數(shù)碼渦旋技術(shù)在vrv空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的分散式家庭空間建筑相比，小型家庭中央街道機(jī)槍具有能耗、舒適度、能量消耗方便、噪聲低、振動小等優(yōu)點。現(xiàn)在，主要是變動器制的流量（vv）。20世紀(jì)90年代我國開發(fā)的VRV空調(diào)系統(tǒng)大多參照日本的變頻控制方法,但90年代后期美國谷輪公司開發(fā)了數(shù)碼渦旋壓縮機(jī),并首先被大金用于VRV空調(diào)系統(tǒng)后,我國美的、海爾、新科等空調(diào)廠家這兩年也紛紛研制開發(fā)了數(shù)碼渦旋VRV空調(diào)系統(tǒng)。1壓縮機(jī)的關(guān)閉數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)是利用軸向“柔性”技術(shù),它的控制循環(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)運行,壓縮機(jī)像常規(guī)渦旋壓縮機(jī)一樣工作,傳遞全部容量,壓縮機(jī)輸出100%。卸載期間,由于壓縮機(jī)的柔性設(shè)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(jī),壓縮機(jī)輸出為0。這樣,由負(fù)載期和卸載期的時間平均便確定了壓縮機(jī)的總輸出平均容量。壓縮機(jī)這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是通過安裝在壓縮機(jī)上的電磁閥來控制。如圖1:一活塞安裝于頂部固定渦旋盤處,活塞的頂部有一調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)室和吸氣壓力。電磁閥處于常閉位置時,活塞上下側(cè)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(diào)節(jié)室內(nèi)的排氣被釋放至低壓吸氣管,導(dǎo)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(dǎo)致無制冷劑通過渦旋盤。當(dāng)外接電磁閥斷電時,壓縮機(jī)再次滿載,恢復(fù)壓縮操作。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)一個工作“周期時間”包括“負(fù)載狀態(tài)”時間和“卸載狀態(tài)”時間,這兩個時間的不同組合決定壓縮機(jī)的容量調(diào)節(jié)。通過改變這兩個時間,就可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的輸出容量(10%～100%)。2與頻率發(fā)生器相比，數(shù)字渦旋分辨率的特點2.1數(shù)碼渦流隨工況的變化規(guī)律(1)變頻壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)范圍只能在50%～130%,數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)是在10%～100%。(2)變頻壓縮機(jī)的容量輸出是通過變頻器分級控制,而數(shù)碼渦旋通過負(fù)載和卸載時間的改變控制,容量能迅速從100%轉(zhuǎn)換至10%(反之亦然),不需分步實現(xiàn),是屬于連續(xù)和無級的調(diào)節(jié)。(3)變頻壓縮機(jī)必須通過中間頻率,從低頻到高頻或反之的轉(zhuǎn)換過程中存在時間的滯后量,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷突然發(fā)生變化時,變頻系統(tǒng)無法立即響應(yīng)負(fù)荷的變動,使得室溫的波動較大。而數(shù)碼渦旋技術(shù)的無級調(diào)節(jié)和寬廣的調(diào)節(jié)范圍確保了室內(nèi)空氣溫度的精確控制。2.2數(shù)碼渦流壓縮機(jī)系統(tǒng)變頻控制系統(tǒng)容量調(diào)節(jié)范圍較窄,所以在變頻調(diào)節(jié)的同時一般采用熱氣旁通和液體旁通的方法來共同響應(yīng)負(fù)荷的變化。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)調(diào)節(jié)范圍廣,不需任何一種能量旁通手段,因而減少了該部分的控制系統(tǒng),同時其容量調(diào)節(jié)方法是通過機(jī)械活動達(dá)到,亦少了變頻器及變頻控制中復(fù)雜的電控部分,所以其電控系統(tǒng)較簡易。復(fù)雜的電子裝置既“嬌”也“貴”,減少了變頻器、變頻控制系統(tǒng)和旁通的控制系統(tǒng)等,增加了系統(tǒng)的可靠性,節(jié)省了成本。2.3回油系統(tǒng)設(shè)計變頻VRV系統(tǒng)在低頻時,制冷劑流速較低,回油困難,系統(tǒng)一般設(shè)計有油分離器和回油循環(huán)。