对交流变频、数码涡旋及直流调速VRV空调系统剖析及比较.doc

对交流变频、数码涡旋和直流调速VRV空调系统的剖析与比较

摘要：本文通过分析交流变频、数码涡旋和直流调速压缩机的工作原理，指出了相对于传统中央空调而言这三种VRV空调系统的节能优势；通过对交流变频、数码涡旋和直流调速VRV空调系统的性能参数作出一系列比较，指出了相对于变频系统，数码涡旋和直流调速系统是一个更深层次的提高和发展。

关键词：VRV空调系统，交流变频，数码涡旋，直流调速

Analyses and Comparison Among Alternating Current Frequency Conversion、Digital Scroll and Direct Current Governor VRV Air-conditioning System

Abstract: By analyzing the working principles of alternating current frequency conversion、digital scroll and direct current governor compressor, this paper mainly states the advantages of the three systems in the respect of energy saving relative to the traditional central air-conditioning system；then make a series of comparison with the characteristic and parameters of the three systems, and points out the improvement and development of the digital scroll and direct current governor system relative to the alternating current frequency conversion VRV air-conditioning.

Key words: VRV air-conditioning, alternating current frequency conversion, digital scroll, direct current governor

1、概述
VRV空调系统是Variable Refrigerant Volume系统的简称，即制冷剂流量可变系统。自20世纪80年代诞生以来，因其独特的性能和优势而倍受青睐，在日本和国内市场上获得了广泛的重视和应用。随着VRV空调系统的逐渐发展与普及，现已经历了从变频技术到数码涡旋和直流调速技术的发展。
VRV空调系统室外机压缩机容量可调，有单台变容量压缩机和两台或两台以上定容量压缩机与变容量压缩机相组合等多种型式；并采用变频或变容量控制技术，通过电子膨胀阀的调节，按室内机开启的数量来控制室外机压缩机的输出，从而控制制冷剂的流量。目前冷媒多采用R22和R407C，R410A新冷媒VRV系统的开发解决了对环境的污染问题，更环保更节能。

2、交流变频技术
交流变频空调器的工作原理是把工频交流电转换为直流电源，并把它送到功率模块(大功率晶体管开关组合)；同时模块受微电脑送来的控制信号控制，输出频率可调的交变电源(合成波形近似正弦波)，使压缩机电机的转速随电源频率的变化作相应的变化，从而控制压缩机的排量，调节制冷量或制热量。在交流变频技术中，电源的转换过程为：普通单相交流电源（50Hz）→整流滤波变成直流电源→经逆变器再变为三相交流调频电源（任意频率）→驱动三相异步电机。当提升频率时，空调器的以及部件压缩机便提高转速，能力输出增大；相反，降低频率时，可减小压缩机转速，降低压缩机输出功率。
交流变频VRV空调系统由于采用了变频技术控制的涡旋式压缩机，室内机可以单独控制，室外机根据室内能力需求开启相应的压缩机或以相应的转速运行，避免了传统中央空调系统“一开俱开”的缺点，真正实现了“按需供给”冷热量，极大地降低了能耗，相比较传统空调器，可省15%-30%的电力；并且相对于传统中央空调，交流变频VRV空调系统还具有启动电流低，电网电压适应性强，低温运行性能好，控温速度快，控温波动小等一系列无可比拟的优势。

3、数码涡旋技术
数码涡旋中央空调的核心技术是数码涡旋压缩机。其突出的特点是压缩机利用轴向“柔性”密封技术，将定子涡旋盘轴向活动范围精密调整，并在压缩机吸气口增设一连通管，与定子轴向浮动密封处的中间压力室相通(如下图所示)。
“柔性”设计
专利技术

