推動制冷系統(tǒng)改善能源效率的動力來自于制冷系統(tǒng)的容量隨負(fù)載不同而變化的技術(shù)。壓縮機的設(shè)計以專注于此目標(biāo)實現(xiàn)為代表特色。它們的體積被設(shè)計得足夠大以滿足應(yīng)用的最大需求，這已經(jīng)是眾所周知了。這種過大的體積設(shè)計使得在處理低于最大需求的時候則顯得效率低下，并且這種情形在很多場合下是經(jīng)常發(fā)生的。
壓縮機供應(yīng)商已經(jīng)響應(yīng)了這種需求，并提供了創(chuàng)新型的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以幫助空氣調(diào)節(jié)與制冷裝置原始設(shè)備供應(yīng)商通過縮減壓縮機能耗以達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。通常可以在壓縮機工作在低于峰值的模式下，采取不同的途徑達(dá)到這個目的。第一種是縮減壓縮機的體積，減少需要壓縮的制冷劑的數(shù)量，從而減小電機負(fù)載并保持在某個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。另外一種途徑是改變電機轉(zhuǎn)速以驅(qū)動壓縮機，這需要電機控制電子學(xué)的方法。原始設(shè)備制造商可以從供應(yīng)商那里得到這種方法。第三種是使用多壓縮機，這也是最昂貴的一種方法，除了附加的成本，多壓縮機也會占用設(shè)備大量的空間。
最近在達(dá)拉斯舉行的AHR展會上，愛默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司推出了一些新產(chǎn)品，其中包括家居用的Ultratech通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)將自動調(diào)溫裝置，電機調(diào)速與單一控制及UltraTech壓縮機集結(jié)在一起。它可以自動配置并自動檢查系統(tǒng)配置，不需要在送風(fēng)機馬達(dá)的入口處配置撥碼開關(guān)。
該公司的商業(yè)產(chǎn)品，數(shù)字型漩渦式壓縮機是這次展會為家居產(chǎn)業(yè)帶來的最大獎賞，它也贏得了AHR Expo展會2007年度產(chǎn)品獎。“此壓縮機技術(shù)為可變負(fù)載的商業(yè)應(yīng)用提供了可變?nèi)莘e調(diào)節(jié)，以滿足保持精確溫度與濕度控制的需求。” 愛默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司商業(yè)空調(diào)市場總監(jiān)Bart Powelson先生說。此壓縮機可在10%-100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其容積，從而保證輸出可精確匹配房間制冷需求的變化，這些并不需要改變電機的轉(zhuǎn)速。這種容積調(diào)節(jié)的方法比傳統(tǒng)的熱氣迂回技術(shù)提高了30%的效率，同時能保證0.5華氏度的精確度。
在有些工作環(huán)境中，商業(yè)壓縮機經(jīng)常處于循環(huán)開關(guān)的狀態(tài)，這對電機和壓縮機來說是一種嚴(yán)峻的考驗。谷輪公司數(shù)字漩渦式壓縮機(圖1)可以在不用停轉(zhuǎn)電機的前提下改變其容積。該壓縮機摒棄了熱氣迂回系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在商業(yè)應(yīng)用中被作為獲得可變?nèi)莘e控制的最普遍方式，它可以將容積從10%調(diào)節(jié)至100%，谷輪公司數(shù)字漩渦式壓縮機中控制器起了很重要的作用，它可以控制壓縮機負(fù)載與無負(fù)載狀態(tài)的時間比。