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)由于在卸載期間沒有排出制冷劑,也就不存在回油的問題,而在負(fù)載時壓縮機(jī)是滿負(fù)荷運行,這時氣流的速度足以令潤滑油較充分地流回壓縮機(jī),所以數(shù)碼渦旋系統(tǒng)在任一容量輸出時回油均良好,是目前唯一不需油分離器和回油循環(huán)的系統(tǒng),相應(yīng)的控制系統(tǒng)也簡潔。目前有的廠家為確保系統(tǒng)更安全可靠,設(shè)計了一種集電子、機(jī)械控制為一體的油位控制器,用于監(jiān)控和保證壓縮機(jī)曲軸箱內(nèi)的正確油位,這使系統(tǒng)配管更自由,不因配管過長造成壓縮機(jī)回油不良而被燒毀,延長了系統(tǒng)的使用壽命?，F(xiàn)在數(shù)碼渦旋VRV系統(tǒng)的單一系統(tǒng)配管最長可達(dá)125米,室內(nèi)、外機(jī)之間可允許落差50米,上下層室內(nèi)機(jī)之間高度可達(dá)15米。2.4回油系統(tǒng)存儲定速空調(diào)系統(tǒng)和變頻空調(diào)系統(tǒng)大多設(shè)計有熱氣旁通和液體旁通裝置,而數(shù)碼渦旋系統(tǒng)因能使容量最低調(diào)至10%,無需這些旁通系統(tǒng),同時由于良好的回油特性,不需油分離器或(和)回油系統(tǒng)。這樣,制冷系統(tǒng)、回油系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的簡單化,使系統(tǒng)部件較變頻系統(tǒng)減少(如表1),裝置結(jié)構(gòu)簡單,提高了運行的安全性和可靠性,并為安裝和維護(hù)提供了方便。2.5高頻波系統(tǒng)受限安裝變頻器工作時會產(chǎn)生高頻諧波,會使供電系統(tǒng)的正弦電壓波形發(fā)生歪變,導(dǎo)致諸如:降低電網(wǎng)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(chǎn)生閃點、影響精密儀器的精度等不良后果,嚴(yán)重時甚至?xí)鸶唠娫O(shè)備發(fā)熱燒毀等危險。以歐洲為中心的許多地區(qū)都有嚴(yán)格限制高頻波的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(diào)。我國雖沒出臺有關(guān)的規(guī)定,但對電源干擾要求很高的精密實驗室、通訊機(jī)房、電站、電視臺等場合,變頻系統(tǒng)受限用。而數(shù)碼渦旋的負(fù)載和卸載只是一個簡單的機(jī)械運動,不會產(chǎn)生高次諧波,克服了對電網(wǎng)的干擾,擴(kuò)大了適用范圍。2.6數(shù)碼吸濕系統(tǒng)的運行特點圖2所示是5匹變頻空調(diào)和5匹數(shù)碼渦旋空調(diào)在不同容量時的蒸發(fā)溫度比較。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,整個運行階段平均蒸發(fā)溫度較高,而一般的空調(diào)系統(tǒng)多在部分負(fù)荷下運行,這就導(dǎo)致了除濕能力下降。而數(shù)碼系統(tǒng)無論在何種運行比例時,其負(fù)載運行時均是全負(fù)荷,所以如圖所示能在整個運行階段保持較低的蒸發(fā)溫度,尤其容量在40%至80%范圍內(nèi)(較常使用的容量區(qū)間),數(shù)碼渦旋體現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢,所以其顯熱比較少,除濕能力較強(qiáng),保證了高精度的濕度要求。數(shù)碼渦旋空調(diào)這種在低容量情況下能有效提供較好的濕度控制功能,對于相對濕度較高的地區(qū)及一些特殊場合尤為適用。3數(shù)碼渦流系統(tǒng)vrv空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用由于數(shù)碼渦旋系統(tǒng)在VRV空調(diào)系統(tǒng)具有上述這些獨特的優(yōu)點,目前我國的多個空調(diào)廠家紛紛把數(shù)碼渦旋系統(tǒng)應(yīng)用于VRV空調(diào)系統(tǒng)中。但在開發(fā)數(shù)碼渦旋VRV空調(diào)系統(tǒng)時,由于每個廠家的電氣控制、制冷系統(tǒng)、油系統(tǒng)等有所區(qū)別,產(chǎn)品的節(jié)能性、設(shè)備的簡易性及安全性,亦有所不同。在分析研究數(shù)碼渦旋技術(shù)在VRV空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用時,有以下幾個方面值得深思和探討。