中央空调系统调节技术
1 前言
本文对变频控制技术、多级控制技术和数码涡旋技术的工作原理、容量输出与温度控制、能效比、除湿性能、可靠性等进行了分析，指出了各种调节控制技术的优缺点。通过比较发现，使用数码涡旋压缩机的系统运行性能稳定，容量控制灵活，系统能效比和可靠性高。在变容量系统中数码涡旋压缩机的使用具有良好的市场适应力和广阔的发展潜力。
2.1 工作原理
压缩机的容量是通过压缩机马达的转速来改变的，当室内负荷提高（或降低）时，压缩机马达的频率随之增大（或减小），从而导致马达转速更快（或更慢），容量变高（或变低）。变频压缩机的工作频率级别范围在30赫兹到117赫兹间，其容量输出是间断的。当室内负荷突然从小变大时，压缩机的频率增加需要经过中间过渡段。对新的负荷有一段响应的时间，不能立即对应。变频压缩机最低的容量输出约为40%。
2.2能效比COP
由于变容量输出，整个系统的COP较定容量有所提高。但是当室内的总容量要求低时（如10%、20%或30%），变频系统必须使用制冷剂的热气旁通进行容量调节，由于制冷剂的热气旁通，能量会有损耗，而且变频器的损失大约占功耗的15%，系统的实际COP降低。
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。由于变频系统在低电量时转化为旁通控制，IPLV因此降低。
2.3室内温度控制与除湿性能
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），变频器就需要逐渐地提高频率，在此过度期间室内温度控制不稳定。
在闷热的梅雨季节，冷负荷可能会很低。这种情况下，变频压缩机的运转会很低，回气的速度也会很低。这样就造成了较高的蒸发压力和蒸发温度。因此，此时的除湿能力降低。
2.4可靠性
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马上加入许多的回油循环，这样就会消耗更多电力。该系统室外机的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。
另外，变频器工作时会产生高频谐波，会产生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。为解决电磁干扰问题，室外机室内机都需添加噪音过滤器或扼流圈，从而提高了系统的造价。
3 热气旁通（多级控制系统）
3.1工作原理
压缩机的容量是通过使用“热气旁通”的方法来改变的。在10匹的多联系统中，有两台各为5匹的压缩机。其中一台5匹的压缩机是双转子压缩机。在这台压缩机上下汽缸之间，有一个内部旁通电磁阀。当阀门开启时，便有热气旁通，此时压缩机的容量从5匹降到2.5匹，同样地，在主排气管和吸气管之间，有一个外部旁通电磁阀。当这个外部电磁阀开启时，压缩机的容量还可以进一步降至1.25匹。
3.2能效比COP
COP在50%和100%两点性能较好，因为压缩机是在满负荷情况下运行的。但是在其他6个运行工况点，能效比都很低，因为旁通的回路在运行。另外由于系统在25%和75%工况点运行时要进行制冷剂的热气旁通，其季节性能效比IPLV会降低。
3.3室内温度控制与除湿性能
由于只有八级调节，室内温度控制不精确。：在闷热的梅雨季节，冷负荷可能会很低。这种情况下，大部分的排气都必须被旁通掉，回气的速度也会很低。这样就造成了较高的蒸发压力和蒸发温度。因此，此时的除湿能力也降低。
3.4可靠性
回油困难。当冷负荷很低时，大部分的排气必须旁通，回气的速度很低，致使回油困难，运行寿命短。多级控制系统使用的双转子压缩机。转子的滑片容易磨损，转子压缩机的效率比涡旋压缩机低。环保符合EMC电磁兼容要求。
4 数码涡旋技术
4.1工作原理
数码涡旋压缩机是利用轴向“柔性”技术，通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变容量的。它的控制循环周期包括一段“负载期”和一段“卸载期”。这两种状态的转换是通过安装在压缩机上的电磁阀来控制。一个活塞安装于顶部固定涡旋盘处，活塞的顶部有一调节室，通过0.6mm直径的排气孔和排气压力相连通，而外接PWM电磁阀连接调节室和吸气压力。电磁阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力。电磁阀通电时，调节室内的排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带动了顶部的涡旋盘上移，该动作使两涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。当外接电磁阀断电时，压缩机再次满载，恢复压缩操作。当外部电磁阀关闭时，数码涡旋像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。这两个时间段的长短决定了压缩机容量的变化。
