磁悬浮式热泵机组用于集中供热的经济性分析

阎萧炜

(济南热力集团有限公司，山东 济南 250000)

1 磁悬浮式热泵机组

磁悬浮式压缩机(结构见图1)属于离心式压缩机，主要由进口导叶、永磁同步直流电机、磁悬浮轴承、电机与轴承控制器等部件组成，是磁悬浮式热泵机组的核心。磁悬浮轴承利用磁场使转子悬浮起来，在旋转时不会产生摩擦，不再需要机械轴承以及配套润滑系统。由于减少了机械摩擦造成的损耗，磁悬浮式热泵机组能效比明显高于配置传统离心式压缩机以及往复式、螺杆式压缩机的热泵机组[1-2]。

图1 磁悬浮式压缩机结构

2 工程概况

为解决济南市历东社区集中供暖问题，济南热力集团下属山东睿冠电能有限公司于2018年对该社区实施了集中供暖改造，配套建设历东社区热力站(总供暖面积为2.8×104m2，于2018年12月27日投入运行)。热力站工艺流程见图2。一级管网设计供、回水温度分别为95、70 ℃。可实现磁悬浮式热泵机组供热模式、传统供热模式。热力站一二级管网进出口管均安装温度、压力传感器以及流量计。磁悬浮式热泵机组蒸发器、冷凝器进出口管均安装温度传感器、流量计，并单独安装电能表计量机组耗电量。自来水经软水装置软化处理后，经补水泵为二级管网补水。

图2 热力站工艺流程1～8.阀门 9.管道泵

① 磁悬浮式热泵机组供热模式

阀门1、2、4、5、6开启，调小阀门3、7、8开度，管道泵开启。一级管网供水经板式换热器放热后部分经阀3回到一级管网，另一部分经阀5、管道泵、阀4进入磁悬浮式热泵蒸发器放热，最后经阀2回到一级管网。二级管网回水部分经阀8与一级管网供水在板式换热器中进行换热升温，另一部分经阀1在磁悬浮式热泵机组冷凝器中升温。经过加热的两部分二级管网回水分别经阀7、阀6混合后向用户提供热水，在用户端放热后回到热力站继续升温。为控制磁悬浮式热泵机组蒸发器的进水温度，通过一级管网电动调节阀对经过板式换热器的一级管网流量进行调控。

② 传统供热模式

作为磁悬浮式热泵机组故障工况下的应急供热模式，传统供热模式阀门3、7、8开启，其他阀门关闭，管道泵关闭。一级管网供水经板式换热器一级侧放热降温后回到一级管网。二级管网回水经板式换热器二级侧吸热升温后向用户提供热水，在用户端放热后回到热力站继续升温。

3 技术经济性分析

对热力站2018年12月27日—2019年3月15日的监测数据进行分析。2018年12月27日—2019年3月15日一级管网日平均供回水温度见图3。由图3可知，与仅采用板式换热器换热的传统供热模式相比，采取磁悬浮式热泵机组供热模式可有效降低一级管网回水温度。2018年12月27日—2019年3月15日一级管网日平均回水温度的平均值为24.9 ℃。2018年12月27日—2019年3月15日磁悬浮式热泵机组日平均制热性能系数见图4。由图4可知，2018年12月27日—2019年3月15日磁悬浮式热泵机组的日平均制热性能系数比较高，且制热季节能效比达到了8.93。

图3 2018年12月27日—2019年3月15日一级管网日平均供回水温度

图4 2018年12月27日—2019年3月15日磁悬浮式热泵机组日平均制热性能系数

根据磁悬浮式热泵机组冷凝器的进出水温度、质量流量，可计算得到日平均制热功率，进而计算得到2018年12月27日—2019年3月15日磁悬浮式热泵机组制热量为4 957.33 GJ。螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组制热季节能效比分别取5.10、8.93，可计算得到2018年12月27日—2019年3月15日两种热泵机组的耗电量分别为27.00×104、15.42×104kW·h。

为计算供暖期(2018年11月15日—2019年3月15日)热泵机组耗电量，将2018年11月15日—12月26日室外温度与2019年2月2日—3月15日视为对称，由此可计算得到螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组供暖期耗电量分别为39.36×104、22.48×104kW·h。电价按0.9元/(kW·h)计算，磁悬浮式热泵机组供暖期可节省电费15.19×104元。

螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组的购置费分别为65×104、120×104元，磁悬浮式热泵机组多出的55×104元购置费可在3.62 a收回。

4 结论

介绍磁悬浮式热泵机组关键设备——磁悬浮式压缩机结构。结合工程实例，对采用磁悬浮式热泵机组(将板式换热器一级侧出口的一级管网回水作为低温热源)热力站的一级管网供回水温度、磁悬浮式热泵机组制热性能系数进行实测分析。比较螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组的经济性。

① 与仅采用板式换热器换热的传统供热模式相比，采取磁悬浮式热泵机组供热模式可有效降低一级管网回水温度。

② 磁悬浮式热泵机组的日平均制热性能系数比较高，制热季节能效比可达到8.93。

③ 螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组供暖期耗电量分别为39.36×104、22.48×104kW·h。电价按0.9 元/(kW·h)计算，磁悬浮式热泵机组供暖期可节省电费15.19×104元。螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组的购置费分别为65×104、120×104元，磁悬浮式热泵机组多出的55×104元的购置费可在3.62 a收回。