3.1數(shù)碼潮旋壓縮機(jī)的周期時間在VRV空調(diào)技術(shù)方面,日、美公司再度充當(dāng)了核心技術(shù)的控制者,在進(jìn)入商用空調(diào)初期,國內(nèi)家用空調(diào)企業(yè)分別選擇大金、東芝等日本企業(yè)的變頻空調(diào)技術(shù),2000年美國艾默生旗下的谷輪公司開發(fā)了數(shù)碼渦旋壓縮機(jī),并供應(yīng)亞洲市場,由于數(shù)碼技術(shù)具有的優(yōu)勢,我國幾大空調(diào)廠家在2002年前后開始與谷輪公司合作,大量購買谷輪公司的數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)及采用谷輪公司提供的技術(shù)。由于技術(shù)的保密性,國內(nèi)廠家難以明白一些技術(shù)設(shè)計的真實用意,更難以進(jìn)行深入的開發(fā)研制。如數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的周期時間,是數(shù)碼渦旋運行中的一個重要參數(shù),其相同的容量可用不同的周期時間而獲得,即同一容量比例,周期時間可以是多樣的,谷輪公司在10%至90%的容量比例,設(shè)計的周期時間是10秒至2秒,如表2所示,其間周期時間是呈曲線變化。我們只知周期時間過長(超過60秒)會影響潤滑油返回壓縮機(jī)的效果,但為何采用這樣的時間變化卻有待作更進(jìn)一步的研究。類似這樣的問題,一方面使國內(nèi)數(shù)碼空調(diào)價格難以下降,另一方面也制約了我們數(shù)碼渦旋技術(shù)的發(fā)展。3.2數(shù)碼潮旋壓縮機(jī)無線系統(tǒng)調(diào)溫控制目前我國的數(shù)碼渦旋VRV空調(diào)系統(tǒng),一般是采用一臺數(shù)碼壓縮機(jī)并聯(lián)合一臺或多臺定速渦旋壓縮機(jī)的啟停,在一個制冷系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行容量控制,以達(dá)到對室內(nèi)機(jī)的單獨和線性控制。如果是一個10匹數(shù)碼VRV空調(diào),是由一個5匹數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)和一個同功率的定速渦旋壓縮機(jī)并聯(lián)成一個室外機(jī)組合亦即一個模塊。如果這個10匹的數(shù)碼模塊與2至3個10匹的定速機(jī)模塊(每個定速機(jī)模塊是由兩臺5匹定速機(jī)組成)并聯(lián),便形成20匹或30匹機(jī)。由于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的最小容量是10%,那么10匹機(jī)的最少容量便是5%,20匹是2.5%,30匹是1.7%,于是便具有模塊越多最小容量越小的良好特點。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)屬于無級調(diào)節(jié),具有調(diào)溫迅速溫度波動小的優(yōu)點,但如果國內(nèi)廠家在開發(fā)VRV空調(diào)時,根據(jù)室內(nèi)總負(fù)荷而確定數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的運行容量時,控制系統(tǒng)設(shè)計為有級的容量調(diào)節(jié)方式,那么在容量的調(diào)節(jié)精度上便與變頻空調(diào)器的相仿。假設(shè)還是上述的組合形式,但5匹數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的容量調(diào)節(jié)劃分為10%、20%、30%等至100%共10級,那么在10匹機(jī)時就可分為20級,在20匹時可分為40級,30匹將是60級,這樣雖然最小容量如上述不變,但能量的調(diào)節(jié)出現(xiàn)了有級,并且隨著并聯(lián)臺數(shù)的減少而容量級數(shù)減少,控制精度減弱,這時便與變頻VRV非常相似,體現(xiàn)不出數(shù)碼渦旋技術(shù)在容量調(diào)節(jié)中控制精度乃至溫度精度的優(yōu)勢,所以廠家如果是在生產(chǎn)變頻VRV的基礎(chǔ)上開發(fā)數(shù)碼渦旋產(chǎn)品的,需注意這個問題。3.3數(shù)碼潮旋壓縮機(jī)的能效比變頻系統(tǒng)中,由于變頻壓縮機(jī)在交流直流變換器中將會有10%的損耗,加上馬達(dá)損耗約5%～10%,總變換損耗將達(dá)到15%～20%,同時,在變頻系統(tǒng)中由于需要注入大量的潤滑油,這些都使得變頻系統(tǒng)的能效比變得較低。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)無論是負(fù)載或卸載,電機(jī)始終運行,卸載時所耗功率約是負(fù)載的10%,此外,由于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的操作容量范圍很寬,它的啟停次數(shù)很少,這些使得數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)具有優(yōu)秀的能效比(EER),同時它在部分負(fù)荷運行時也具有良好的能效比。