)行密封，因此最具備去掉潤滑油系統(tǒng)的可行性。20世紀(jì)90年代，澳大利亞TURBOCOR公司研發(fā)了第一臺用于制冷的磁懸浮離心壓縮機，采用R134a，制冷量約352~528 kW（100~150 rt），轉(zhuǎn)速可達(dá)30 000 r/min以上，啟動電流小，運行噪聲低，體積、質(zhì)量小。由于單機冷量較小，早期磁懸浮壓縮機主要瞄準(zhǔn)螺桿壓縮機市場。2004年，丹佛斯收購TURBOCOR公司，成為目前最大的磁懸浮壓縮機生產(chǎn)企業(yè)與供應(yīng)商，進(jìn)一步推出VTT系列（703~1 407 kW（200~400 rt））壓縮機等，并于2017年在中國浙江海鹽投資建廠生產(chǎn)磁懸浮壓縮機。另外SKF法國子公司S2M擁有成熟的磁懸浮軸承和高速電動機技術(shù)，可為離心壓縮機生產(chǎn)廠家提供成套技術(shù)解決方案及核心組件，推動了磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用。

　　磁懸浮離心機由于具有無油、能效高等特點，得到了迅速推廣應(yīng)用，其無油的特點，也減少了潤滑系統(tǒng)售后維護(hù)。越來越多的廠家加入到磁懸浮離心機生產(chǎn)陣營，包括麥克維爾、約克、格力、海爾、捷豐、克萊門特、SMART、三菱重工等企業(yè)，數(shù)量達(dá)到近20家。其研發(fā)模式主要有3類：一是購買丹佛斯壓縮機生產(chǎn)離心機，該模式簡單快捷，迅速推廣了磁懸浮離心機的概念及應(yīng)用；二是通過購買SKF磁懸浮軸承及高速電動機，生產(chǎn)磁懸浮離心壓縮機，進(jìn)而生產(chǎn)離心機，這種模式適合具備離心壓縮機生產(chǎn)能力的廠家；三是自主研發(fā)磁懸浮軸承技術(shù)及壓縮機，格力于2014年推出自主知識產(chǎn)權(quán)磁懸浮軸承、離心壓縮機及制冷機組，填補了我國在這一領(lǐng)域的空白。

 

　　氣懸浮技術(shù)也是重要的無油軸承技術(shù)之一，如圖4所示，氣體軸承依靠轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時氣膜產(chǎn)生的浮力使轉(zhuǎn)子懸浮，結(jié)構(gòu)緊湊，懸浮精度高，廣泛應(yīng)用于航空航天、精密機床等高端領(lǐng)域。將氣懸浮軸承技術(shù)產(chǎn)品化應(yīng)用到離心式制冷壓縮機的代表性企業(yè)有LG、格力、萬辰、美的等，其中LG、格力采用高速動壓軸承方案，萬辰、美的則采用靜壓路線。與磁懸浮軸承相比，氣懸浮技術(shù)不需要復(fù)雜的傳感器及控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，更適合離心機向高速小型化發(fā)展。

　　無油軸承的另一種形式是制冷劑潤滑的陶瓷滾動軸承，用液體制冷劑取代潤滑油對滾動軸承進(jìn)行潤滑和冷卻，相比磁懸浮、氣懸浮軸承，具有承載能力強、精度高等特性，但因存在機械接觸，最高轉(zhuǎn)速有限。目前SKF公司已研制出制冷劑潤滑滾動陶瓷軸承，已在部分廠家低轉(zhuǎn)速的環(huán)保制冷劑R1233zd(E)離心機產(chǎn)品上得到應(yīng)用。

 

　　離心機包括油潤滑軸承在內(nèi)的4種軸承各有其特點與優(yōu)勢。從適用場景來看，油潤滑軸承剛度和阻尼大，抗沖擊能力強，適合于大冷量、高壓比、工況變化大或?qū)煽啃砸蟾叩膲嚎s機；磁懸浮軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，抗沖擊能力弱于油軸承，適合于高速、中小冷量的壓縮機；氣懸浮軸承承載力小，適合于超高速、小冷量場合，氣懸浮結(jié)構(gòu)相對簡單，是離心壓縮機小型化的重要出路之一；制冷劑潤滑滾動陶瓷軸承受轉(zhuǎn)速和制冷劑黏度的限制，主要在運行轉(zhuǎn)速低的負(fù)壓工質(zhì)R1233zd(E)離心機中有應(yīng)用。從成熟度來看，油潤滑軸承應(yīng)用歷史最長、應(yīng)用最廣，磁懸浮軸承次之，而氣懸浮與制冷劑潤滑軸承剛剛起步，還需要經(jīng)歷更長時間的考驗。

