淺談數(shù)碼渦旋技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用

1、淺談數(shù)碼渦旋技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用2007-09-19 21:11摘要： 本文介紹了一種新的變?nèi)萘考夹g(shù)數(shù)碼渦旋技術(shù)的工作原理，并闡述了其特點(diǎn)及節(jié)能機(jī)理，詳細(xì)說(shuō)明了數(shù)碼渦旋技術(shù)在實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)（本文針對(duì)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)）中的應(yīng)用及節(jié)能措施。 關(guān)鍵詞： 變?nèi)萘考夹g(shù) 數(shù)碼渦旋 多聯(lián)機(jī) 節(jié)能0 前言 2004年9月16日，期待已久的空調(diào)能耗新標(biāo)準(zhǔn)終于公布，并于2005年3月1日實(shí)施。未來(lái)的空調(diào)產(chǎn)品能否達(dá)標(biāo)，新標(biāo)準(zhǔn)為其劃出一條底線最佳能耗比2.6，即能耗比低于2.6的空調(diào)產(chǎn)品將不再允許在市面銷售?？照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已經(jīng)刻不容緩，而變?nèi)萘考夹g(shù)一直以來(lái)都是空調(diào)節(jié)能的熱點(diǎn)。本文將介紹一種新的變?nèi)萘考夹g(shù)數(shù)碼渦旋技術(shù)及其

2、應(yīng)用。自2002年數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)開(kāi)始供應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，數(shù)碼渦旋技術(shù)目前已經(jīng)在家用中央空調(diào)系統(tǒng)、商用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)管機(jī)系統(tǒng)、冷水機(jī)組、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)及北方地區(qū)熱泵系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)明顯。1 數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)變?nèi)萘靠刂圃戆h(huán)境優(yōu)化技術(shù)事業(yè)部研發(fā)生產(chǎn)的數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)利用“軸向柔性”技術(shù)，“軸向柔性”允許渦旋盤在軸向可以移動(dòng)非常小的距離，確保渦旋盤始終以最佳的力進(jìn)行工作。使得兩個(gè)渦旋盤在任何運(yùn)行環(huán)境下緊密結(jié)合在一起，保證渦旋壓縮機(jī)有很高的能效比。數(shù)碼渦旋的控制循環(huán)周期包括一段“負(fù)載期”和一段“卸載期”。負(fù)載期間，渦旋盤如圖1（a）所示，壓縮機(jī)像常規(guī)渦旋壓縮機(jī)一樣工作，傳遞全部容量，壓

3、縮機(jī)輸出為100%。卸載期間，由于壓縮機(jī)的柔性設(shè)計(jì)，使兩個(gè)渦旋盤在軸向有一個(gè)微量分離（如圖1（b）所示），因此不再有制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)輸出為0。這樣，由負(fù)載期和卸載期的時(shí)間平均便確定了壓縮機(jī)的總輸出平均容量。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)一個(gè)工作“周期時(shí)間”包括“負(fù)載狀態(tài)”時(shí)間和“卸載狀態(tài)”時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間的不同組合決定壓縮機(jī)的容量調(diào)節(jié)。通過(guò)改變這兩個(gè)時(shí)間，就可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的輸出容量（10%100%）。所謂“周期時(shí)間”包括“負(fù)載狀態(tài)”時(shí)間和“卸載狀態(tài)”時(shí)間。這兩個(gè)時(shí)間階段的組合決定壓縮機(jī)的容量調(diào)節(jié)。例如：在20s周期時(shí)間內(nèi)，若負(fù)載狀態(tài)時(shí)間為10s，卸載狀態(tài)時(shí)間為10s，壓縮機(jī)調(diào)節(jié)量為(10s×1

