变速

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关于暖通空调变频技术

能源效率的巨大飞跃
暖通空调市场发生了急剧的变化。变频技术是最为节能的技术,为了满足全球气候调节的需求,这种技术使空调系统设计和建造方式经历了革命性变化。最先接受变速技术的商家获得了某种竞争性优势。

市场需求: 避免系统尺寸超差、降低电费和涌流、提高舒适度和改善工艺是推动可变容量技术的一些关键因素。

调制技术: 调节制冷或空调及供热系统制冷量有多种方式。

旁路法

工作原理:变频压缩机以不同速度运行,产生调制的制冷剂调制质量流量和制冷输出。

“暖通空调用变频压缩机”视频

优点: 更好的供电质量、系统诊断、湿度控制、节能、精确温度控制、噪音小、过程安全、舒适度更高

挑战: 压缩机和驱动器选型、设计师能力确保系统有效且整体可靠。

HVAC 机组优点

更好的供电质量、系统诊断、湿度控制、节能、精确温度控制、噪音小、过程安全、舒适度更高。

变频压缩机技术为空调系统带来了新的机会,首先是在建筑能效方面,这种技术降低了能耗和运行成本。 

此外还提高了功率因数,从而产生了更好的供电质量以及更好的系统诊断和开放通信协议,方便了设备维护。 

不断根据冷却需求进行调整的能力有助于提高节能效果,对温度进行精确控制。

这种压缩机的输入功率与制冷量相匹配。机组可以有效应对温度变化,并运行在部分负载工况下,与定速或机械调制压缩机相比,每年可以节约超过 30% 的电费。温度控制保持稳定,这有助于以最佳方式保证工艺安全,并提高舒适度。总而言之,这意味着节约建筑能源。

制冷量调节降低了电力需求峰值,这还有助于提高电网稳定性和供电质量。

软启动控制可以使涌流接近为零,并提高能效比:

  • 直接启动式 (DOL) 压缩机在达到运行速度之前,起动电流是其额定电流的 5-6 倍。传统定速压缩机会产生 8-12 次启/停循环,而且每次启动时从电源消耗非常高的电流,这给电源和压缩机机械零件带来了非常大的功耗和应力。
  • 大多数变频涡旋压缩机采用软启动,可以避免扭矩激增。同时防止给机器带来较高的机械应力,降低维修成本和磨损。低起动电流还有助于节约电力公司的固定费用(计算峰值电流),降低电源和备用电力负载。

 

变频压缩机的其他优点:

  • 湿度控制更加合理,机组甚至可以用于水疗设施,这要归功于机组能力调节以及对蒸发温度的更好控制。
  • 部分负载运行期间,噪音小于传统开关式系统。
    除了拥有所有变频压缩机和技术的基本优点之外,丹佛斯商用压缩机还配备专为协同工作设计的预验证变频压缩机和驱动器。

 

这给制造商、咨询工程师和最终用户增添了一系列优势:

  • 减少了系统内组件的数量
  • 提高了可靠性和运行连续性
  • 更容易实现技术
  • 降低应用成本
  • 更快进入市场。

 

图 1

采用不同压缩机构造的制冷系统能耗。针对低压力比应用(屋顶机),模拟得出的 10-30TR 压缩机的平均能耗指数; 指数 100 = 丹佛斯变频涡旋 VZH 能耗。

图 2

建筑标准负载曲线。
满负荷运行所占百分比很少。暖通空调系统专用于峰值状态(图片右侧)。这些工况并非是设备大部分运行时的情况。该图表显示了每种工况的常年气候数据和运行小时数(每年的 %)。 

资料来源: 丹佛斯暖通空调工具

丹佛斯变速技术优点
实现变速技术的挑战和误解

压缩机和驱动器选型、设计师能力确保系统有效且整体可靠。

变频驱动器的重要性: 压缩机和驱动器需要具备协同工作的条件,并且适用于专门的用途。驱动器可以调节压缩机速度,防止压缩机运行超限。变频驱动器需要采用专为暖通空调 (HVAC) 或制冷开发的算法。从而确保系统在应用限制内运行。驱动器还可以管控喷油阀或多台压缩机等其他设备。压缩机转速变化时,流过压缩机的制冷剂(和润滑油)量随之增大或减小。驱动器保证压缩机在各种转速下实现最佳润滑。

原始设备制造商在变频系统集成方面的能力: 不是所有原始设备制造商都做好了采用变频技术的准备,这是因为:

  1. 原始设备制造商在实施变频技术方面的能力水平和工程经验存在差异。除了在机械方面拥有丰富经验之外,还必须辅以电子工程技术和控制器开发与编程能力。
  2. 变频压缩机不断改变转速以适应负载要求,与相同技术相比,这会使系统润滑油管理变得更加复杂。如果使用的不是无油压缩机,润滑油管理的掌控就是一个关键问题,而压缩机制造商的经验又会使情况变得千差万别
  3. 压缩机和变频驱动器制造商对原始设备制造商提供的应用支持对系统集成的关键。

 

