1、數碼渦旋與變頻渦旋空調系統性能比較數碼渦旋與變頻渦旋空調系統性能比較09年11月24日14:55:04 來源：中國空調制冷網 馬麟，孫歡 我要評論（1）1引言隨著人們生活水平的提高，空調已經不 再是一種奢侈品，早已走入人們生活的各個場 所。據統計，空調系統的耗電已占整個國民經濟 用電量的10%上，而且隨著經濟的發展，比例 會逐漸提高。因此，對于空調系統而言，如何提 高系統的效率已顯得越來越重要。 這一要求使得 開發可變容量的空調系統成為當前的潮流。可變容量空調系統有較高的季節能效比，能將室溫控制在更小的波動范 圍內，這樣就確保了用戶更高的舒適度1。迄今為止用于調節容量的壓縮機技術真 正主導市場

2、的只有變頻和數碼渦旋技術兩種，分 別采用兩種完全不同的方式進行壓縮機容量調 節，由此帶來了它們在許多方面的差異。1978 年，日本部分公司提出變頻空調的概念，由于變頻空調具有許多優點，因此很快進入了發達國家的家庭。而后“春蘭”、“海爾”、“美的”、“格力”等公司也相應推出了變頻空調產品，并 有代替目前使用的單頻空調的趨勢2 o 1990年 初，隨著渦旋壓縮機被研制出來，空調系統的容 量改變方式也得到很大發展3。全球最大的渦 旋壓縮機廠Corpland 公司于1993年提出了數 碼渦旋壓縮機4，而后韓國三星、格力、美的 等公司推出了數碼渦旋空調機組。本文通過對這 兩種壓縮機及其空調系統的比較，以

3、分析它們各 自的優勢及不足。2變頻渦旋與數碼渦旋壓縮機的工作原理渦旋變頻壓縮機由于采用了變頻器（工 作原理如圖1所示），因此其轉速隨頻率變化而 產生不同的輸氣量，從而使制冷、制熱量增大或 減小。當今全封閉變頻壓縮機的變頻調節有交流 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， 即BLDC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

4、矩，達到一定轉速5。此外，大功率 變頻壓縮機逐漸引入更先進的變頻控制方式，壓 縮機采用永磁同步調速電機，即 PMSM電機。它 們都通過將頻率電壓不可控的市電經過整流逆 變等電力電子變換得到頻率電壓可控的電源驅 動壓縮機運轉，從而控制壓縮機吸排氣量和能力 輸出。芒 s , . H r. = n it i-w t ra r：I HU saw 4砂賁頻揑制器工作原理圏數碼渦旋壓縮機（圖2）利用渦旋壓縮 機的軸向柔性技術，動靜渦盤能沿軸向脫離分開 一段距離實現加載與卸載，即數碼 0和1的轉 變（圖3）1。當動靜渦盤處于密封狀態時， 壓縮機100 %運行；當動靜渦盤軸向脫離時，壓 縮機吸-排氣腔導通，壓

5、縮腔內無壓縮，即壓縮 機電機雖然運轉，但壓縮機不作功。通過組合0和1狀態的時間，即可 出。亠實現任意比例的能力輸為確保活塞上移時頂部渦旋盤也上移,將活塞安裝在頂部固定的渦旋盤處。 在活塞頂部 有一調節室，通過0 0.6mm直徑的排氣孔和排 氣壓力相連通，一外接電磁閥（PWM連接調節 室和吸氣壓力。當電磁閥處于常閉位置時，活塞 上下側的壓力為排氣壓力，有一彈簧確保兩個渦 盤共同加載。電磁閥通電時，調節室內的排氣被 釋放低壓吸氣管，它導致活塞上移，頂部渦盤也 隨之上移。該動作使兩渦旋盤分隔，這樣無制冷 劑流量通過渦旋盤；外接電磁閥斷電時，再次使 壓縮機滿載，恢復壓縮機操作。動靜渦盤分離間 距的幅度

6、值約1.0mm。3 變頻和數碼渦旋壓縮機在空調中的 主要應用方案3.1變頻渦旋壓縮機在空調中的主要應 用方案3.1.1 一拖一一拖一是渦旋變頻壓縮機應用的主要形 式之一，它主要以壁掛式變頻空調、 柜式變頻空 調等風-風系統形式應用于空調系統中。其優點 主要表現在系統結構簡單、壓縮機回油良好、控 制方案簡單、壓縮機運行平穩等方面。3.1.2 拖二變頻一拖二空調器是目前市場上一種較 先進的空調器，它應用了先進的變頻裝置和模糊 控制技術,使壓縮機在不同轉速下輸出不同的功 率，從而實現一臺壓縮機同時帶動兩臺室內機的 目的。由于空調機組運行時兩臺室內機可獨立控 制開停，故節能效果明顯。3.1.3 熱泵低