 

　　3.1.3 離心壓縮機氣動效率提升

　　提升壓縮機氣動效率可獲得較高的離心壓縮機性能，是每個廠家追求的目標(biāo)。近些年各個廠家在設(shè)計工具、設(shè)計方法及壓縮機級數(shù)等方面取得了較大的發(fā)展，有效提升了氣動效率。

 

　　離心式葉輪是氣動核心部件，國內(nèi)外各大離心壓縮機廠家均采用三元流方法進(jìn)行葉輪設(shè)計。三元流方法要求設(shè)計人員具備數(shù)值模擬、計算流體動力學(xué)（CFD）、流體機械內(nèi)部流場理論等非常專業(yè)的知識。隨著計算機技術(shù)及CFD的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了一批可應(yīng)用于離心壓縮機研究的CFD軟件。這些軟件的發(fā)展極大地豐富了三元葉輪的設(shè)計手段，提高了工程設(shè)計的效率。同時五軸機床技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了自由曲面葉輪型線加工，為獲得高性能的三元葉輪創(chuàng)造了更好的條件。

 

　　定頻離心壓縮機因轉(zhuǎn)速不可調(diào)，葉輪只能依據(jù)額定工況做單點設(shè)計，在設(shè)計點能達(dá)到較好性能，但在非額定工況運行時流動分離損失增大，效率衰減很快。而離心機絕大部分時間是運行在非額定工況，處于低效狀態(tài)，綜合能效較難提升。隨著變頻技術(shù)的推廣，針對不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷，以全工況綜合能效最優(yōu)為目標(biāo)的全工況氣動設(shè)計方法取代傳統(tǒng)單點設(shè)計成為可能。全工況氣動設(shè)計方法是利用大數(shù)據(jù)分析手段，引入時間權(quán)重，針對不同類型空調(diào)運行時長占比高的工況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，拓展高效運行區(qū)，實現(xiàn)變頻壓縮機特性與空調(diào)設(shè)備全年運行特性的最優(yōu)匹配，達(dá)到全年運行節(jié)能的目的。

 

　　多級壓縮也是提高機組能效與可靠性的行之有效的方法，在國標(biāo)制冷工況，采用雙級壓縮、級間補氣技術(shù)，可比單級循環(huán)理論效率提高5%~6%，在高壓比下，提升幅度將更大。同時，采用雙級壓縮葉輪轉(zhuǎn)速只有單級壓縮的75%左右，降低了葉輪進(jìn)口馬赫數(shù)，更容易獲得更高的級效率。另外，雙級壓縮能實現(xiàn)更高的壓比，特別適合于熱泵供暖、冰蓄冷等高壓比應(yīng)用場合，近年來已逐步成為離心機發(fā)展主流。實際應(yīng)用中，也有將2臺單級或雙級壓縮機串聯(lián)使用，以實現(xiàn)更高壓比運行的效果。

 

　　可以看出，經(jīng)過近20年的發(fā)展，離心機各環(huán)節(jié)的效率基本已趨近極致，在GB/T 18430.1—2007標(biāo)準(zhǔn)工況下，COP與IPLV存在理論極限，目前，其熱力完善度均接近0.7。筆者認(rèn)為，如果沒有新的理論突破與支撐，進(jìn)一步提升機組能效將會異常困難。

 

　　3.2 制冷劑的應(yīng)用與發(fā)展

　　制冷劑是制冷系統(tǒng)的血液，決定了制冷循環(huán)的理論效率，也在一定程度上影響了空調(diào)設(shè)備的壽命、可靠性和成本，為了獲得安全、高效、環(huán)保的制冷劑，自離心機誕生以來，對制冷劑的研究與替代工作就始終未停止，與其他制冷機組相同，也經(jīng)歷了可用、安全、零ODP、低GWP 4個歷史階段。