同時，在展會上，總部位于丹麥的Danfoss公司展示了他們的可變?nèi)莘e解決方案(圖2)，此方案中包含了一個為小型商業(yè)空調(diào)應(yīng)用而設(shè)計的變速漩渦式壓縮機。此壓縮機工作頻率范圍從30Hz-90Hz，R-410A冷凝劑的設(shè)計選擇容量從4噸-37噸。
根據(jù)位于北美的Danfoss公司制冷與空調(diào)部門的一位開發(fā)工程師Mogens Rasmussen所言，其新產(chǎn)品的實際效率將更接近于理論計算值。他說系統(tǒng)實際的性能指數(shù)小于理論值。理論性能指數(shù)大約為10，但是實際值僅大約為3。同時他也解釋了其原因在于循環(huán)的低效，熱循環(huán)器與管道的低效，壓縮機的損失，以及獲得實際負(fù)載需求的能力。
Danfoss公司還開發(fā)了一種仿真工具，用來量化可變速度與單一速度壓縮機在不同應(yīng)用中的節(jié)能量。他說依據(jù)系統(tǒng)配置與負(fù)載情況，估計變速壓縮機可節(jié)省30%的潛在能量。
節(jié)能的變速壓縮機可應(yīng)用在蒸發(fā)器與冷凝器設(shè)備中。對于蒸發(fā)器而言，變速壓縮機即使在非滿載時也會使用整個蒸發(fā)器。單速壓縮機總是運行在蒸發(fā)器滿載的條件下，因為其蒸發(fā)作用的溫度遠(yuǎn)高于變速壓縮機。
“在變速應(yīng)用中，運行在較低的負(fù)載時意味著你在利用盤管的全部容積”，他說，不像單速壓縮機，即使在低負(fù)載下，壓縮機也工作在較高的溫度，因為此時壓縮機運行在全部容積下。
當(dāng)外加變速壓縮機時，可節(jié)省更多的能量。當(dāng)有50%的負(fù)載需求時，平均風(fēng)機功率損耗會降到單速開/關(guān)風(fēng)機控制的1/4，Rasmussen先生說。
有一些假定的可能或許會發(fā)生，就是在只有一個壓縮機時需要多容積，在這些情況下，Rasmussen先生建議采用具有變速壓縮機與固定容積壓縮機的混合方案。
美國Tecumseh壓縮機集團(tuán)公司也推出了一種VS型變速漩渦式壓縮機，對此，市場總監(jiān)James Rutz先生說，公司仍在致力于新型壓縮機的能效方向，但是在低溫應(yīng)用上設(shè)備是可以非常有效的工作的。“在這些應(yīng)用中，當(dāng)你將溫度降至華氏-30度至-40度時，保證高效總是一種挑戰(zhàn)，但我們一直堅持將我們的漩渦式壓縮機做的更好。”
Tecumseh壓縮機集團(tuán)公司的新型漩渦式壓縮機是率先推出的，Rutz先生說，由于一些專利技術(shù)掌握在其他公司手中，Tecumseh壓縮機集團(tuán)公司處于行業(yè)的后端。由于這些技術(shù)障礙，公司必須繞開它們進(jìn)行重新開發(fā)設(shè)計。這些設(shè)計也是有自主知識產(chǎn)權(quán)的，Rutz先生認(rèn)為他們主要關(guān)注于順應(yīng)式機械結(jié)構(gòu)。
根據(jù)Rutz先生所說，壓縮機的固定漩渦方向設(shè)計是與順應(yīng)式漩渦結(jié)構(gòu)截然不同的。后者通過與固定漩渦方向相逆旋轉(zhuǎn)形成密封氣孔。這些氣孔作為體積收縮的釋放點而被壓縮。通過平衡速度使旋轉(zhuǎn)氣孔包與固定包相接觸，從而將氣體壓力強加到壓縮結(jié)構(gòu)的邊緣。
這些壓力的趨勢是改變彼此間相對狀態(tài)，或者將氣孔包結(jié)合的更加緊密，或者迫使它們相互分離。當(dāng)趨勢為更加緊密時，摩擦力增加而效率降低。而趨勢為相互分離時，氣體將從氣孔包中釋放并重新返回到壓縮循環(huán)，導(dǎo)致效率降低。
在VS型變速漩渦式壓縮機中，機械結(jié)構(gòu)是基于固定漩渦方向，而不是順應(yīng)式漩渦結(jié)構(gòu)的。Tecumseh壓縮機集團(tuán)公司是在設(shè)計機床與過程控制的新型應(yīng)用中得此結(jié)論的，Rutz先生說，但他拒絕作更進(jìn)一步的解釋。