数码涡旋操作分两个阶段——“负载状态”，此时PWM阀常闭；“卸载状态”，此时PWM阀打开。PWM阀通电时，调节室内的排气被释放至低压吸气管。这导致活塞上移，顶部涡旋盘也随之上移。该动作分隔开两涡旋盘，导致无制冷剂质量流量通过涡旋盘；PWM阀断电再次使压缩机满载，恢复压缩操作。由于顶部涡旋盘的可移动的幅度很小——仅1.0mm，因而从高端释放至低端的高压气体的量也较小。数码技术的一个周期时间包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间。这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节。例如：在10秒周期时间内，若负载状态时间为5秒，卸载状态时间为5秒，压缩机调节量为（5秒×100%＋5秒×0％）／10＝50%（如下图所示）.
涡旋盘间
分离1亳米
满负荷
零负荷
例子: 20%输出
2
零负荷
满负荷
5 秒
例子: 50%输出
5秒
8 秒
由于数码涡旋压缩机独特的设计，可实现在10%～100%容量范围内的连续和无级能量调节。与变频器技术相比是一个提高，因为用变频器技术只能分步达到容量输出。无级传送容量也确保对室内空气温度的极严格的控制。大范围的容量输出也有利于提高系统的季节能效比。
回油是VRV空调系统设计中必须重点考虑的问题，也是一个技术难点。而数码压缩机所固有的特性使其回油更加容易。第一，油只在负载周期内离开压缩机。所以，在低容量情况下，离开压缩机的油极少。第二，如前所述，压缩机在负载周期内满负荷运行，负载周期内的气体速度足以使油回至压缩机。
在除湿方面，变频型VRV空调系统中，压缩机以较低频率运行，这减少制冷剂的质量流量并导致较高的吸气压力和较高的显热因子（SHF）。而数码涡旋压缩机运行时的吸气压力比变频系统低，因而除湿性能良好。如前所述，在任何调节输出期间，压缩机在周期的负载部分满容量运行，该满容量运行导致较低的平均吸气压力并进而导致较低的SHF，除湿性能更好。
变频空调控制系统较为复杂，因而对电子元器件要求较高，相比较普通空调，变频空调的故障率较高，而且，由于采用了变频技术，在变频的同时，会产生谐波污染，电磁干扰是变频器驱动系统的一个主要问题。而数码涡旋压缩机的加载和卸载只是纯粹的机械操作，其产生的电磁干扰可忽略不计。这一独特的特性，不仅使数码系统无需昂贵的电磁抑制电子装置，也增加了其可靠性和简易性。
数码涡旋系统有着许多独特的优点——准确满足需求的输出容量，较好的低容量湿度控制，较大的容量范围，即使管线较长也易回油，易于使用。系统部件较少，无电磁干扰问题，因而装置结构简单。目前，VRV空调系统在市场上的需求正快速增长，数码涡旋VRV系统是这方面应用中一个极好的选择，也是舒适空调和节能空调的一个极佳选择。
4、直流调速技术
直流调速压缩机转子采用稀土永磁材料制作而成，其工作原理为：定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转。直流调速技术的工作流程是：单相交流电源→整流滤波后变成可高压的直流电→驱动无刷直流电动机。通过改变直流电的电压来调节电动机的转速，从而达到压缩机输出功率的改变。
直流调速压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高和噪音低的特点。一般来说，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-20%，噪音低5分贝-10分贝。如果转子的磁体排列更科学，磁力线集中度更高，再加上采用含稀土钕的磁体，则可较交流变频省电高达18%～30％。
　　另外，因为直流调速压缩机可以随外界负荷的大小调节转速，在原理上可以实现能量的无级调节。与直流调速系统相匹配的直流电机有多档风速，可根据需要来改变风速，从而具有更高的能效比。
直流调速系统具备交流变频系统的一切优点，如启动电流低，电网电压适应性强，低温运行性能好，控温速度快，控温波动小等；但在节能、除湿性能、电磁干扰、系统稳定可靠性等方面又大大优于交流变频系统。

5、结语
通过对交流变频、数码涡旋和直流调速VRV空调系统三者的原理分析和性能比较，可以发现数码涡旋和直流调速VRV空调系统无论是在节能，还是在控制的稳定性和可靠性方面以及各个技术参数上，相对于交流变频VRV空调系统都是一个提高。加之新冷媒R410A在数码涡旋和直流调速VRV空调系统中的应用，会促使VRV空调系统在高效、节能、舒适和环保等方面迈上一个新的台阶。

参考文献：
[1] 美的MDV中央空调多联机产品手册[M]