淺談數碼渦旋技術在空調系統節能中的應用

童相海

TONG Xiang-hai

（江蘇海事職業技術學院，南京 211170）

淺談數碼渦旋技術在空調系統節能中的應用

On the digital scroll technology in air conditioning systems energy saving

童相海

TONG Xiang-hai

（江蘇海事職業技術學院，南京 211170）

本文介紹了一種新的變容量技術——數碼渦旋技術的工作原理，并闡述了其特點及節能機理，詳細說明了數碼渦旋技術在實際空調系統（本文針對多聯機系統)中的應用及節能措施。

變容量技術；數碼渦旋；多聯機；節能

0 引言

現代工業的發展和人民生活水平的提高，中央空調的應用越來越廣泛，其耗電量也越來越大，一些大中城市中央空調用電量已占其高峰用電量的20%以上，使得電力系統峰谷負荷差加大，電網負荷率下降，電網不得不實行拉閘限電，嚴重制約著工農業生產，給人們正常的生活帶來不少影響。本文將介紹一種新的變容量技術—數碼渦旋技術及其應用。

1 數碼渦旋壓縮機變容量控制原理

空調系統中的變容量是指有意改變機組輸出容量以更好地匹配系統的制冷／制熱負荷的技術。要達到這一目的可以采用多種方式，包括使用數碼渦旋壓縮機、變頻技術、高溫氣體旁通等。甚至在空調系統中安裝多個壓縮機，分別將它們開啟／關閉以匹配系統負荷也是變容量，但是后者的代價比較昂貴。

艾默生環境優化技術事業部研發生產的數碼渦旋壓縮機利用“軸向柔性”技術，“軸向柔性”允許渦旋盤在軸向可以移動非常小的距離，確保渦旋盤始終以最佳的力進行工作。使得兩個渦旋盤在任何運行環境下緊密結合在一起，保證渦旋壓縮機有很高的能效比。數碼渦旋的運行就是建立在該原理基礎上的。

壓縮機這兩種狀態的轉換是通過安裝在壓縮機上的電磁閥來控制。一活塞安裝于頂部固定渦旋盤處，活塞的頂部有一調節室，通過0.6mm直徑的排氣孔和排氣壓力相連通，而外接PWM電磁閥連接調節室和吸氣壓力。電磁閥處于常閉位置時，活塞上下側的壓力為排氣壓力，一彈簧力確保兩個渦旋盤共同加載。電磁閥通電時，調節室內的排氣被釋放至低壓吸氣管，導致活塞上移，帶動了頂部的渦旋盤上移，該動作使兩渦旋盤分隔，導致無制冷劑通過渦旋盤。當外接電磁閥斷電時，壓縮機再次滿載，恢復壓縮操作。數碼渦旋壓縮機一個工作“周期時間”包括“負載狀態”時間和“卸載狀態”時間，這兩個時間的不同組合決定壓縮機的容量調節。通過改變這兩個時間，就可調節壓縮機的輸出容量（10%～100%）。

2 數碼渦旋技術的優點

2.1 容量范圍廣、溫控精確、調溫快

數碼渦旋壓縮機的運行范圍可以從10% 到100%，并且在這一范圍內的輸出是連續的和無級的，與變頻技術的分級輸出容量相比是一大改進。提供無級的容量輸出的同時保證了房問溫度的控制精度可以大大提高（±0.5℃）。

2.2 優良的季節能效比

對于變容量系統，某一點的能效比不能衡量整個系統。必須用季節能效比(SEER)來計算系統運行可節省的費用。以便全面了解全年運行系統中節省的能量。數碼渦旋壓縮機的性能經過JIS和ARI的標準的評價，證明具有非常出色的SEER。大范圍的容量調節可以提高壓縮機的季節能效比。

2.3 良好的回油控制

回油是多蒸發器變容量系統的一個主要問題。目前的技術是使用一個油分離器或一個復雜的回油循環或兩者結合來保證運行一段時間后仍具有正常的回油。數碼渦旋是唯一不需要油分離器或回油循環的系統。有兩個因素使回油容易。第一，油只在負載周期內離開壓縮機。第二，由于壓縮機在負載周期內滿負荷運行，負載周期內的氣體速度足以使油回至壓縮機。

2.4 卓越的除濕性能

數碼渦旋壓縮機提供了非常好的除濕性，因為它與變頻系統相比具有較低的吸氣壓力。在任一百分比容量調節，負載狀態時壓縮機全負荷運行，全負荷運行將導致較低的平均吸氣壓力，得到較低的顯熱比。

2.5 電磁干擾非常小，無電磁污染問題

數碼渦旋系統產生非常小的電磁干擾，因為渦旋盤的負載和卸載只是一個簡單的機械操作。這一獨特的性能不僅使數碼渦旋系統不需要昂貴的電磁抑制電子裝置，也增加其可靠性和簡易性。

2.6 無需制冷劑旁通

數碼渦旋系統能使容量低至10%，所以無需這些旁通管，因而節省了開支并使系統簡化。

3 數碼渦旋技術在多聯機中的應用及節能措施

數碼多聯中央空調集一拖多技術、智能控制技術、多重健康技術等多種高新技術于一身。

3.1 數碼渦旋壓縮機技術

谷輪數碼渦旋技術的長處在于其固有的簡易性。常規的谷輪渦旋技術有一獨特的性能稱為“軸向柔性”。這一性能使固定的渦旋盤沿軸向可以有很少量的移動，確保渦旋盤始終以最佳的力進行工作。該力使得兩個渦旋盤在任何運行環境下緊密結合在一起，保證渦旋壓縮機有很高的能效比。

