多聯數碼渦旋與直流變頻的對比

1、數碼渦旋與直流變頻的對比目前可變冷媒流量空調系統(tǒng)在實際工程中得到了廣泛的應用,各大空調廠家紛紛推出相應的產品。在目前國內多聯機產品中，基本都采用渦旋壓縮機，壓縮機中有動盤和靜盤，渦盤型線經過精心設計，系統(tǒng)排氣不需要閥門，余隙容積小，能效比較高。多聯機的重要特性是可以根據用戶的需求調節(jié)容量輸出，在容量調節(jié)方面，主要分兩條技術路線，一種是“變頻”技術，另外一種是“數碼渦旋”技術。20世紀90年代我國從日本引進變頻技術，經過更新換代，目前的主流變頻產品是直流變頻系統(tǒng)，以日系空調為主，國內采用該技術的代表廠家主要有大金、三菱機電、三菱重工、日立、三菱重工（海爾）、美的、海信、海爾等。在21世紀初，美國

2、EMERSON環(huán)境公司將其最先進的COPELAND(谷輪)系列數碼渦旋壓縮機引入中國，目前采用數碼渦旋技術的中央空調代表廠家主要是美系品牌如開利、特靈、約克、麥克維爾等。 “變頻”（包括直流變頻） 與“數碼渦旋”是兩種不同的技術路線，在壓縮機結構、系統(tǒng)電控系統(tǒng)、控制邏輯等方面具有一定的差異。1.兩種技術的概述1.1 變頻（包括直流變頻）壓縮機的動盤與靜盤始終保持嚙合，壓縮機的容量是通過變頻壓縮機馬達的轉速改變的。當室內負荷要求提高時，壓縮機馬達的頻率隨之增大，馬達轉速更快，容量輸出更高。同樣地，當室內負荷要求隨之降低時，壓縮機的頻率減小，從而使容量輸出降低。1.2 數碼渦旋數碼渦旋壓縮機利用軸

3、向“柔性”技術實現變容量控制壓縮機能量輸出的數值化，其工作狀態(tài)由100%能力輸出和0%輸出組成，分別稱其為1狀態(tài)(100%)和0狀態(tài)(0%)。這種1與0交錯的容量調節(jié)方式與電子產品中的數碼1和0的數據表達方式類似，因此被稱為“數碼渦旋”技術。圖1 數碼渦旋壓縮機調節(jié)部分結構示意圖具體方法是通過調整靜渦盤和動渦盤的軸向間隙實現0和1的轉變。1狀態(tài)時，動靜渦盤處于正常設計位置，此時壓縮機全負荷工作；0狀態(tài)時，PWM電磁閥開啟，使調節(jié)腔與回氣旁通，動渦盤和靜渦盤處于軸向分離狀態(tài)，由于無氣體壓縮，故壓縮機排氣量為0，此時壓縮機靜功和制冷量很小。這樣通過0狀態(tài)和1狀態(tài)的時間長度（占空比）調整，實現壓縮機

4、排氣量的積分連續(xù)調節(jié)。圖2 壓縮機負載卸載占空比以一個周期20秒為例，如圖2所示，當壓縮機輸出10%能力時，負載卸載時間分別為2秒和18秒；當壓縮機輸出為50%時，負載卸載時間分別為10秒和10秒；當壓縮機輸出為100%時，負載時間為20秒，無卸載。2.調節(jié)技術的對比參數數碼渦旋變頻技術（直流變頻）工作原理壓縮機容量是通過渦旋盤的周期性嚙合與脫開來改變的。當外部電磁閥關閉時，數碼渦旋象標準型壓縮機一樣工作，容量達到100%。當外部電磁閥打開時，兩個渦旋盤稍微脫離。此時壓縮機無制冷劑被壓縮，從而也無容量輸出。所以，在一個10秒鐘的循環(huán)中，如果渦盤加載2秒鐘，卸載8秒鐘，其平均時間容量就是20%。

5、加載時間占循環(huán)周期的比例可以在10%到100%輸出容量的范圍內任意改變。壓縮的容量是通過壓縮機馬達的轉速來改變的。當室內負荷要求提高時，壓縮機馬達的頻率隨之增大，從而導致馬達轉速更快，容量更高。同樣地，當室內負荷要求隨之降低時，壓縮的頻率減小，從而使容量降低。容量輸出數碼渦旋的輸出在10%到100%之間。由于通過改變加載時間的比例即可改變壓縮機輸出，從面實現了連續(xù)的容量輸出，即無級輸出。由于提供了連續(xù)的容量輸出，壓縮機能夠更精確地控制室內溫度，并且更加節(jié)能。變頻壓縮機的工作頻率級別范圍在30HZ至117HZ間。壓縮機以有限的容量級別運轉（例：21級），所以容量輸出是間斷的。而且，當室內內負荷突