 

　　從早期的乙醚、氨、氯甲烷、二氯乙烯等物質(zhì)，到第二代以氟利昂為代表的鹵代烴（CFC、HCFC）類產(chǎn)品，制冷劑的更替解決了安全、耐久的問題，促進(jìn)制冷行業(yè)進(jìn)入黃金發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代后期，CFC類物質(zhì)與臭氧層損耗之間的關(guān)系被發(fā)現(xiàn)并引起國際范圍內(nèi)重視，制冷劑的選擇開始轉(zhuǎn)向以環(huán)保為主題。《維也納公約》與《蒙特利爾議定書》明確取締CFC類產(chǎn)品，并規(guī)定HCFC可短期過渡，HFC則允許長期使用，此階段離心機市場逐步形成R134a中壓制冷劑與R123負(fù)壓制冷劑兩大產(chǎn)品陣營。2010年后，HFC類物質(zhì)普遍具有的極高GWP引起國際社會關(guān)注，《基加利修正案》的出臺，標(biāo)志著全球在加強HFC等非二氧化碳溫室氣體管控。空調(diào)行業(yè)面臨HCFC加速淘汰和HFC削減的雙重任務(wù)，迫切需要找到第四代綠色替代品。

 

　　HFO類制冷劑被看作大中型工商用冷水機組的理想替代物。按照《基加利修正案》的規(guī)定，中國等主要發(fā)展中國家，需在2024年凍結(jié)HFC的生產(chǎn)和消費，并從2029年開始削減，當(dāng)年削減10%，2045年要實現(xiàn)削減80%的目標(biāo)。離心機制冷劑按原有中壓、負(fù)壓2條路徑展開替代。在中壓制冷劑替代方面，替代制冷劑主要為R1234ze和R1234yf及其混合工質(zhì)。其中R1234ze的GWP為1，單位容積制冷量為R134a的74.5%，能效與R134a相當(dāng)；而R1234yf的GWP為4，單位容積制冷量為R134a的93.9%，能效為R134a的95.8%。由于2種制冷劑均具有弱可燃性（A2L），對建筑通風(fēng)、防爆、防靜電等有較高的要求，在制冷劑充注量較大的離心機中應(yīng)用不多。因此，各廠家推出了混合共沸制冷劑產(chǎn)品，如R513a、R515B，具有遠(yuǎn)低于R134a的GWP，不燃，并且與R134a能效相當(dāng)，壓縮機所需改動較小，被越來越多地用于離心機的直接替代或改造。在負(fù)壓制冷劑替代方面，R1233zd(E)制冷劑的GWP小于1，不可燃，其理化性質(zhì)接近R123，飽和壓力低，壓差小，具有優(yōu)越的熱力性能，COP普遍可以達(dá)到7.0以上，但單位容積制冷量小，相同冷量壓縮機體積較大，單機冷量受限。目前特靈、開利、約克、格力等廠家紛紛推出該制冷劑的離心機。目前，HFO制冷劑價格昂貴，是現(xiàn)有制冷劑的10倍以上，離心機制冷劑充注量大，因此新制冷劑機組應(yīng)用還較少，全部替代尚需要一個較長期的過程。

 

　　水（R718）具有較高的汽化潛熱和理論COP，曾經(jīng)作為早期的制冷劑被研究。1934年Belmont最早將水蒸氣離心壓縮機應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)，但因水蒸氣飽和壓力低，容積流量大，空調(diào)工況壓縮機近乎需要在真空狀態(tài)下工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸龐大。隨著氟利昂類制冷劑的發(fā)現(xiàn)，水作制冷劑的研究和應(yīng)用逐漸減少，目前比較有代表性的有德國德累斯頓ILK、日本川崎重工等開發(fā)的水制冷劑離心機。在如今嚴(yán)峻的能源與環(huán)境危機下，水作為綠色環(huán)保、廉價易得、安全穩(wěn)定的自然工質(zhì)，又作為第四代制冷劑重新回到人們的視野，尤其在高溫、熱泵工況下的應(yīng)用可以將水的低壓特性發(fā)揮到最佳，未來以水為制冷劑的高溫工業(yè)熱泵，以及水蒸氣壓縮機替代工業(yè)鍋爐，將具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