4、00+10s×0)20=50 。若在相同的周期時(shí)間內(nèi)負(fù)載狀態(tài)時(shí)間為15s而卸載狀態(tài)時(shí)間為5s，則壓縮機(jī)調(diào)實(shí)量為75，容量為負(fù)載狀態(tài)和卸載狀態(tài)時(shí)間平均的總和。通過(guò)改變負(fù)載狀態(tài)時(shí)間和卸載狀態(tài)時(shí)間，壓縮機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)任意大小的容量（10100）。周期時(shí)間的概念如圖2所示。圖2 周期時(shí)間的概念 2 數(shù)碼渦旋技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)21 容量范圍廣、溫控精確、調(diào)溫快數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍可以從10 到100，并且在這一范圍內(nèi)的輸出是連續(xù)的和無(wú)級(jí)的，與變頻技術(shù)的分級(jí)輸出容量相比是一大改進(jìn)。提供無(wú)級(jí)的容量輸出的同時(shí)保證了房問(wèn)溫度的控制精度可以大大提高（±0.5）。由于數(shù)碼渦旋系統(tǒng)可通過(guò)改變負(fù)載和卸載周

5、期時(shí)間迅速將容量從100降到10（反之亦然0，所以它能比別的系統(tǒng)快得多地對(duì)系統(tǒng)需求地變化作出反應(yīng)。22 優(yōu)良的季節(jié)能效比數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的性能經(jīng)過(guò)JIS和ARI的標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)，證明具有非常出色的SEER。大范圍的容量調(diào)節(jié)可以提高壓縮機(jī)的季節(jié)能效比。23 良好的回油控制數(shù)碼渦旋是唯一不需要油分離器或回油循環(huán)的系統(tǒng)。有兩個(gè)因素使回油容易。第一，油只在負(fù)載周期內(nèi)離開(kāi)壓縮機(jī)。所以，在低容量情況下，離開(kāi)壓縮機(jī)的油極少。第二，由于壓縮機(jī)在負(fù)載周期內(nèi)滿負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)載周期內(nèi)的氣體速度足以使油回至壓縮機(jī)。試驗(yàn)顯示壓縮機(jī)在最差的條件下，即100m 配管長(zhǎng)度，30m 垂直落差且室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)位置可互換(有正常的回油彎)

6、，負(fù)荷最低時(shí)都可以使?jié)櫥突氐綁嚎s機(jī)。24 卓越的除濕性能除濕性的好壞也是保證用戶舒適性的一個(gè)關(guān)鍵，尤其是在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)提供了非常好的除濕性，因?yàn)樗c變頻系統(tǒng)相比具有較低的吸氣壓力。在任一百分比容量調(diào)節(jié)，負(fù)載狀態(tài)時(shí)壓縮機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行，全負(fù)荷運(yùn)行將導(dǎo)致較低的平均吸氣壓力，得到較低的顯熱比。25 電磁干擾非常小，無(wú)電磁污染問(wèn)題數(shù)碼渦旋系統(tǒng)產(chǎn)生非常小的電磁干擾，因?yàn)闇u旋盤的負(fù)載和卸載只是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械操作。這一獨(dú)特的性能不僅使數(shù)碼渦旋系統(tǒng)不需要昂貴的電磁抑制電子裝置，也增加其可靠性和簡(jiǎn)易性。26 無(wú)需制冷劑旁通大多數(shù)現(xiàn)行技術(shù)選用熱氣旁通和液體旁通裝置。因壓縮機(jī)不能達(dá)到極低的容量。所以需

7、要這些旁通管保護(hù)裝置。數(shù)碼渦旋系統(tǒng)能使容量低至10，所以無(wú)需這些旁通管，因而節(jié)省了開(kāi)支并使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。3 數(shù)碼渦旋技術(shù)在多聯(lián)機(jī)中的應(yīng)用及節(jié)能措施據(jù)一項(xiàng)在上海及周邊地區(qū)的調(diào)查分析，多聯(lián)機(jī)、風(fēng)管機(jī)、冷熱水機(jī)組、單元式機(jī)組分別占到此類市場(chǎng)的70、13、12、5。2004年上海市場(chǎng)多聯(lián)機(jī)市場(chǎng)容量在10億元左右?？梢院苊黠@地看出，多聯(lián)機(jī)已經(jīng)明顯占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，國(guó)際上單冷媒多聯(lián)系統(tǒng)主要有變頻多聯(lián)系統(tǒng)和變?nèi)荻嗦?lián)系統(tǒng)。變頻多聯(lián)系統(tǒng)起步較早，而變?nèi)荻嗦?lián)系統(tǒng)是最新發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，能夠很好地解決容量調(diào)節(jié)等問(wèn)題，成為了單冷媒多聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展方向。在室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的外形方面，數(shù)碼變?nèi)荻嗦?lián)機(jī)和變頻多聯(lián)機(jī)沒(méi)有太大的不同

