多联数码涡旋与直流变频的对比

1、数码涡旋与直流变频的对比目前可变冷媒流量空调系统在实际工程中得到了广泛的应用,各大空调厂家纷纷推出相应的产品。在目前国内多联机产品中，基本都采用涡旋压缩机，压缩机中有动盘和静盘，涡盘型线经过精心设计，系统排气不需要阀门，余隙容积小，能效比较高。多联机的重要特性是可以根据用户的需求调节容量输出，在容量调节方面，主要分两条技术路线，一种是“变频”技术，另外一种是“数码涡旋”技术。20世纪90年代我国从日本引进变频技术，经过更新换代，目前的主流变频产品是直流变频系统，以日系空调为主，国内采用该技术的代表厂家主要有大金、三菱机电、三菱重工、日立、三菱重工（海尔）、美的、海信、海尔等。在21世纪初，美国

2、EMERSON环境公司将其最先进的COPELAND(谷轮)系列数码涡旋压缩机引入中国，目前采用数码涡旋技术的中央空调代表厂家主要是美系品牌如开利、特灵、约克、麦克维尔等。 “变频”（包括直流变频） 与“数码涡旋”是两种不同的技术路线，在压缩机结构、系统电控系统、控制逻辑等方面具有一定的差异。1.两种技术的概述1.1 变频（包括直流变频）压缩机的动盘与静盘始终保持啮合，压缩机的容量是通过变频压缩机马达的转速改变的。当室内负荷要求提高时，压缩机马达的频率随之增大，马达转速更快，容量输出更高。同样地，当室内负荷要求随之降低时，压缩机的频率减小，从而使容量输出降低。1.2 数码涡旋数码涡旋压缩机利用轴

3、向“柔性”技术实现变容量控制压缩机能量输出的数值化，其工作状态由100%能力输出和0%输出组成，分别称其为1状态(100%)和0状态(0%)。这种1与0交错的容量调节方式与电子产品中的数码1和0的数据表达方式类似，因此被称为“数码涡旋”技术。图1 数码涡旋压缩机调节部分结构示意图具体方法是通过调整静涡盘和动涡盘的轴向间隙实现0和1的转变。1状态时，动静涡盘处于正常设计位置，此时压缩机全负荷工作；0状态时，PWM电磁阀开启，使调节腔与回气旁通，动涡盘和静涡盘处于轴向分离状态，由于无气体压缩，故压缩机排气量为0，此时压缩机静功和制冷量很小。这样通过0状态和1状态的时间长度（占空比）调整，实现压缩机

4、排气量的积分连续调节。图2 压缩机负载卸载占空比以一个周期20秒为例，如图2所示，当压缩机输出10%能力时，负载卸载时间分别为2秒和18秒；当压缩机输出为50%时，负载卸载时间分别为10秒和10秒；当压缩机输出为100%时，负载时间为20秒，无卸载。2.调节技术的对比参数数码涡旋变频技术（直流变频）工作原理压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的。当外部电磁阀关闭时，数码涡旋象标准型压缩机一样工作，容量达到100%。当外部电磁阀打开时，两个涡旋盘稍微脱离。此时压缩机无制冷剂被压缩，从而也无容量输出。所以，在一个10秒钟的循环中，如果涡盘加载2秒钟，卸载8秒钟，其平均时间容量就是20%。

5、加载时间占循环周期的比例可以在10%到100%输出容量的范围内任意改变。压缩的容量是通过压缩机马达的转速来改变的。当室内负荷要求提高时，压缩机马达的频率随之增大，从而导致马达转速更快，容量更高。同样地，当室内负荷要求随之降低时，压缩的频率减小，从而使容量降低。容量输出数码涡旋的输出在10%到100%之间。由于通过改变加载时间的比例即可改变压缩机输出，从面实现了连续的容量输出，即无级输出。由于提供了连续的容量输出，压缩机能够更精确地控制室内温度，并且更加节能。变频压缩机的工作频率级别范围在30HZ至117HZ间。压缩机以有限的容量级别运转（例：21级），所以容量输出是间断的。而且，当室内内负荷突

6、然从小变大时，压缩机的频率增加需要经过中间过渡段。这就意味着，如果室内有一段响应的时间，不能立即对应。能效比COP数码涡旋没有变频器损失，同样也没有制冷剂的热气旁通，因此在10%到100%负荷范围内，COP性能良好。空载时的能量损耗很小（仅为10%），这也使得数码涡旋在部分负荷的情况下COP也会更高。变频器的损失大约占功耗的15%。当室内的总容量要求低时（如10%、20%或是30%），变频系统必须使用制冷剂的热气旁通进行调节，因为变频压缩机最低的容量输出约为40%。室内的总容量要求较低的情况下，由于制冷剂的热气旁通，能量会有损耗，系统的COP降低。由于马达的频率不断变化，很难测定变频系统的能效

7、比。为了测量稳定的运行工况，必须用外部装置保证压缩机频率的固定，这种情况下的能量测定不包括变频器的损失。为了获得真实的性能参数，典型的变频器损失15%必须计入，否则数据就会显示一个不真实的较高COP值。季节能效化SEER或IPLV空调系统大部分时间是运行在局部负荷的工况下，单纯给出100%负荷下的COP值并不能完全体现机组的能效，所以必须考虑在局部负荷下的能耗，即IPLV值。由于没有制冷剂的热气旁通，同时没有变频器的损失，数码涡旋系统的IPLV性能良好。最终用户将享受节能的好处。根据GB标准，为了评估IPLV，应测量在四工况点（25%、50%、75%和100%）运行时的COP。由于变频系统在低