　　4、離心機的節(jié)能應(yīng)用

　　隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施，低碳建筑已成為國內(nèi)外主流發(fā)展趨勢，其對于提高能效、減少化石能源使用、降低二氧化碳排放量提出了更高的要求。基于定制化的高效離心式制冷及熱泵技術(shù)，將工業(yè)余熱、水/地源、太陽能等清潔能源加以充分利用，實現(xiàn)低碳高效供冷供熱，可顯著降低化石能源消耗，具備良好的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。

 

　　太陽能作為一種可再生的清潔能源已被廣泛采用，傳統(tǒng)太陽能利用方式通過光伏逆變器發(fā)電并網(wǎng)，然而由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，再以市電的方式消耗，存在諸多能量損耗環(huán)節(jié)。光伏發(fā)電效率取決于太陽輻照度，而太陽輻照度恰恰與建筑空調(diào)負(fù)荷變化趨勢一致，兩者具有極高的季節(jié)適配性。因此，利用變頻離心機的變頻裝置作為換流器，將光伏輸出的直流電與中間直流母線進(jìn)行直聯(lián)，實現(xiàn)能量雙向流動、直接利用與動態(tài)實時上網(wǎng)，是空調(diào)技術(shù)研究的新方向。2013年，行業(yè)首創(chuàng)的大型光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)，其光伏直驅(qū)利用率高達(dá)96%，能量轉(zhuǎn)換損失降低6%，并可節(jié)省逆變器設(shè)備。同時，以離心機作為能源調(diào)度中心，建立基于光伏直驅(qū)空調(diào)的微網(wǎng)系統(tǒng)，多余電量可供其他設(shè)備使用、儲存或上網(wǎng)，實現(xiàn)無縫對接，可達(dá)到太陽能即發(fā)即用、就地消納，以及電網(wǎng)削峰填谷的目標(biāo)。

 

　　工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生大量的低品位余熱，因溫度較低而難以直接利用。基于離心式的工業(yè)余熱熱泵技術(shù)，充分回收利用低品位工業(yè)余熱實現(xiàn)品位提升，可為企業(yè)提供工藝流程需要消耗的高品位能源，降低能源消耗量和運行費用，也可以為建筑提供集中供熱或生活熱水，對能源回收和再利用具有重要作用。對于無工業(yè)余熱地區(qū)，中深層地源熱泵供熱也是一個理想的選擇，通過地埋管間壁式換熱的形式，獲取2~3 km中深層地?zé)崮埽Y(jié)合高效離心式熱泵技術(shù)，可顯著降低供熱能耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；另外，針對熱電聯(lián)產(chǎn)余熱利用，研發(fā)蒸汽驅(qū)動離心式熱泵機組，以具有一定壓力和溫度的蒸汽作為汽輪機的驅(qū)動能源，對汽輪機做功拖動離心壓縮機工作，為熱泵機組的制冷劑循環(huán)提供動力，熱水出水溫度可達(dá)80 ℃，相比電驅(qū)動的離心式熱泵機組，一次能源利用率可提高87%。

 

　　5、結(jié)語

　　近20年，在集中空調(diào)行業(yè)最高技術(shù)領(lǐng)域，外資品牌及自主品牌圍繞離心機技術(shù)創(chuàng)新和市場份額展開了激烈的角逐，我國離心機整體技術(shù)水平得到了飛速發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，市場格局也發(fā)生巨大變化，目前幾乎全球所有離心機生產(chǎn)廠家都聚焦中國市場。隨著高速永磁電動機及控制技術(shù)、無油軸承、氣動效率提升、多級壓縮等新技術(shù)的應(yīng)用，離心機設(shè)備自身能效已實現(xiàn)明顯提升，正逐漸接近理論極限水平。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施，為了實現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排的目標(biāo)，離心機正朝著新型環(huán)保制冷劑、光伏直驅(qū)空調(diào)、余熱利用等系統(tǒng)節(jié)能低碳技術(shù)的新方向不斷發(fā)展。各廠家應(yīng)抓住綠色、高效的發(fā)展機遇，進(jìn)一步提升設(shè)備效率，推廣新型環(huán)保制冷劑的應(yīng)用，同時提高在實際運行中的系統(tǒng)能效及可再生能源利用水平，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)更多的力量。