3.2 雙壓縮機技術

對容量稍大的機組采用兩個壓縮機（一個數碼變容渦旋壓縮機，一個定容渦旋壓縮機)。采用兩臺壓縮機并聯，有以下優點：1）有效的容量控制，小于數碼渦旋壓縮機的容量時，只需啟動數碼渦旋壓縮機，大于數碼渦旋壓縮機的容量時，啟動定容渦旋壓縮機和數碼渦旋壓縮機；2）提高可靠性，較單臺大壓縮機停開次數減少；3）啟動負荷降低，單臺壓縮機的啟動時間可以分別用時間延遲方法分開；4）備用性，如果一臺壓縮機損壞，還有部分容量；5）置換費用減少，如果一臺壓縮機損壞，可花較少的費用去更換壓縮機。

圖1 單壓縮機系統和雙壓縮機系統的比較

3.3 直接輸送制冷劑技術

VRV系統直接以制冷劑作為傳熱介質。傳送的熱量幾乎是水的10倍、空氣的20倍，而且不需龐大的風管和水管系統，減少了輸送耗能及冷媒輸送中能量損失。表1是幾種傳熱介質性能比較表。

表1 幾種傳熱介質性能比較表

由表1可知，同樣輸送100kW的冷量。以制冷劑作為輸送介質，所需的輸送系統耗能僅為室內風機所耗的2.16kW分別是以水和空氣作為傳熱介質所需能耗的52.7%和33%由于采用制冷劑直接蒸發制冷，沒有傳統中央空調系統先把冷量傳遞結水，再由冷水傳給室內空氣這一中間過程，減少了一個能量傳遞環節，從熱量傳遞的網絡圖上看就是減少了一項傳熱熱阻，當然也就減少了能量的損耗。

3.4 制冷劑的智能分配技術

數碼變容量壓縮機加電子膨脹閥組成的制冷系統，可實現大范圍內流量的調節，以適應整體負荷的變化。通過電子膨脹閥的制冷劑流量由以下兩個因素決定：1）蒸發器進口和出口的溫差；2）室內溫度和空調設定溫度的溫差。室內電子膨脹閥是一個反饋元件。在使用電子膨脹閥進行流量調節時，一般有以下兩種方法：一是控制蒸發器出口的真實過熱度，用一只壓力傳感器和一只溫度傳感器置于出口處，分別檢測蒸發器出口處的壓力p2和溫度t2，p2為蒸發壓力pe，換算pe對應的制冷劑飽和溫度即蒸發溫度te，再計算溫差△t=t2-te，將其作為控制參數；另一種情況是用兩只溫度傳感器分別檢測制冷劑在蒸發器進口和出口的溫度t1和t2，計算溫差△t=t1-t2，并以其為控制參數，即控制過熱度，通過電子膨脹閥的調節使蒸發器始終保持最佳狀態。

電子膨脹閥按理想方式分配各個房間的制冷劑流速，由模糊控制將舒適度調整至最佳，通過空調系統得到蒸發器進口和出口溫差(如圖2所示)，再加上室溫和設定溫度的溫差，計算出過熱量和室溫狀態，然后啟動閥門來控制制冷劑流量。通過對電子膨脹閥開度的控制可以實現制冷劑在各室內機蒸發器的智能分配。

圖2 電子膨脹閥對制冷劑流量的控制

3.5 風機調速技術

大量的統計資料表明，在大部分建筑物中，機組實際運行負荷為50%的時間長達一半，即在按照設計負荷設計的建筑物空調中，其滿負荷運行的時間很短。數碼多聯機組可以實現能量10%～100%范圍內的無級變換，隨著室內負荷的降低，室外冷凝器的能力變得很大，為實現節能和系統的合理匹配，室外換熱器的風機采用調速技術。

4 節能效果分析

4.1 能效比

數碼多聯機組由于采用了數碼渦旋壓縮機等新技術措施，系統具有很高的部分負荷能效比.

三星某數碼多聯機組能效比的測試結果如圖3所示。

圖3 不同機組的能效比比較

從圖3可以看出，在整個運行過程中三星DVM空調系統的能效比都要高于傳統的整體空調系統。

4.2 運行費用

數碼多聯機組具有高能效比和高季節能效比，系統運行時可以大幅度節約能源和運行能源費用。從表2可以看出，與冷水機組相比，數碼多聯機組可以節約費用21%，與整體系統相比，數碼多聯機組可以節約費用48%。

5 結論

1）數碼多聯機具有節能、舒適等一系列優點，是中央空調的一個很有潛力的發展方向。

2）容量調節系統在市場上的需求正呈現出快速增長的勢頭，數碼渦旋是這一領域內一個很好的選擇。數碼渦旋系統提供了獨特的優點，低負荷時更好的除濕性能，寬容量調節范圍，長連管也能保證正?；赜?，使用簡單，系統元件少，沒有電磁干擾問題，因此，谷輪數碼渦旋技術能設計出可靠、節能、簡單的空調系統。

3）數碼多聯機采用了數碼變容渦旋壓縮機技術、雙壓縮機技術、制冷劑直接輸送技術、制冷劑的智能分配技術、風機調速技術等多項節能技術，具有高能效比、節能的特點。與水系統比較，可節約運行費用20%與傳統整體系統比較，可節約運行費用48% 。

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1009-0134(2010)11(下)-0191-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).64

2010-09-13

童相海（1965 - ），男，江蘇南京人，實驗師，碩士，研究方向為電力電子與電力傳動。