數碼渦旋技術介紹.doc

TVR變容量多聯空調系統(tǒng)一、 TVR產品介紹及工程業(yè)績 變頻技術起源于20世紀60年代，以日本的“大金”為主要代表，經過20幾年的發(fā)展，21世紀初進入中國市場。變頻技術主要通過改變輸入壓縮機的電頻率來改變壓縮機轉速來進行容量調節(jié)。當今全封閉變頻壓縮機的變頻調節(jié)有交流變頻和直流變頻兩種方式。交流變頻壓縮機一般指壓縮機動力采用交流異步電機，由變頻器向電動機定子側線圈提供三相交流電流、產生回轉磁場,從而在轉子側產生了二次電流, 因回轉磁場和二次電流產生的電磁作用而產生回轉。直流變頻壓縮機一般指壓縮機動力采用直流無刷電機，工作時,定子通入脈沖直流電,產生旋轉磁場與轉子永久磁鐵的磁場相互作用,產生所需的轉矩,達到一定轉速5。變頻壓縮機調控過程平穩(wěn)，軟啟動，軟停止，對電網的沖擊力小。變頻技術調控裝置復雜，生產制造成本較高，廠家進入門檻高，沒有一定的開發(fā)背景實力是很難掌握的。 數碼渦旋技術是谷輪公司于2001年8月推向市場的一種壓縮機變容量技術，主要利用軸向“柔性”技術，其控制循環(huán)周期包括一段“負載期”和一段“卸載期”，其核心技術為吸氣冷卻方式渦旋壓縮機的一對渦盤，上方的靜盤頂部有一氣腔，該氣腔通過一帶電磁閥的旁通管同壓縮機的吸氣低壓腔相聯，當電磁閥處于導通位置，靜盤頂部氣腔為低壓狀態(tài)，此時壓縮機工作時靜盤由于壓力作用上移1MM，動盤和靜盤之間不能形成有效的壓縮腔，此時的壓縮為無效壓縮，亦稱空壓縮，壓縮機此時不能吸排氣，輸入電流為額定值的10%，當旁通管電磁閥處于關閉狀態(tài)時，靜盤上方氣腔瞬間變?yōu)楦邏?，在重力的作用下，靜盤下移1MM，同動盤密切配合，此時壓縮為滿負荷壓縮，亦稱有效壓縮，為壓縮機的額定吸排氣量，此時輸入電流為額定值的100，調節(jié)旁通管電磁閥通斷的時間比值，就可以連續(xù)調節(jié)壓縮機的吸排氣量，近而調節(jié)壓縮機的容量。這種壓縮機容量調節(jié)方式的優(yōu)點是控制方式簡單。數碼渦旋技術由于開發(fā)時間短，應用于空調領域不過5年左右時間，還沒有足夠的可靠運行經驗。數碼渦旋的工作方式為瞬間加載與卸載，對電網沖擊較大。 由于變頻渦旋壓縮機與數碼渦旋壓縮機在工作原理和結構上的區(qū)別，變頻空調與數碼空調系統(tǒng)有各自不同的應用前景：變頻渦旋壓縮機可用于一拖一、一拖二、低溫熱泵、多聯機組等多種空調機組中，數碼壓縮機由于其功率范圍而主要應用于多聯機組中。由于兩種壓縮機都主要應用于多聯空調機組中，本文主要針對兩種多聯機組的運行范圍及調節(jié)性能、能效比、啟動及運行特性、回油、電磁干擾、可靠性等方面詳細分析了各自的優(yōu)勢和不足。針對各自系統(tǒng)的不足，變頻技術應著重解決低頻時提升能效比、電磁干擾等方面的問題，而數碼技術應重點解決如何減少壓縮機啟動電流大以及運行時系統(tǒng)內壓力波動等問題 。1. 數碼渦旋技術介紹1) 數碼渦旋壓縮機技術數碼渦旋技術的美妙之處在于其內在的簡約。標準的谷輪渦旋有一個獨特的特征用非常小的軸向力確保固定渦旋和旋轉渦旋總能以最佳作用力加載在一起。這個最佳作用力使兩個渦旋在任何工作條件下能始終結合在一起，從而保證谷輪渦旋的高效運作。數碼渦旋的運行就是建立在這樣的基礎上。右圖說明了數碼渦旋的物理 硬件環(huán)境。活塞被固定在渦旋頂部，以保證當它向上運行時，上部的渦旋也能跟著向上運動。