7、溫制熱運行在我國北方冬季采暖季節隨著環境溫度 的降低，傳統熱泵系統的制熱量會迅速降低， 而 需求制熱量卻大大增加，從而導致系統無法滿足 冬季人們的實際需求。同時，外界溫度的下降， 使系統的COP急劇降低，而壓縮比越來越大，壓 縮機的排氣溫度迅速升高，導致壓縮機的損壞。 由于變頻壓縮機可以超頻運行，所以可通過提高 渦旋變頻壓縮機的運行頻率，增加壓縮機單位 時間內的排氣量，從而使更多地制冷劑參與循 環，以緩解熱泵在低溫環境下制熱性能衰減問 題。多聯機空調機組變頻渦旋壓縮機最主要是應用于多聯空 調機組中，該系統由兩臺室外機連接多臺室內機 室外機一般由一臺變頻渦旋壓縮機和一臺普通 渦旋壓縮機并聯而成，

8、每臺室內機可自由運轉和 停止，運行中根據室內負荷量，室外機自動適 應并輸出相應能力，節能效果明顯。3.2數碼渦旋壓縮機在空調中的主要應 用方案目前數碼渦旋空調系統的功率范圍為 3 匹36匹，從數碼渦旋壓縮機的功率范圍可以看 出,該壓縮機不是主要用于普通家用分體壁掛式 空調器產品中，它主要應用于多聯機空調機組 中。由以上分析變頻和數碼渦旋壓縮機的主 要應用方案可知，這兩種壓縮機都主要應用于多 聯空調機組中。該系統可以根據室內負荷大小自 動調節系統容量，具有節能、高效、舒適的特點， 并廣泛應用于辦公樓、賓館、醫院、高級別墅等 建筑中，正在漸漸成為當今空調系統的主流， 故 以下主要對變頻多聯空調機組

9、和數碼多聯空調 機組的性能進行比較。4 變頻和數碼多聯空調機組的性能比 較機組運行范圍及調節性能目前，變頻壓縮機運行范圍一般為 30115HN在高頻段，變頻壓縮機可以進一步提 升運行頻率的方式，使變頻壓縮機輸出超過其額 定能力。總體上看，變頻壓縮機可調節范圍位于 其額定能力的48%104之間7。其能量調節須 考慮到壓縮機頻率調整所需的時間，由于變頻壓 縮機本身的動態特性限制，在調整能量時應小于 一定的速度，故調節為分步，分階段調節。數碼壓縮機在全負荷時輸出能力為 100%不能實現超負荷運行。在低負荷輸出階段， 理論上數碼壓縮機可以達到無限低的輸出能力， 但在實際機組設計時要考慮負荷階段所需的最

10、 少時間及卸/負載周期過長導致的負面作用。數 碼壓縮機要求負載時間不少于 2.5s，以保證壓 縮機具有穩定的輸出能力，在此基礎上要求壓縮 機卸/負載周期不大于30s，避免機組參數有過 大的波動。一般情況下定義數碼壓縮機可調節范 圍位于其額定能力的仃%100之間7。由于數碼壓縮機通過調節卸/負載周期達到 在瞬間調整輸出能力的目的，故其能量調節為數 字化連續能量調節。由于壓縮機具有以上不同的特性，導致 兩種多聯空調機組有不同的特性。當室內能力需 求增加，變頻機組可進行壓縮機的超頻運行以增 加制冷或制熱能力，當整機能力需求很少時，變 頻機組由于其壓縮限制，必須維持在一個較高的 輸出能力，從而導致維護

11、系統穩定運行的困難程 度增加以及消耗過多的能源。而數碼機組從輸出 能力的能力上不具備超負荷運行的特性， 在低負 荷運行時，由于其壓縮機可以低至其額定輸出能 力的17%基本可以滿足機組運行的最小負荷的 要求8。在能量調節方面，數碼壓縮機的連續 無級調節可以更加嚴格的控制室內溫度， 與變頻 技術相比是一個提高，變頻渦旋壓縮機只能達到 分步分階段調節，如圖4。團4數碼渦應與吏頻垂紙能量調節的比較能效比能效比（EER）是衡量多聯空調機組性能 優劣的重要參數，它的高低直接反映空調機組的 節能效果。數碼多聯空調機組與變頻多聯空調機 組的能效比如圖5所示。從圖5可以看出，從總體上數碼多聯空 調機組由于采用容