通過比較谷輪公司的各種型號數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的EER值發(fā)現(xiàn),無論是采用R22冷劑或R407C冷劑,所有型號的EER值都在3.0W/W以上,最高達(dá)到3.3W/W。圖3是韓國三星一個5匹數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)和一個5匹定速渦旋壓縮機(jī)組成的10匹VRV空調(diào)系統(tǒng)與兩家公司生產(chǎn)的變頻VRV在制冷和制熱情況下的能效比的比較。從圖中可以看到在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi),數(shù)碼渦旋都具有較好的能效比,在制冷狀態(tài),負(fù)荷在35%以上時,能效比大于變頻空調(diào),在制熱狀態(tài),負(fù)荷在30%至80%時能效比較佳,而這些區(qū)間正是空調(diào)使用較多的區(qū)域。從兩圖可以明顯知道,數(shù)碼渦旋在制冷情況時EER值更具優(yōu)勢。所以數(shù)碼渦旋的季節(jié)能耗比(SEER)值亦是較大,谷輪數(shù)碼渦旋技術(shù)按JIS&ARI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了評估,降低年能量消耗40%。但一個空調(diào)系統(tǒng)的能效比大小,不僅由壓縮機(jī)決定,而是由制冷系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等綜合因素決定,所以數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的出現(xiàn)只是提供了一個節(jié)能的平臺。如同數(shù)碼渦旋技術(shù)的無級調(diào)節(jié)能力一樣,若空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計為多級調(diào)節(jié),亦難體現(xiàn)這一技術(shù)的優(yōu)越性。3.4空調(diào)控制理論目前空調(diào)系統(tǒng)的主要研究熱點是節(jié)能性和舒適性,在評價熱舒適性方面過去是采用控制室內(nèi)溫度的單一的控制方式,現(xiàn)在評價空調(diào)環(huán)境的熱舒適方法有很多,其中有國際標(biāo)準(zhǔn)PMV指標(biāo)和SET*指標(biāo)。在一些國家和地區(qū)已研究以PMV或SET*值作為空調(diào)系統(tǒng)的控制目標(biāo);另一方面,目前控制理論的模糊控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制已大量被引進(jìn)空調(diào)控制領(lǐng)域,這些控制理論和技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)的運用,無疑使空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能、更舒適,但現(xiàn)時的變頻壓縮機(jī),在負(fù)荷適時調(diào)節(jié)方面,由于是有級調(diào)節(jié),并且從低級至更高級要經(jīng)過中間頻率,相鄰頻率的變化,亦有一個安全時間,這使得(1)運行容量的變化與負(fù)荷的變化間存在時間的滯后;(2)運行容量的調(diào)節(jié)精度小;同時低頻時除濕能力差等問題,這些令先進(jìn)的控制技術(shù)難以更好地體現(xiàn)。而目前數(shù)碼渦旋技術(shù)的有關(guān)優(yōu)勢在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用上為模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及熱舒適指標(biāo)等技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ),所以空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能和舒適性的提高是一個綜合問題。3.5數(shù)碼潮旋技術(shù)目前谷輪公司數(shù)碼渦旋系統(tǒng)應(yīng)用的是R22和R407C制冷劑,由于R410A具有系統(tǒng)能量效率好、TEWI指數(shù)高、熱轉(zhuǎn)換系數(shù)大、除濕效果好、熱泵性能好、傳熱性能佳、無溫度滑移現(xiàn)象、制冷劑充灌量小等優(yōu)點,所以該公司正把R410A開發(fā)應(yīng)用此項技術(shù)上。另外,數(shù)碼渦旋技術(shù)可擴(kuò)展至數(shù)碼渦旋EVI(增強(qiáng)噴汽增焓)技術(shù)的應(yīng)用,噴汽增焓是通過增強(qiáng)過冷而提高蒸發(fā)器容量,類似過冷器的一個雙級周期,但級間蒸汽被注入同一個壓縮機(jī)。因此可以看到傳統(tǒng)的增加排汽量是通過增加吸氣壓力,而噴汽增焓是通過中間壓力的增加而加大排氣量的,因而噴汽增焓