在活塞上部有一個調節(jié)小室，它通過直徑達0.6mm的排氣孔調節(jié)排氣壓力。外部電磁閥將調節(jié)小室與進氣端壓力相聯系。電磁閥正常情況應處于閉合位置，活塞兩邊的壓力為排氣壓力，彈性力保證了兩個渦旋始終加載在一起。當電磁閥通電時，調節(jié)小室中的排氣就被低壓卸載了。于是，活塞上移，上部的渦旋也跟著上移。最后，兩個渦旋分離，并且中間沒有氣流流經。外部電磁閥消電后再次使壓縮機滿載，恢復壓縮過程。值得注意的是，上部的渦旋移動非常小僅1.0mm，因此，從高處流向低處的高壓氣體非常少。數碼渦旋的運作有兩個階段“負載狀態(tài)”，即電磁閥關閉時，以及“卸載狀態(tài)”，即電磁閥開啟時。在加載狀態(tài)期間，壓縮機如同一個標準的渦旋運作，傳遞全容量和質量流量。卸載狀態(tài)則沒有容量和質量流量流經壓縮器。數碼渦旋的兩種狀態(tài)在下圖中說明。數碼渦旋壓縮機運行的周期時間是“負載狀態(tài)”時間與“卸載狀態(tài)”時間之和。這兩段時間的持續(xù)長度決定了壓縮機如何進行容量調整。例如：為時20秒的周期時間，如果負載狀態(tài)時間為10秒，卸載時間也為10秒，那么壓縮機的模數即為（10秒 x 100% + 10 秒 x 0%） / 20 = 50%。如果周期時間相同，負載狀態(tài)時間為15秒，卸載狀態(tài)時間為5秒，那么壓縮機的模數為75%。容量就是通過負載狀態(tài)和卸載狀態(tài)的平均時間之和計算出來的。隨著負載狀態(tài)時間的不同，壓縮機可以傳送10%-100%間的任一容量。2) 數碼渦旋技術的特點 容量調節(jié)范圍廣數碼渦旋壓縮機的運行容量范圍是10%至100%，為業(yè)內最大范圍。壓縮機的啟動及停止需要使用大量電力，并對壓縮機的元件造成很大的壓力。擁有范圍較廣的容量，壓縮機的啟動-停止次數能夠減少，由此功效增加，系統(tǒng)壽命延長。此外，數碼渦旋還可以實現該范圍內的無級變容，確保對室溫進行嚴格精確的控制。這對其他變容量技術來說是一大進步，因為那些技術僅能分級調節(jié)容量的輸出，而且容量范圍也較小。例如，變頻技術在其間斷性的階段容量范圍僅可達到35-100%。 舒適性好數碼渦旋以多種方式提高了舒適度，其中之一便是通過迅速無級地調節(jié)容量來精確地控制溫度。事實上，數碼渦旋能夠使溫度波動控制在0.5C之間，由此確保用戶始終置身于舒適的溫度環(huán)境中。 除了能夠精確控制溫度之外，數碼渦旋還可以其獨特的變容方式迅速為房間制冷和制熱。由于容量是通過改變短循環(huán)期內的負載和空載時間來進行調節(jié)的，因此數碼渦旋可迅速從一個輸出容量變換到另一個輸出容量（如直接從10%的容量變換到100%），從而迅速為房間制冷或制熱。其他技術無法與之相媲美，不能如此迅速地改變容量。例如，變頻技術需要逐步改變電機的頻率以避免損害，因此無法迅速改變容量。可見數碼渦旋能夠比其他技術在更短的時間內創(chuàng)造一個更為舒適的環(huán)境。 舒適度同樣受到室內濕度的影響，濕度太高會使用戶產生不適感。在這一方面，數碼渦旋就能提供更大的舒適感，因為它在較低的蒸發(fā)溫度下運行，具備卓越的除濕功能。 無電磁干擾不同于變速壓縮機技術，數碼渦旋的電機可以在整個運行范圍中以恒定的速度運行。歸因于這一設計，產生的電磁干擾可以忽略不計，由此增加了其他鄰近電器設備的保真度，如音響設備或敏感控制系統(tǒng)等。這一獨特性能增強了數碼渦旋的可靠性和實用性，并使您不再需要為確保電磁兼容而購買昂貴的消電磁電子元件。