8、，但在容量調(diào)節(jié)方面，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。變頻多聯(lián)機(jī)通過(guò)改變壓縮機(jī)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)，而數(shù)碼變?nèi)荻嗦?lián)機(jī)則通過(guò)數(shù)碼變?nèi)輭嚎s機(jī)容量的改變來(lái)調(diào)節(jié)。數(shù)碼變?nèi)荻嗦?lián)機(jī)能夠滿足人們對(duì)空調(diào)任意調(diào)節(jié)、精確控制的要求，具有節(jié)能、舒適、噪聲低、使用靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼多聯(lián)中央空調(diào)集一拖多技術(shù)、智能控制技術(shù)、多重健康技術(shù)等多種高新技術(shù)于一身。在節(jié)能技術(shù)方面主要采用的數(shù)碼變?nèi)轀u旋壓縮機(jī)技術(shù)、雙壓縮機(jī)技術(shù)、制冷劑直接輸送技術(shù)、制冷劑的智能分配技術(shù)、風(fēng)機(jī)調(diào)速技術(shù)等。31 數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)技術(shù)數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)容量調(diào)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及過(guò)程前面已經(jīng)作了詳細(xì)的介紹，這里不再說(shuō)明。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)可以在10和100的范圍內(nèi)，輸出任意大小的容量（無(wú)

9、級(jí)輸出)。32 雙壓縮機(jī)技術(shù)對(duì)容量稍大的機(jī)組采用兩個(gè)壓縮機(jī)（一個(gè)數(shù)碼變?nèi)轀u旋壓縮機(jī)，一個(gè)定容渦旋壓縮機(jī))。采用兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有效的容量控制，小于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的容量時(shí)，只需啟動(dòng)數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)，大于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的容量時(shí)，啟動(dòng)定容渦旋壓縮機(jī)和數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)；（2）提高可靠性，較單臺(tái)大壓縮機(jī)停開(kāi)次數(shù)減少；（3）啟動(dòng)負(fù)荷降低，單臺(tái)壓縮機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間可以分別用時(shí)間延遲方法分開(kāi)；（4）備用性，如果一臺(tái)壓縮機(jī)損壞，還有部分容量；（5）置換費(fèi)用減少，如果一臺(tái)壓縮機(jī)損壞，可花較少的費(fèi)用去更換壓縮機(jī)。直接輸送制冷劑技術(shù)系統(tǒng)直接以制冷劑作為傳熱介質(zhì)。傳送的熱量幾乎是水的10倍、空氣的20倍，而且

10、不需龐大的風(fēng)管和水管系統(tǒng)，減少了輸送耗能及冷媒輸送中能量損失。由表1可知，同樣輸送100kW的冷量。以制冷劑作為輸送介質(zhì)，所需的輸送系統(tǒng)耗能僅為室內(nèi)風(fēng)機(jī)所耗的2.16kW分別是以水和空氣作為傳熱介質(zhì)所需能耗的52.7%和33%由于采用制冷劑直接蒸發(fā)制冷，沒(méi)有傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)先把冷量傳遞結(jié)水，再由冷水傳給室內(nèi)空氣這一中間過(guò)程，減少了一個(gè)能量傳遞環(huán)節(jié)，從熱量傳遞的網(wǎng)絡(luò)圖上看就是減少了一項(xiàng)傳熱熱阻，當(dāng)然也就減少了能量的損耗。34 制冷劑的智能分配技術(shù)數(shù)碼變?nèi)萘繅嚎s機(jī)加電子膨脹閥組成的制冷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)流量的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)整體負(fù)荷的變化。通過(guò)電子膨脹閥的制冷劑流量由以下兩個(gè)因素決定：（1）蒸發(fā)器進(jìn)