6、然從小變大時，壓縮機的頻率增加需要經過中間過渡段。這就意味著，如果室內有一段響應的時間，不能立即對應。能效比COP數碼渦旋沒有變頻器損失，同樣也沒有制冷劑的熱氣旁通，因此在10%到100%負荷范圍內，COP性能良好?？蛰d時的能量損耗很?。▋H為10%），這也使得數碼渦旋在部分負荷的情況下COP也會更高。變頻器的損失大約占功耗的15%。當室內的總容量要求低時（如10%、20%或是30%），變頻系統(tǒng)必須使用制冷劑的熱氣旁通進行調節(jié)，因為變頻壓縮機最低的容量輸出約為40%。室內的總容量要求較低的情況下，由于制冷劑的熱氣旁通，能量會有損耗，系統(tǒng)的COP降低。由于馬達的頻率不斷變化，很難測定變頻系統(tǒng)的能效

7、比。為了測量穩(wěn)定的運行工況，必須用外部裝置保證壓縮機頻率的固定，這種情況下的能量測定不包括變頻器的損失。為了獲得真實的性能參數，典型的變頻器損失15%必須計入，否則數據就會顯示一個不真實的較高COP值。季節(jié)能效化SEER或IPLV空調系統(tǒng)大部分時間是運行在局部負荷的工況下，單純給出100%負荷下的COP值并不能完全體現機組的能效，所以必須考慮在局部負荷下的能耗，即IPLV值。由于沒有制冷劑的熱氣旁通，同時沒有變頻器的損失，數碼渦旋系統(tǒng)的IPLV性能良好。最終用戶將享受節(jié)能的好處。根據GB標準，為了評估IPLV，應測量在四工況點（25%、50%、75%和100%）運行時的COP。由于變頻系統(tǒng)在低

8、容量時轉為旁通控制，IPLV因此降低。旁通控制不需要旁通回路。在低容量運行工況下，必須使用旁通控制。室內溫度控制室溫控制優(yōu)良。在整個運行范圍中（10%-100%），數碼渦旋壓縮機能夠實現連續(xù)、無級的容量調節(jié)。如果需要一個新的容量變化（如在同一個制冷系統(tǒng)中多開了幾臺室內機），壓縮機的輸出容量能瞬間地從一個比例調節(jié)到另一個更高的比例。數碼渦旋壓縮機能使得系統(tǒng)能夠對負荷變化作出更迅速的反應。（附圖3 溫度隨容量變化曲線）室溫控制一般。在長時間運行后，室內溫度趨于穩(wěn)定并接近設定溫度。但是如果需要一個新的容量變化（如在同一個制冷系統(tǒng)中多開了幾臺室內機），變頻器控制就需要時間逐漸地提高頻率，在過渡期間室內

9、溫度控制不穩(wěn)定。除濕性能在悶熱的梅雨季節(jié)，盡管冷負荷可能會很低，在每一個循環(huán)（如10秒）中，還是有幾秒鐘的滿負荷運行的狀態(tài)。這使得回氣的速度成波狀起伏一個接一下的波峰（全速）。這使得平均蒸發(fā)壓力和溫度更低，除濕性能更佳。（附圖4數碼渦旋負載/卸載壓力與電流特性）在悶熱的梅雨季節(jié)，冷負荷可能降低。這種情況下，變頻壓縮機的轉速會降低，回風的速度也會很低。這樣就造成了室內機較高的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度。因此，此時的除濕能力降低?？煽啃曰赜托院?。在每一個循環(huán)（如10秒）中，還是有幾秒鐘的滿負荷運行狀態(tài)。這使得回風的速度成波狀起伏一個接一個的波峰（全速）。因此回油較好。同時，在每個空載期間內，壓縮機中無排氣