數碼渦旋技術的這一獨特性能也可延伸至工業(yè)用途場所：如擁有敏感設備的行業(yè)，如機場、鐵路、電視臺和電信等通訊行業(yè)，從此無需再為電磁干擾或損壞而煩惱。 可靠性高數碼渦旋的亮點在于其內在的簡約，這為其帶來高度可靠性。諸多變容量技術，尤其是變頻技術，使用復雜的電子控制件和連接管道系統(tǒng)。這種復雜性給質量控制和維護帶來諸多困難，而數碼渦旋則以其簡約設計避免了這些問題。數碼渦旋的系統(tǒng)零部件較少，又沒有復雜的電子控制件，因此易于使用，增加了可靠性并簡化了維護工作。這對中央空調來說是一個至關重要的優(yōu)勢，因為用戶期望其較高的初始投入和復雜的安裝能夠換來高度的可靠性及簡單的維護。 能效比高采用變頻壓縮機的多聯機由于變頻器的損失大約占機組總功耗的15%，這樣就降低了系統(tǒng)的COP。當室內的總容量要求低時（如10%、20%或30%），變頻系統(tǒng)還必須使用制冷劑的熱氣旁通進行容量調節(jié)。由于制冷劑的熱氣旁通，能量會有損耗，系統(tǒng)的COP降低。數碼渦旋多聯機組因為沒有變頻器損失，同樣也沒有制冷劑的熱氣旁通，因此在10%到100%負荷范圍內，COP性能良好?？蛰d時的能量損耗很低（僅為10%），這也使得數碼渦旋在部分負荷的情況下COP也會更高。 回油性能變頻機組：當冷負荷低時，因為變頻壓縮機轉速很低，回油難度提高。因此，回氣的低流速就造成了回油因難。為解決這個問題，變頻系統(tǒng)在每隔一段時間的運行后必須加入許多的回油循環(huán)。這對于容量越大的室外機組來說更加明顯，因為回氣管徑很大，在部分負荷情況下回氣速度很低。因此需要更頻繁的回油循環(huán)，并消耗更多電力。數碼渦旋機組：回油性好，在每一個循環(huán)周期（如20s）中，還是有幾秒鐘的滿負荷運行狀態(tài)。這使得回氣的速度成波狀起伏，因此回油較好。同時，在每個空載期內，壓縮機中無排氣，所以此時無潤滑油排出。3) 數碼渦旋技術與變頻技術比較1.1工作原理1.1.1變頻：壓縮機的容量是通過變頻壓縮機馬達的轉速改變的。當室內負荷要求提高時，壓縮機馬達的頻率隨之增大，從而導致馬達轉速更快，容量更高。同樣地，當室內負荷要求隨之降低時，壓縮機的頻率減小，從而使容量降低。1.1.2數碼渦旋:壓縮機容量是通過渦旋盤的周期性嚙合與脫開來改變的。當外部電磁閥關閉時，數碼渦旋象標準型壓縮機一樣工作，容量達到100%，當外部電磁閥打開時，兩個渦旋稍微脫離。此時壓縮機無制冷劑被壓縮，從而也無容量輸出。以一個20s的循環(huán)周期為例，如果PWM閥（數碼渦旋無級能量調節(jié)閥）關閉（渦旋盤加載）2s，打開（卸載）18s，其容量輸出就是10%；如果PWM閥關閉10s，打開10s，其容量輸出就是50%；如果PWM閥關閉20s，其容量輸出就是100%。加載時間占循環(huán)周期的比例可以在10%到100%范圍內任意改變，從而引起輸出容量的改變。1.2容量輸出1.2.1變頻壓縮機的工作頻率級別范圍在30赫茲到117赫茲間，調節(jié)范圍在50%-130%之間。以一臺10P的變頻室外機為例,內部有兩個5P壓縮機，一臺為普通的定速控制，一臺為變頻控制.。當負荷在5P以下時，變頻壓縮機啟動并根據容量大小變化調節(jié)其輸出量。當負荷逐漸增大到5P以上時，定速壓縮機全負荷運轉，變頻壓縮機僅輸出其不足部分。當負荷在10P以上時，室外機為幾臺8P或10P模塊并聯而成，僅有一臺變頻室外機，其它的室外機內均為定速壓縮機。