11、口和出口的溫差；（2）室內(nèi)溫度和空調(diào)設(shè)定溫度的溫差。室內(nèi)電子膨脹閥是一個(gè)反饋元件。在使用電子膨脹閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，一般有以下兩種方法：一是控制蒸發(fā)器出口的真實(shí)過(guò)熱度，用一只壓力傳感器和一只溫度傳感器置于出口處，分別檢測(cè)蒸發(fā)器出口處的壓力p2和溫度t2，p2為蒸發(fā)壓力pe，換算pe對(duì)應(yīng)的制冷劑飽和溫度即蒸發(fā)溫度te，再計(jì)算溫差t=t2-te，將其作為控制參數(shù)，見(jiàn)圖4(a)；另一種情況是用兩只溫度傳感器分別檢測(cè)制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)口和出口的溫度t1和t2，計(jì)算溫差t=t1-t2，并以其為控制參數(shù)，見(jiàn)圖4(b)。t的數(shù)值決定了電子膨脹閥的開(kāi)度，即控制過(guò)熱度，通過(guò)電子膨脹閥的調(diào)節(jié)使蒸發(fā)器始終保持最佳狀態(tài)。

12、圖4 電子膨脹閥控制過(guò)熱 電子膨脹閥按理想方式分配各個(gè)房間的制冷劑流速，由模糊控制將舒適度調(diào)整至最佳，通過(guò)圖5空調(diào)系統(tǒng)得到蒸發(fā)器進(jìn)口和出口溫差，再加上室溫和設(shè)定溫度的溫差，計(jì)算出過(guò)熱量和室溫狀態(tài)，然后啟動(dòng)閥門來(lái)控制制冷劑流量。通過(guò)對(duì)電子膨脹閥開(kāi)度的控制可以實(shí)現(xiàn)制冷劑在各室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的智能分配。圖5 電子膨脹閥對(duì)制冷劑流量的控制35 風(fēng)機(jī)調(diào)速技術(shù)數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)能量10%100%范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變換，隨著室內(nèi)負(fù)荷的降低，室外冷凝器的能力變得很大，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能和系統(tǒng)的合理匹配，室外換熱器的風(fēng)機(jī)采用調(diào)速技術(shù)。4 節(jié)能效果分析41 能效比數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組由于采用了數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)等新技術(shù)措施，系統(tǒng)具有很高的部

13、分負(fù)荷能效比.三星某數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組能效比的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6，從圖不同機(jī)組的能效比比較可以看出，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中三星DVM空調(diào)系統(tǒng)的能效比都要高于傳統(tǒng)的整體空調(diào)系統(tǒng)。42 運(yùn)行費(fèi)用數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組具有高能效比和高季節(jié)能效比，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以大幅度節(jié)約能源和運(yùn)行能源費(fèi)用。從表2可以看出，與冷水機(jī)組相比，數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組可以節(jié)約費(fèi)用21%，與整體系統(tǒng)相比，數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組可以節(jié)約費(fèi)用48%。表2的比較進(jìn)一步說(shuō)明了數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組具有優(yōu)良的節(jié)能潛力。*熱負(fù)荷：104.67kW*總面積：750*運(yùn)行時(shí)間：夏季和冬季各運(yùn)行三個(gè)月5 結(jié)論（1）數(shù)碼多聯(lián)機(jī)具有節(jié)能、舒適等一系列優(yōu)點(diǎn)，是中央空調(diào)的一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向。（2）容量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的需求正呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，數(shù)碼渦旋是這一領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)很好的選擇。數(shù)碼渦旋系統(tǒng)提