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

童相海

TONG Xiang-hai

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 211170）

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

On the digital scroll technology in air conditioning systems energy saving

童相海

TONG Xiang-hai

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 211170）

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，并闡述了其特點及節(jié)能機理，詳細(xì)說明了數(shù)碼渦旋技術(shù)在實際空調(diào)系統(tǒng)（本文針對多聯(lián)機系統(tǒng))中的應(yīng)用及節(jié)能措施。

變?nèi)萘考夹g(shù)；數(shù)碼渦旋；多聯(lián)機；節(jié)能

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，中央空調(diào)的應(yīng)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(diào)用電量已占其高峰用電量的20%以上，使得電力系統(tǒng)峰谷負(fù)荷差加大，電網(wǎng)負(fù)荷率下降，電網(wǎng)不得不實行拉閘限電，嚴(yán)重制約著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，給人們正常的生活帶來不少影響。本文將介紹一種新的變?nèi)萘考夹g(shù)—數(shù)碼渦旋技術(shù)及其應(yīng)用。

1 數(shù)碼渦旋壓縮機變?nèi)萘靠刂圃?/h2>

空調(diào)系統(tǒng)中的變?nèi)萘渴侵赣幸飧淖儥C組輸出容量以更好地匹配系統(tǒng)的制冷／制熱負(fù)荷的技術(shù)。要達(dá)到這一目的可以采用多種方式，包括使用數(shù)碼渦旋壓縮機、變頻技術(shù)、高溫氣體旁通等。甚至在空調(diào)系統(tǒng)中安裝多個壓縮機，分別將它們開啟／關(guān)閉以匹配系統(tǒng)負(fù)荷也是變?nèi)萘浚呛笳叩拇鷥r比較昂貴。

艾默生環(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。使得兩個渦旋盤在任何運行環(huán)境下緊密結(jié)合在一起，保證渦旋壓縮機有很高的能效比。數(shù)碼渦旋的運行就是建立在該原理基礎(chǔ)上的。

壓縮機這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)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(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，壓縮機再次滿載，恢復(fù)壓縮操作。數(shù)碼渦旋壓縮機一個工作“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)壓縮機的輸出容量（10%～100%）。

2 數(shù)碼渦旋技術(shù)的優(yōu)點

2.1 容量范圍廣、溫控精確、調(diào)溫快

數(shù)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(nèi)的輸出是連續(xù)的和無級的，與變頻技術(shù)的分級輸出容量相比是一大改進(jìn)。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(yōu)良的季節(jié)能效比

對于變?nèi)萘肯到y(tǒng)，某一點的能效比不能衡量整個系統(tǒng)。必須用季節(jié)能效比(SEER)來計算系統(tǒng)運行可節(jié)省的費用。以便全面了解全年運行系統(tǒng)中節(jié)省的能量。數(shù)碼渦旋壓縮機的性能經(jīng)過JIS和ARI的標(biāo)準(zhǔn)的評價，證明具有非常出色的SEER。大范圍的容量調(diào)節(jié)可以提高壓縮機的季節(jié)能效比。

2.3 良好的回油控制

回油是多蒸發(fā)器變?nèi)萘肯到y(tǒng)的一個主要問題。目前的技術(shù)是使用一個油分離器或一個復(fù)雜的回油循環(huán)或兩者結(jié)合來保證運行一段時間后仍具有正常的回油。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)。有兩個因素使回油容易。第一，油只在負(fù)載周期內(nèi)離開壓縮機。第二，由于壓縮機在負(fù)載周期內(nèi)滿負(fù)荷運行，負(fù)載周期內(nèi)的氣體速度足以使油回至壓縮機。

2.4 卓越的除濕性能

數(shù)碼渦旋壓縮機提供了非常好的除濕性，因為它與變頻系統(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)時壓縮機全負(fù)荷運行，全負(fù)荷運行將導(dǎo)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(shù)碼渦旋系統(tǒng)產(chǎn)生非常小的電磁干擾，因為渦旋盤的負(fù)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(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易性。

2.6 無需制冷劑旁通

數(shù)碼渦旋系統(tǒng)能使容量低至10%，所以無需這些旁通管，因而節(jié)省了開支并使系統(tǒng)簡化。

3 數(shù)碼渦旋技術(shù)在多聯(lián)機中的應(yīng)用及節(jié)能措施

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。

3.1 數(shù)碼渦旋壓縮機技術(shù)

谷輪數(shù)碼渦旋技術(shù)的長處在于其固有的簡易性。常規(guī)的谷輪渦旋技術(shù)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(jìn)行工作。該力使得兩個渦旋盤在任何運行環(huán)境下緊密結(jié)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(shù)