例如：在为时15秒的周期时间内，如果负载状态和空载状态均为7.5秒，则压缩机变容为（7.5秒 x 100% + 7.5秒 x 0%） / 15 = 50% 。如果在相同的周期时间内，负载状态为15秒，而空载状态为5秒，则压缩机变容为75%。 即容量为负载状态及空载状态的时间平均合计。通过改变负载状态时间和空载状态时间，压缩机可以无级输出10%至100%之间的任何容量。使压缩机能够更精确地控制室内温度，并且更加节能。
4.2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低（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。由于没有制冷剂的热气旁通，同时没有变频器损失，数码涡旋系统的IPLV性能良好。最终用户将享受节能的好处。
4.3室内温度控制与除湿性能
数码涡旋以多种方式提高了舒适度，其中之一便是通过迅速无级地调节容量来精确地控制温度。事实上，数码涡旋能够使温度波动控制在±0.5ºC之间，由此确保用户始终置身于舒适的温度环境中（参见图5）。由此可见，数码涡旋能够比其他技术在更短的时间内创造一个更为舒适的环境。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几台室内机），压缩机的输出容量能迅速的从一个比例调节到另一个比例。数码涡旋压缩机使得系统能够对负荷变化做出更迅速的反应。
另外，舒适度同样受到室内湿度的影响，湿度太高会使用户产生不适感。在这一方面，数码涡旋就能提供更大的舒适感，因为它在较低的蒸发温度下运行，具备卓越的除湿功能。
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状态。这使得回气的速度成波状起伏——一个接一个的波峰（全速）。这使得平均蒸发压力和温度更低，除湿性能更佳。
4.4可靠性
回油性好。由于以上所说的几秒钟的满负荷运行状态，回气的波状起伏速度使得回油性能较好。同时，在每一个空载期内，压缩机中无排气，所以此时无润滑油排除。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。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15年。环保符合EMC电磁兼容要求。
5 结论
从上面的比较可以发现，数码涡旋系统在VRV空调系统上有独特的优点，目前我国的多个空调厂家纷纷把数码涡旋系统应用于VRV空调系统中。但是在运用这种技术时还需要注意一些问题。
5.1 技术开发
2000年美国艾默生旗下的谷轮公司开发了数码涡旋压缩机，并供应亚洲市场。在中国，2002年3P～6P家用中央空调的总销售量为5.1万台，2004年为17.5万台，2008年将实现30%的增长达到50万台，届时就有相当数量的压缩机投入使用，该领域市场潜力巨大。由于数码技术具有的优势，我们几大空调厂家在2002年前后开始与谷轮公司合作，大量购买谷轮公司的数码涡旋压缩机及采用谷轮公司提供的技术。但是由于技术的保密性，使我们难以进行深入的开发研制，制约了我们数码涡旋技术的发展。
5.2容量的调节策略
目前我国的数码涡旋VRV空调系统，一般是采用一台数码压缩机并联一台或多台定速涡旋压缩机的启停，在一个制冷系统内进行容量控制，以达到对室内机的单独和线性控制。但数码涡旋压缩机的运行容量不能按照室内的总负荷来调节，而是要按照室内机分别负担的负荷来确定对应的运行容量，这样才能体现出数码涡旋的优越性。
5.3能效比的评价
数码涡旋压缩机无论是负载或卸载，电机始终运行，卸载时所耗功率约是负载的10%，此外，由于数码涡旋压缩机的操作容量范围很宽，它的启停次数很少，这些使得数码涡旋压缩机具有优秀的能效比（EER），同时它在部分负荷运行时也具有良好的能效比。通过比较谷轮公司的各种型号数码涡旋压缩机的EER值发现，无论是采有R22冷剂或R407C冷剂，所有型号的EER值都在3.0 W/W以上，最高达到3.3W/W。谷轮数码涡旋技术按 JIS & ARI 标准进行了评估，降低年能量消耗 40%。
但一个空调系统的能效比大小，不仅由压缩机决定，而且还与制冷系统、电子控制系统等综合因素有关，所以数码涡旋压缩机只是给空调系统的节能创造了一个保险的平台。整个制冷系统以及电子控制系统的设计优劣同样是关键。
5.4在热舒适方面的优势
目前模糊控制理论和神经网络控制已大量被引进空调控制领域，数码涡旋技术在空调系统的应用上为模糊控制理论、神经网络控制及热舒适指标等技术在空调领域的应用提供了良好的基础，无疑会使空调系统更节能、更舒适。
5.5数码涡旋技术的发展
数码涡旋压缩机的出现是变流量空调系统的一大创新，相比变频技术及多级控制系统有着较多的优势，在VRV空调系统中具有容量调节广、调温速度快、除湿能力好、能效比及季节能效比较高、系统简洁、控制简单等优点。但由于是引进外国技术，国内数码涡旋VRV产品价格下降较难。另外，数码涡旋技术的出现为新的控制技术研究提供了良好的基础。但如何使数涡旋技术在VRV空调系统中更好的应用及进行技术创新，还有待我们继续研究和开发。
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