10、，也無潤滑油排出，壓縮機得到充分的潤滑，運行壽命長。室外機的PCB和管路與變頻多聯系統(tǒng)相比，顯得極為簡單無旁通回路，一個PCB就足夠了。谷輪公司針對數碼渦旋壓縮機的柔性設計，使其運行壽命可達到15年。在壓縮機方面，EMERSON公司提供的數碼渦旋壓縮機是一種具有一定“柔性”的壓縮機，具有比較強的抗液擊、抗雜質能力（如附表1所示），經過了大量可靠性實驗，能夠經受各種惡劣工況條件的考驗。當冷負荷低時，回油難度提高，因為變頻壓縮機轉速很低。因此，回氣的低速就造成了回油困難。為解決這個問題，變頻系統(tǒng)在每隔一段時間的運行后必須加入許多的回油循環(huán)。這對于“PLUS”系列的多聯機（48馬力）特別明顯，因為回

11、氣管徑很大，在部分負荷情況下回氣速度很低。因此“PLUS”系列的多聯機需要更頻繁的回油循環(huán)，并消耗更多電力。該系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。室外機的PCB（印刷電路板）和管路十分復雜。PCB包括成千上萬個部件，管路呈迷宮狀，包括油分離器/旁通回路等。變頻器控制板產生大量的熱，夏季極易燒毀。環(huán)保符合EMC電磁兼容需求。（附圖5 電磁干擾比較）不符合EMC（電磁兼容）要求。變頻控制會產生高次諧波，造成一些問題，如變壓器/電容器過熱、精密儀器的精度降低以及干擾電視信號、移動信號和地鐵站信號的傳送等。為電磁干擾問題，室外機、室內機都需要添加噪音過濾器或扼流圈，從而提高了系統(tǒng)的造價。附表1 數碼渦旋壓縮機高可靠性實驗

12、項目實驗項目實驗內容及目的高壓比試驗2000小時，考核潤滑系統(tǒng)/高溫狀態(tài)高負荷試驗2000小時，考核高溫/高壓狀態(tài)開/停試驗520,000次，考核振動影響帶液啟動試驗1000次，在允許充注量的100%到150%條件下，考核承受液擊及潤滑油遷移狀態(tài)融霜回液試驗2000小時，100%允許充注量下，考核液擊狀態(tài)極限狀態(tài)試驗在運行范圍的各個極點狀態(tài)下，200次開停試驗，每次30分鐘，重復4遍，總計2000小時零部件試驗電磁閥壽命40,000,000次，相當于30年使用年限附圖3 溫度隨容量變化曲線附圖3所示是變頻空調和數碼渦旋空調在不同容量時的蒸發(fā)溫度比較。數碼渦旋空調這種在低容量情況下能有效提供較好

13、的溫度控制功能，對于相對溫度較高的地區(qū)及一些特殊場合尤為適用。附圖 4 數碼渦旋負載/卸載壓力與電流特性變頻系統(tǒng)在高容量（高頻）運行時，蒸發(fā)溫度較低，隨著運行頻率的降低，蒸發(fā)溫度逐漸升高，濕度升高，一般的空調系統(tǒng)很多時間都在部分負荷下運行，這就產生了除濕能力下降的問題。附圖4為實測數碼壓縮機負載/卸載周期內，排氣/回氣壓力和電流的變化曲線，電流變化顯著顯示了負載/卸載周期，負載運行時回氣壓力較低，保持了室內側較低的濕度，尤其容量在部分負荷范圍內（較常使用的容量區(qū)間），數碼渦旋除濕能力較強，體現了明顯的優(yōu)勢，保證了高精度的濕度要求。圖5 電磁干擾比較變頻系統(tǒng)需要昂貴的變頻器及變頻控制中復雜的電控部分，其電控系統(tǒng)中復雜的電子裝置價格貴且比較嬌氣。數碼渦旋系統(tǒng)減少了變頻器、變頻控制系統(tǒng)等，無疑增加了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了成本。變頻器工作時會產生諧波，會使供電系統(tǒng)的正弦電流波形發(fā)生畸變，導致諸如：降低電網的功率因素、使電容器和變壓器過熱、在熒光屏和示波器等上產生閃點、影響精密儀器的精度等不良后果，并會引起高電設備電容量等發(fā)熱燒毀等到危險。以歐洲為中心的許多地區(qū)都有嚴格限制諧波的EMC規(guī)定，有些地區(qū)還因上述理由禁止銷售和安裝變頻空調。我國也有相關的規(guī)定，對電源干擾要求很高的精密實驗室、醫(yī)院