12、量調節范圍大，又可數字化連 續調節能量的數碼渦旋壓縮機，其在不同制冷能 力下能效比較應用變頻渦旋壓縮機的變頻多聯空調機組要高特別當制冷能力高于15(KW)時, 變頻多聯空調機組的能效比劇烈下降而數碼多 聯空調機組略有上升。產生以上現象的主要原因 在于壓縮機的區別，限于壓縮機設計制造和變頻 器控制性能，設計變頻壓縮機時一般會保證額定 頻率段頻率最高并兼顧整個可運行頻率范圍。所 以，一般的變頻多聯系統在輸出適中的制冷能力 時具有最佳的能效比，高于一定范圍能效就會下 降。相對于變頻壓縮機，數碼壓縮機采用控制壓 縮機卸載和負荷的時間比例來進行輸出調節，因 此數碼多聯系統能效比隨輸出的制冷能力的增 加而

13、增加，當輸出減少時能效比緩慢下降。啟動及運行特性數碼壓縮機在啟動時電流相對較大，等 同于普通壓縮機的啟動特性。由于數碼壓縮機的 周期卸/負載特性，數碼空調機組在運行的大部 分區間里，各項主要參數如高壓、低壓、排氣溫 度等都呈現周期性波動，從而給數碼機組的穩定 運行增添了一定的難度。變頻壓縮機與數碼壓縮機在啟動及運行 特性方面有較大的不同。變頻機組在啟動過程中 采用變頻壓縮機低頻啟動，啟動電流較小，對電 網基本沒有沖擊，有利于保證電網的穩定。當系 統進入穩定運行階段，壓縮機輸出功率一定，系 統各項運行參數都處于穩定狀態。回油回油是多蒸發器變轉速壓縮機系統的一 個主要問題9。當變頻空調機組處于低負

14、荷狀 態時，變頻壓縮機處于低頻狀態，系統內制冷劑 流速減緩，在一定頻率下，制冷劑將沒有足夠的 流速帶動壓縮機潤滑油從系統中回到壓縮機，經過一段時間運行后，壓縮機油位可能降至一個危 險的水平，這就要求變頻機組必須依靠油分離器 或復雜的回油循環回油，以保證壓縮機的正常油 位。數碼渦旋壓縮機是一種獨特的壓縮機， 理論上它無需油分離器或回油循環。數碼渦旋壓 縮機靠外接電磁閥的開閉控制壓縮機的卸負載，在卸載周期內，系統內制冷劑流速幾乎為零，離 開壓縮機的油很少；在負載周期內，系統內制冷 劑流速接近滿負荷流速，足以使管路內的油回到 壓縮機。故相對于變頻空調機組，數碼空調機組 回油更加容易。電磁干擾電磁干擾

15、是變頻空調機組的一個主要問 題。變頻空調機組中的變頻壓縮機須采用大功率 整流和逆變器件，在電壓整流和逆變過程中，電 壓、電流發生劇變，產生高頻電磁噪聲，會對電 網和家用電器產生干擾作用。在世界上許多國 家，尤其在歐洲，對任何系統可能散發的電磁干 擾量有嚴格的限制。由于數碼渦旋壓縮機的加載 和卸載是機械操作，數碼渦旋系統產生的電磁干 擾可忽略不計，具有更好的電磁兼容性，可用于 通訊機房等精密場所，適應性更廣。可靠性多聯機系統的可靠性是研究開發的一個重要方面，在變頻多聯機系統內，電子控制裝置 一般很復雜。鑒于安裝的不確定性和天氣變化的 極端性，復雜的電子控制裝置會影響系統的可靠 性。如果采用各種旁

16、通裝置，如熱氣旁通管和液 體旁通管，可靠性將更難保證10。數碼多聯機 系統基本上是簡易系統，只需簡單的電子控制， 故較變頻多聯機系統更加可靠。5 小結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別，變頻空調與數碼空 調系統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 析了各自的優勢和不足。針對各自系統的不足， 變頻技術應著重解決

17、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內壓力波 動等冋題。參考文獻:1 王貽任 美國谷輪公司壓縮機技術講座制冷技術，2003,1 : 35-38:2占磊，屈宗長渦旋變頻壓縮機在空調中的應用壓縮機技術，2004,1 : 28-30:3屈宗長，王迪生 渦旋壓縮機研究現狀與展望壓縮機技術，1998, 2: 3-6:4劉志經制冷渦旋壓縮機及其應用.制冷，1998，65(4) : 25-28.:5廖全平，李紅旗 渦旋變頻壓縮機流體機械，2002,2 (30): 35-37:6 李華德現代交流電機變頻調速 系統現代交流電機變頻調速系統石油工業出 版社，19967Hu Shih-Che ng, YangRong-Hwa Development and testi