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(diǎn)及節(jié)能機(jī)理，詳細(xì)說明了數(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。

變?nèi)萘考夹g(shù)；數(shù)碼渦旋；多聯(lián)機(jī)；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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)、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(gè)壓縮機(jī)，分別將它們開啟／關(guān)閉以匹配系統(tǒng)負(fù)荷也是變?nèi)萘?，但是后者的代價(jià)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(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)碼渦旋的運(yùn)行就是建立在該原理基礎(chǔ)上的。

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。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(shí)，活塞上下側(cè)的壓力為排氣壓力，一彈簧力確保兩個(gè)渦旋盤共同加載。電磁閥通電時(shí)，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(dòng)了頂部的渦旋盤上移，該動(dòng)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(shí)，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(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%）。

2 數(shù)碼渦旋技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 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)。提供無級(jí)的容量輸出的同時(shí)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(duì)于變?nèi)萘肯到y(tǒng)，某一點(diǎn)的能效比不能衡量整個(gè)系統(tǒng)。必須用季節(jié)能效比(SEER)來計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行可節(jié)省的費(fèi)用。以便全面了解全年運(yùn)行系統(tǒng)中節(jié)省的能量。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的性能經(jīng)過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。

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(gè)主要問題。目前的技術(shù)是使用一個(gè)油分離器或一個(gè)復(fù)雜的回油循環(huán)或兩者結(jié)合來保證運(yùn)行一段時(shí)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(gè)因素使回油容易。第一，油只在負(fù)載周期內(nèi)離開壓縮機(jī)。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)。

2.4 卓越的除濕性能

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。

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?yàn)闇u旋盤的負(fù)載和卸載只是一個(gè)簡單的機(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(jī)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(jī)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(dú)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(dòng)，確保渦旋盤始終以最佳的力進(jìn)行工作。該力使得兩個(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。

3.2 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；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)。

圖1 單壓縮機(jī)系統(tǒng)和雙壓縮機(jī)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(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(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。

3.4 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)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(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)；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(jì)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(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(jì)算出過熱量和室溫狀態(tài)，然后啟動(dòng)閥門來控制制冷劑流量。通過對(duì)電子膨脹閥開度的控制可以實(shí)現(xiàn)制冷劑在各室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的智能分配。

圖2 電子膨脹閥對(duì)制冷劑流量的控制

3.5 風(fēng)機(jī)調(diào)速技術(shù)

大量的統(tǒng)計(jì)資料表明，在大部分建筑物中，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為50%的時(shí)間長達(dá)一半，即在按照設(shè)計(jì)負(fù)荷設(shè)計(jì)的建筑物空調(diào)中，其滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間很短。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

4.1 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)具有很高的部分負(fù)荷能效比.

三星某數(shù)碼多聯(lián)機(jī)組能效比的測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同機(jī)組的能效比比較

從圖3可以看出，在整個(gè)運(yùn)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(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%。

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)在市場上的需求正呈現(xiàn)出快速增長的勢(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)提供了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，低負(fù)荷時(shí)更好的除濕性能，寬容量調(diào)節(jié)范圍，長連管也能保證正?；赜?，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(jì)出可靠、節(jié)能、簡單的空調(diào)系統(tǒng)。

3）數(shù)碼多聯(lián)機(jī)采用了數(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)等多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，具有高能效比、節(jié)能的特點(diǎn)。與水系統(tǒng)比較，可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用20%與傳統(tǒng)整體系統(tǒng)比較，可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用48% 。

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TH166

A

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(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。