Rutz先生認(rèn)為固定漩渦方向設(shè)計的優(yōu)勢在于其效率是獨立于工作窗內(nèi)的氣壓與機械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速的。在壓縮機自身的領(lǐng)域內(nèi)，Tecumseh漩渦式壓縮機可以在較寬的速度范圍內(nèi)高效運行。這是固定漩渦技術(shù)的另外一個優(yōu)勢。無論是運行在頻率30Hz或是90Hz，旋轉(zhuǎn)方向保持恒定。這種固定的設(shè)計功能在負(fù)載變化時，允許最大的EER與性能系數(shù)。
同時，巴西的Embraco公司也提供了一種變速系統(tǒng)。其變?nèi)輭嚎s機早在1998年就已投放市場，并在家庭設(shè)備中得以應(yīng)用，現(xiàn)在也被廣泛的應(yīng)用在商業(yè)方面。由于使用電子換流器驅(qū)動壓縮機在不同速度運行，從而控制其制冷容量是可行的。通過檢測壓縮機系統(tǒng)的溫度變化，它可以調(diào)整系統(tǒng)運行過程中的性能需求，從而控制保溫室內(nèi)溫度穩(wěn)定，達(dá)到更好地保存食物的目的。這種持續(xù)的動作相對于傳統(tǒng)的開/關(guān)壓縮機方式而言，大大減少了能量損耗。實際上，可變?nèi)莘e壓縮機關(guān)閉的頻率相對更低，這也減少了由于系統(tǒng)關(guān)閉而導(dǎo)致的熱量損失的增加。其結(jié)果是能量損耗的降低可達(dá)到45%。
這種電子換流器自動調(diào)節(jié)速度的自控模式的實現(xiàn)，使得可變?nèi)莘e壓縮機成為標(biāo)準(zhǔn)固定轉(zhuǎn)速壓縮機的直接替代，甚至保留標(biāo)準(zhǔn)的電動自動調(diào)溫裝置。其中“Drop In”控制模式可使壓縮機“感覺”到系統(tǒng)溫度負(fù)載的變化，自動調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，搜尋最高效的工作范圍。
可變?nèi)莘e壓縮機與電子恒溫控制器也是兼容的，它可以借助于頻率信號或串口控制速度的變化。減少噪音也是壓縮機供應(yīng)商中討論的一個熱門話題。Rasmussen與Rutz先生指出，通過改進(jìn)電子設(shè)計可以取得縮減部件產(chǎn)生的噪聲的效果。
具有諷刺意味的是，Embraco公司說他們在壓縮機技術(shù)上的改進(jìn)導(dǎo)致了更差的噪音效果，這要求在設(shè)計上進(jìn)一步改進(jìn)以達(dá)到降低噪音。最初，公司研究了壓縮機與設(shè)備上噪音控制產(chǎn)生的所有現(xiàn)象。
Embraco公司研發(fā)了一種新的方法。這種方法將噪音的生成分為三組: 噪音源，傳播途徑與輻射體。對每組而言，研究者評估了其對噪音效果的影響。通過應(yīng)用集成壓縮機工作的噪音、動力學(xué)與熱力學(xué)的數(shù)字工具，工程組可以貫徹其產(chǎn)品解決方案以縮減噪聲。其結(jié)果是，具有較好聲學(xué)性能的部件得到開發(fā)并優(yōu)化。更一般地，消聲器的設(shè)計，外殼形狀的設(shè)計，卸放管的設(shè)計以及閥系統(tǒng)的工作都是減少噪聲的優(yōu)化目標(biāo)。這些改變屬于被動噪音控制的范疇。
聲音的品質(zhì)是另外一個重要特征。由于人們感知聲音的方式的原因，一些頻率類別的出現(xiàn)比其他的更為令人討厭。由于壓縮機發(fā)出的不同的頻率范圍的聲音，降低噪音是可以實現(xiàn)的。因此，設(shè)計者不僅將精力集中在縮減噪音方面，同時也將轉(zhuǎn)移噪音峰值，避免設(shè)備相互干擾以達(dá)到更好的效果。
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