8、容量时转为旁通控制，IPLV因此降低。旁通控制不需要旁通回路。在低容量运行工况下，必须使用旁通控制。室内温度控制室温控制优良。在整个运行范围中（10%-100%），数码涡旋压缩机能够实现连续、无级的容量调节。如果需要一个新的容量变化（如在同一个制冷系统中多开了几台室内机），压缩机的输出容量能瞬间地从一个比例调节到另一个更高的比例。数码涡旋压缩机能使得系统能够对负荷变化作出更迅速的反应。（附图3 温度随容量变化曲线）室温控制一般。在长时间运行后，室内温度趋于稳定并接近设定温度。但是如果需要一个新的容量变化（如在同一个制冷系统中多开了几台室内机），变频器控制就需要时间逐渐地提高频率，在过渡期间室内

9、温度控制不稳定。除湿性能在闷热的梅雨季节，尽管冷负荷可能会很低，在每一个循环（如10秒）中，还是有几秒钟的满负荷运行的状态。这使得回气的速度成波状起伏一个接一下的波峰（全速）。这使得平均蒸发压力和温度更低，除湿性能更佳。（附图4数码涡旋负载/卸载压力与电流特性）在闷热的梅雨季节，冷负荷可能降低。这种情况下，变频压缩机的转速会降低，回风的速度也会很低。这样就造成了室内机较高的蒸发压力和蒸发温度。因此，此时的除湿能力降低。可靠性回油性好。在每一个循环（如10秒）中，还是有几秒钟的满负荷运行状态。这使得回风的速度成波状起伏一个接一个的波峰（全速）。因此回油较好。同时，在每个空载期间内，压缩机中无排气

10、，也无润滑油排出，压缩机得到充分的润滑，运行寿命长。室外机的PCB和管路与变频多联系统相比，显得极为简单无旁通回路，一个PCB就足够了。谷轮公司针对数码涡旋压缩机的柔性设计，使其运行寿命可达到15年。在压缩机方面，EMERSON公司提供的数码涡旋压缩机是一种具有一定“柔性”的压缩机，具有比较强的抗液击、抗杂质能力（如附表1所示），经过了大量可靠性实验，能够经受各种恶劣工况条件的考验。当冷负荷低时，回油难度提高，因为变频压缩机转速很低。因此，回气的低速就造成了回油困难。为解决这个问题，变频系统在每隔一段时间的运行后必须加入许多的回油循环。这对于“PLUS”系列的多联机（48马力）特别明显，因为回

11、气管径很大，在部分负荷情况下回气速度很低。因此“PLUS”系列的多联机需要更频繁的回油循环，并消耗更多电力。该系统的稳定性差。室外机的PCB（印刷电路板）和管路十分复杂。PCB包括成千上万个部件，管路呈迷宫状，包括油分离器/旁通回路等。变频器控制板产生大量的热，夏季极易烧毁。环保符合EMC电磁兼容需求。（附图5 电磁干扰比较）不符合EMC（电磁兼容）要求。变频控制会产生高次谐波，造成一些问题，如变压器/电容器过热、精密仪器的精度降低以及干扰电视信号、移动信号和地铁站信号的传送等。为电磁干扰问题，室外机、室内机都需要添加噪音过滤器或扼流圈，从而提高了系统的造价。附表1 数码涡旋压缩机高可靠性实验

12、项目实验项目实验内容及目的高压比试验2000小时，考核润滑系统/高温状态高负荷试验2000小时，考核高温/高压状态开/停试验520,000次，考核振动影响带液启动试验1000次，在允许充注量的100%到150%条件下，考核承受液击及润滑油迁移状态融霜回液试验2000小时，100%允许充注量下，考核液击状态极限状态试验在运行范围的各个极点状态下，200次开停试验，每次30分钟，重复4遍，总计2000小时零部件试验电磁阀寿命40,000,000次，相当于30年使用年限附图3 温度随容量变化曲线附图3所示是变频空调和数码涡旋空调在不同容量时的蒸发温度比较。数码涡旋空调这种在低容量情况下能有效提供较好

13、的温度控制功能，对于相对温度较高的地区及一些特殊场合尤为适用。附图 4 数码涡旋负载/卸载压力与电流特性变频系统在高容量（高频）运行时，蒸发温度较低，随着运行频率的降低，蒸发温度逐渐升高，湿度升高，一般的空调系统很多时间都在部分负荷下运行，这就产生了除湿能力下降的问题。附图4为实测数码压缩机负载/卸载周期内，排气/回气压力和电流的变化曲线，电流变化显著显示了负载/卸载周期，负载运行时回气压力较低，保持了室内侧较低的湿度，尤其容量在部分负荷范围内（较常使用的容量区间），数码涡旋除湿能力较强，体现了明显的优势，保证了高精度的湿度要求。图5 电磁干扰比较变频系统需要昂贵的变频器及变频控制中复杂的电控部分，其电控系统中复杂的电子装置价格贵且比较娇气。数码涡旋系统减少了变频器、变频控制系统等，无疑增加了系统的可靠性，节省了成本。变频器工作时会产生谐波，会使供电系统的正弦电流波形发生畸变，导致诸如：降低电网的功率因素、使电容器和变压器过热、在荧光屏和示波器等上产生闪点、影响精密仪器的精度等不良后果，并会引起高电设备电容量等发热烧毁等到危险。以欧洲为中心的许多地区都有严格限制谐波的EMC规定，有些地区还因上述理由禁止销售和安装变频空调。我国也有相关的规定，对电源干扰要求很高的精密实验室、医院