這樣，當5P壓縮機的最小容量級別為25%時，10P的最小容量級別則為12.5%，20P則為6.25%，即存在模塊越多，其最小容量級別越小的特點。但其負荷可調容量級別是有限的，其輸出是間斷的。而且，當室內負荷突然從小變大時，壓縮機的頻率增加需要經過中間過渡段。這就意味著，當室內負荷需求變化時，壓縮機則要對新的負荷有一段響應的時間。1.2.2數碼渦旋的輸出在10%到100%之間。由于通過改變加載時間的比例即可改變壓縮機輸出，從而實現了連續(xù)的容量輸出，即無級輸出。由于提供了連續(xù)的容量輸出，壓縮機能夠更精確的控制室內溫度，并且更加節(jié)能。1.3能效比/COP1.3.1變頻:變頻器的損失大約占功耗的15%，這樣就降低了系統(tǒng)的COP。當室內的總容量要求低時（如10%、20%或30%），變頻系統(tǒng)必須使用制冷劑的熱氣旁通進行容量調節(jié)。在室內的總容量要求較低的情況下，由于制冷劑的熱氣旁通，能量會有損耗，系統(tǒng)的COP降低。1.3.2數碼渦旋:沒有變頻器損失，同樣也沒有制冷劑的熱氣旁通，因此在10%到100%負荷范圍內，COP性能良好?？蛰d時的能量損耗很低（僅為10%），這也使得數碼渦旋在部分負荷的情況下COP也會更高。1.4綜合部分負荷系數IPLV1.4.1變頻:COP系數表示的是機組滿負荷運行時的性能。而實際工況中，空調機在制冷或制熱時往往是在部分負荷下工作的。美國制冷空調學會提出了計算IPLV的計算公式：IPLV0.17A+0.39B+0.33C+0.11D(kW/kW)式中A、B、C、D分別為100%、75%、50%、25%負荷時機組的性能系數COP（或EER）。由于變頻系統(tǒng)在低容量時轉為旁通控制，IPLV因此降低。1.4.2數碼渦旋:由于沒有制冷劑的熱氣旁通，同時沒有變頻器損失，數碼渦旋系統(tǒng)的IPLV性能良好。1.5室內溫度控制1.5.1變頻:室溫控制一般。在長時間運行后，室內溫度趨于穩(wěn)定并接近設定溫度。但是如果需要一個新的容量變化（如在同一個制冷系統(tǒng)中多開了幾臺室內機），變頻器控制就需要逐漸地提高頻率，在此過渡期室內溫度控制不穩(wěn)定。1.5.2數碼渦旋:室溫控制優(yōu)良。在整個運行范圍中（10%-100%），數碼渦旋壓縮機能夠實現連續(xù)、無級的容量調節(jié)。如果需要一個新的容量變化（如在同一個制冷系統(tǒng)中多開了幾臺室內機），壓縮機的輸出容量能迅速地從一個比例調節(jié)到另一個比例。數碼渦旋壓縮機使得系統(tǒng)能夠對負荷變化作出更迅速的反應。1.6除濕性能1.6.1變頻:在悶熱的梅雨季節(jié)，冷負荷可能會很低.這種情況下，變頻壓縮機的轉速會很低，回氣的速度也會很低。這樣就造成了較高的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度。因此，此時的除濕能力降低。1.6.2數碼渦旋:在悶熱的梅雨季節(jié)，盡管冷負荷可能會很低。在每一個循環(huán)（如10s）中，還是有幾秒鐘的滿負荷運行狀態(tài)。使得回氣的速度成波狀起伏，這使得平均蒸發(fā)壓力和溫度更低，除濕性能更佳。1.7回油性能1.7.1變頻:當冷負荷低時，回油難度提高，因為變頻壓縮機轉速很低。因此，回氣的低速就造成了回油因難。為解決這個問題，變頻系統(tǒng)在每隔一段時間的運行后必須加入許多的回油循環(huán)。