對容量稍大的機組采用兩個壓縮機（一個數(shù)碼變?nèi)轀u旋壓縮機，一個定容渦旋壓縮機)。采用兩臺壓縮機并聯(lián)，有以下優(yōu)點：1）有效的容量控制，小于數(shù)碼渦旋壓縮機的容量時，只需啟動數(shù)碼渦旋壓縮機，大于數(shù)碼渦旋壓縮機的容量時，啟動定容渦旋壓縮機和數(shù)碼渦旋壓縮機；2）提高可靠性，較單臺大壓縮機停開次數(shù)減少；3）啟動負(fù)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(tǒng)和雙壓縮機系統(tǒng)的比較

3.3 直接輸送制冷劑技術(shù)

VRV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。表1是幾種傳熱介質(zhì)性能比較表。

表1 幾種傳熱介質(zhì)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(zhì)，所需的輸送系統(tǒng)耗能僅為室內(nèi)風(fēng)機所耗的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)空氣這一中間過程，減少了一個能量傳遞環(huán)節(jié)，從熱量傳遞的網(wǎng)絡(luò)圖上看就是減少了一項傳熱熱阻，當(dāng)然也就減少了能量的損耗。

3.4 制冷劑的智能分配技術(shù)

數(shù)碼變?nèi)萘繅嚎s機加電子膨脹閥組成的制冷系統(tǒng)，可實現(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。通過電子膨脹閥的制冷劑流量由以下兩個因素決定：1）蒸發(fā)器進(jìn)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)電子膨脹閥是一個反饋元件。在使用電子膨脹閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時，一般有以下兩種方法：一是控制蒸發(fā)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(fā)器出口處的壓力p2和溫度t2，p2為蒸發(fā)壓力pe，換算pe對應(yīng)的制冷劑飽和溫度即蒸發(fā)溫度te，再計算溫差△t=t2-te，將其作為控制參數(shù)；另一種情況是用兩只溫度傳感器分別檢測制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)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(shù)，即控制過熱度，通過電子膨脹閥的調(diào)節(jié)使蒸發(fā)器始終保持最佳狀態(tài)。

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(diào)整至最佳，通過空調(diào)系統(tǒng)得到蒸發(fā)器進(jìn)口和出口溫差(如圖2所示)，再加上室溫和設(shè)定溫度的溫差，計算出過熱量和室溫狀態(tài)，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(xiàn)制冷劑在各室內(nèi)機蒸發(fā)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(fēng)機調(diào)速技術(shù)

大量的統(tǒng)計資料表明，在大部分建筑物中，機組實際運行負(fù)荷為50%的時間長達(dá)一半，即在按照設(shè)計負(fù)荷設(shè)計的建筑物空調(diào)中，其滿負(fù)荷運行的時間很短。數(shù)碼多聯(lián)機組可以實現(xiàn)能量10%～100%范圍內(nèi)的無級變換，隨著室內(nèi)負(fù)荷的降低，室外冷凝器的能力變得很大，為實現(xiàn)節(jié)能和系統(tǒng)的合理匹配，室外換熱器的風(fēng)機采用調(diào)速技術(shù)。

4 節(jié)能效果分析

4.1 能效比

數(shù)碼多聯(lián)機組由于采用了數(shù)碼渦旋壓縮機等新技術(shù)措施，系統(tǒng)具有很高的部分負(fù)荷能效比.

三星某數(shù)碼多聯(lián)機組能效比的測試結(jié)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(diào)系統(tǒng)的能效比都要高于傳統(tǒng)的整體空調(diào)系統(tǒng)。

4.2 運行費用

數(shù)碼多聯(lián)機組具有高能效比和高季節(jié)能效比，系統(tǒng)運行時可以大幅度節(jié)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(shù)碼多聯(lián)機組可以節(jié)約費用21%，與整體系統(tǒng)相比，數(shù)碼多聯(lián)機組可以節(jié)約費用48%。

5 結(jié)論

1）數(shù)碼多聯(lián)機具有節(jié)能、舒適等一系列優(yōu)點，是中央空調(diào)的一個很有潛力的發(fā)展方向。

2）容量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在市場上的需求正呈現(xiàn)出快速增長的勢頭，數(shù)碼渦旋是這一領(lǐng)域內(nèi)一個很好的選擇。數(shù)碼渦旋系統(tǒng)提供了獨特的優(yōu)點，低負(fù)荷時更好的除濕性能，寬容量調(diào)節(jié)范圍，長連管也能保證正常回油，使用簡單，系統(tǒng)元件少，沒有電磁干擾問題，因此，谷輪數(shù)碼渦旋技術(shù)能設(shè)計出可靠、節(jié)能、簡單的空調(diào)系統(tǒng)。

3）數(shù)碼多聯(lián)機采用了數(shù)碼變?nèi)轀u旋壓縮機技術(shù)、雙壓縮機技術(shù)、制冷劑直接輸送技術(shù)、制冷劑的智能分配技術(shù)、風(fēng)機調(diào)速技術(shù)等多項節(jié)能技術(shù)，具有高能效比、節(jié)能的特點。與水系統(tǒng)比較，可節(jié)約運行費用20%與傳統(tǒng)整體系統(tǒng)比較，可節(jié)約運行費用48% 。

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TH166

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1009-0134(2010)11(下)-0191-03

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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。