數碼空調渦旋技術管理論文

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摘要：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。

關鍵詞：變容量技術數碼渦旋多聯機節能

0前言

2004年9月16日，期待已久的空調能耗新標準終于公布，并于2005年3月1日實施。未來的空調產品能否達標，新標準為其劃出一條底線——最佳能耗比2.6，即能耗比低于2.6的空調產品將不再允許在市面銷售?？照{系統的節能已經刻不容緩，而變容量技術一直以來都是空調節能的熱點。本文將介紹一種新的變容量技術—數碼渦旋技術及其應用。

自2002年數碼渦旋壓縮機開始供應中國市場以來，數碼渦旋技術目前已經在家用中央空調系統、商用多聯機系統、風管機系統、冷水機組、機房空調系統及北方地區熱泵系統中得到廣泛應用，其技術優點相當明顯。

1數碼渦旋壓縮機變容量控制原理

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。數碼渦旋的控制循環周期包括一段“負載期”和一段“卸載期”。負載期間，渦旋盤如圖1（a）所示，壓縮機像常規渦旋壓縮機一樣工作，傳遞全部容量，壓縮機輸出為100%。卸載期間，由于壓縮機的柔性設計，使兩個渦旋盤在軸向有一個微量分離（如圖1（b）所示），因此不再有制冷劑通過壓縮機，壓縮機輸出為0。這樣，由負載期和卸載期的時間平均便確定了壓縮機的總輸出平均容量。

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%）。

所謂“周期時間”包括“負載狀態”時間和“卸載狀態”時間。這兩個時間階段的組合決定壓縮機的容量調節。例如：在20s周期時間內，若負載狀態時間為10s，卸載狀態時間為10s，壓縮機調節量為(10s×100％+10s×0％)／20=50％。若在相同的周期時間內負載狀態時間為15s而卸載狀態時間為5s，則壓縮機調實量為75％，容量為負載狀態和卸載狀態時間平均的總和。通過改變負載狀態時間和卸載狀態時間，壓縮機就可以實現任意大小的容量（10％～100％）。周期時間的概念如圖2所示。

圖2周期時間的概念

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℃）。由于數碼渦旋系統可通過改變負載和卸載周期時間迅速將容量從100％降到10％（反之亦然0，所以它能比別的系統快得多地對系統需求地變化作出反應。

2．2優良的季節能效比

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

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。所以，在低容量情況下，離開壓縮機的油極少。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。試驗顯示壓縮機在最差的條件下，即100m配管長度，30m垂直落差且室內機、室外機位置可互換(有正常的回油彎)，負荷最低時都可以使潤滑油回到壓縮機。

2．4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關鍵，尤其是在低負荷運行時。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

大多數現行技術選用熱氣旁通和液體旁通裝置。因壓縮機不能達到極低的容量。所以需要這些旁通管保護裝置。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

據一項在上海及周邊地區的調查分析，多聯機、風管機、冷熱水機組、單元式機組分別占到此類市場的70％、13％、12％、5％。2004年上海市場多聯機市場容量在10億元左右?？梢院苊黠@地看出，多聯機已經明顯占據主導地位。

目前，國際上單冷媒多聯系統主要有變頻多聯系統和變容多聯系統。變頻多聯系統起步較早，而變容多聯系統是最新發展起來的高新技術，能夠很好地解決容量調節等問題，成為了單冷媒多聯系統的發展方向。

在室內機和室外機的外形方面，數碼變容多聯機和變頻多聯機沒有太大的不同，但在容量調節方面，兩者有本質的區別。變頻多聯機通過改變壓縮機的頻率來調節，而數碼變容多聯機則通過數碼變容壓縮機容量的改變來調節。數碼變容多聯機能夠滿足人們對空調任意調節、精確控制的要求，具有節能、舒適、噪聲低、使用靈活等一系列優點。

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。在節能技術方面主要采用的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。

3．1數碼渦旋壓縮機技術

數碼渦旋壓縮機實現容量調節的內部結構及過程前面已經作了詳細的介紹，這里不再說明。數碼渦旋壓縮機可以在10％和100％的范圍內，輸出任意大小的容量（無級輸出)。

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。

直接輸送制冷劑技術

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。

種類利用熱輸送冷量kJ/kg輸送100kW冷量時耗能

水顯熱20.1(△t=5℃)4.05

空氣顯熱10.1(△t=10℃)6.38

制冷劑潛熱2062.16

表1是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，見圖4(a)；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，見圖4(b)。△t的數值決定了電子膨脹閥的開度，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。

圖4電子膨脹閥控制過熱

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，通過圖5空調系統得到蒸發器進口和出口溫差，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5電子膨脹閥對制冷劑流量的控制

3．5風機調速技術

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見圖6，從圖不同機組的能效比比較可以看出，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%。表2的比較進一步說明了數碼多聯機組具有優良的節能潛力。

項目三星DVM系統冷水機組整體系統

能耗，kW44.2×0.8數碼渦旋壓縮機43×1.052.5×1.0

月能耗，kWh129061569519162

年能耗（一年運行6個月），kWh7743694170114972

一年費用，US￥557567808277

三年費用，US￥107262034024833

五年費用，US￥278773390041389

費用比較100％121％↑148％↑

表2運行費用比較

*熱負荷：104.67kW

*總面積：750㎡

*運行時間：夏季和冬季各運行三個月

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?；赜停褂煤唵危到y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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