這對于容量越大的室外機組來說更加明顯，因為回氣管徑很大，在部分負荷情況下回氣速度很低。因此需要更頻繁的回油循環(huán)，并消耗更多電力。系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。室外機的PCB（印刷電路板）和管路十分復雜。PCB包括成千上萬個部件，管路呈迷宮狀，包括油分離器、旁通回路等。變頻器控制板產生大量的發(fā)熱，夏季容易燒毀。1.7.2數碼渦旋:回油性好，在每一個循環(huán)（如10s）中，還是有幾秒鐘的滿負荷運行狀態(tài)。這使得回氣的速度成波狀起伏，因此回油較好。同時，在每個空載期內，壓縮機中無排氣，所以此時無潤滑油排出。運行壽命長。室外機的PCB和管路與變頻多聯系統(tǒng)相比，顯得極為簡單無旁通回路。一個PCB就足夠了。1.8環(huán)保1.8.1變頻:不符合EMC（電磁兼容）要求。變頻控制器會產生高次諧波，造成一些問題，如變壓器/電容器過熱、精密儀器的精度降低以及干擾電視信號、移動信號和地鐵站信號的傳送等。為解決電磁干擾問題，室外機/室內機都需添加噪音過濾器或扼流圈，從而提高了系統(tǒng)的造價。1.8.2數碼渦旋:符合EMC電磁兼容要求，無變頻系統(tǒng)產生的高次諧波等帶來的一系列問題。2.1結論變頻技術與數碼渦旋技術是可變制冷劑流量空調系統(tǒng)中目前采用的兩種典型技術。變頻技術出現較早，目前在工程中運用較多。數碼渦旋技術出現相對較晚，其本身有著不同于變頻技術的特點。以上從工作原理、能效比、綜合部分負荷系數等方面對這兩種技術進行了分析和比較，指出了變頻技術與數碼渦旋技術的異同點，對于正確設計和運用這兩種空調系統(tǒng)形式，具有一定的參考價值。TVR系列采用了更新的變容量技術-數碼渦旋技術，摒棄的變轉速技術中的電磁干擾源-變頻器，采用負載與卸載交替控制技術，杜絕了產生大量高次諧波的可能性。而且，當安裝數量較多的設備時，因設備產生干擾波疊加而引起電磁干擾加強以致影響其它設備正常運作的風險也大大降低，給生活、工作、科研、醫(yī)療、航空等帶來更健康、更安全的環(huán)境保障。據有關研究表明，電磁干擾對信號發(fā)射接收設備、程控交換設備、精密儀器、音響影響設備、醫(yī)療成像設備、航空導航等產生不利影響，甚至影響人體健康。3.1 技術對比表比較項目變頻中央空調系統(tǒng)TVR中央空調系統(tǒng)運行原理通過改變電源的頻率來控制壓縮機轉子的速度，從而達到控制容量輸出的目的。通過控制壓縮機定渦旋盤和動渦旋盤的嚙合和分離的時間來達到控制容量輸出的目的。容量調節(jié)范圍5013010100容量輸出方式分級輸出無級輸出運轉極限制冷043,制熱-1515.5制冷048,制熱-1516健康抗菌性能室內機僅采用一般蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器在潮濕環(huán)境下，容易滋生細菌和病毒，長時間不用還會產生異味，影響室內環(huán)境的清潔。所有室內機均采用處理過的抗菌蒸發(fā)器和抗菌濾片，各種細菌和病毒不能在內部繁殖，可以有效的保護室內環(huán)境的清潔。 對其他設備的干擾 變頻多聯中央空調系統(tǒng)由于采用變頻手段調節(jié)容量，在變頻時會產生很強的電磁干擾，對精密儀器和電子設備都會產生影響。采用了PWM(脈沖寬度調節(jié)）技術的數碼渦旋壓縮機，只產生非常小的電磁干擾，對精密儀器和電子設備不會產生影響，大大提高了設備的安全性