变速技术误解

变频技术对负载变化反应太慢: 一些变频涡旋的升频/降频速度范围在 0.1s -3.6s 内; 全速运行时,满负载变频器会产生 5-10% 的损失,效率下降 3%。由于满负荷不是主导性工况,因此在机组总体功耗中,这种损失是最小的。

高频运行时润滑油循环得到强化:全速运行时,通过某些变频涡旋进行电子控制的润滑油循环速度可能低于 3%。变频压缩机系统的润滑油管理更加复杂。一些变频涡旋可以在低速和高速下控制润滑油循环,需要最小系统设计容量。

变频器无法用于存在电磁兼容性问题 (EMC) 的情况:某些变频解决方案提供 2 种 EMC 过滤等级,满足欧洲最为严格的电磁干扰标准。

市场对变速容量技术的需求

避免系统尺寸超差、降低电费和涌流、提高舒适度和改善工艺是推动可变容量技术的一些关键因素。

许多制冷和空调系统需要更为有效、紧凑、环保、易于安装和维护的可靠工艺。由于环境条件、居住和使用、照明等因素,一天以及一年内的制冷需求存在很大的差异。

  • 在舒适性制冷方面,医院、IT 和电信设施、工艺制冷等环境可能还需要进行稳定、准确的温度和湿度控制。
  • 在学校、餐馆和办公大楼等应用中,重要的是保证制冷系统能够适应每天多变的负载。
  • 在发酵、生长通道和工业流程等工艺应用中,需要准确设定温度,确保生产质量。

 

三种不同的市场趋势正在汇集,为高效、可持续的解决方案带来新的机遇: 

  • 高能效
  • 智能系统
  • 环境影响

 

节能高效不再是一种选择。能源监管不断增强。全球各地都制定了建筑能源法规和标准,另一方面能源奖励措施也受到越来越多的关注。另外一个全球问题是能源安全。如何确保未来不会遇到能源短缺问题?

暖通空调和制冷系统通常根据峰值需求进行设计,但这种工况只占到实际运行情况的一小部分。这种尺寸超差导致过大设备产生能效损失和额外成本。节能型制冷量调节是一种匹配制冷量与冷却需求,从而满足应用需求的良好途径。

调制技术

调节制冷或空调及供热系统制冷量有多种方式。空调应用中最知名、最常见的方式是: 开关循环、热气旁路、多压缩机并联配置、机械调制(亦称为数字调制)和变频技术。每种方式都有其优点和缺点。

  • 开关循环: 导致在轻载工况下关闭定速压缩机,可能会出现短期循环,降低压缩机使用寿命。压力循环和瞬态损失导致机组效率下降。调节量要么为 100%,要么为 0%。
  • 热气旁路: 需要旁路从出口到吸气侧的一定量气体。压缩机在相同速度下不断运转,但由于旁路的存在,在系统内循环流通的制冷剂质量流量下降,因此制冷量也有所减小。这自然会导致压缩机在旁路运行期间产生毫无意义的运行。调节量在 0-100% 之间变化。
  • 并联配置: 为了提供峰值制冷能力,系统内可以安装多台压缩机。每台压缩机可以运行或保持静止,使机组进行分级制冷。对于三联配置,调节量为 0/33/66 或 100%,串联配置的调节量为 0/50 或 100%。
  • 机械调节压缩机: 这种内部机械容量调节基于周期性的压缩过程,配备一个控制阀,2 个涡管组件分离后,可以使压缩过程停止一段时间。这种方法通过改变平均压缩时间(而非电机实际转速)来改变制冷剂流量。尽管采用 10-100% 制冷量的合理调节比,但随着电机持续运转,机械调节涡管还是产生了非常高的能耗。
  • 变频压缩机: 采用可变频率驱动器(亦称为变频驱动器)使推动压缩机旋转的电机减速或加速。这种方法实际上通过改变压缩机转速来改变制冷剂流量。调节比取决于系统配置和制造商。使用一台变频器时,可以在满载容量的 10%(取决于压缩机型号)和 100% 之间调节。

 

变频器能够优化功率因数并提升电网供电质量

在美国这样的国家,空调的耗电量占总耗电量约 20%。空调和热泵系统采用变频技术之后可以运行在高效的部分负载工作模式下,从而大幅节约能源,此外还有助于提升电网质量。 

功率因数是一个重要指标,可以衡量电力公司为输送电力而必须付出的努力程度。 

提高设备功率因数可以直接影响供电质量。对于电力机构而言,可减少损失并提升服务的可靠性。对于建筑和业主来说,这意味着设备工作效率更高,而且可以参加当地电力公司、州和/或联邦奖励计划。 

功率因数包含位移功率因数(有功和无功功率位移)和畸变功率因数(谐波引起的电力畸变)。

功率因数接近 1,这意味着:

  • 不干扰其他安装设备,
  • 不干扰电源, 
  • 减少损失和提高效率。 

 

使用变频器可以大幅提高功率因数,这是因为位移功率因数接近 1。但畸变功率因数会因为谐波对变压器、电缆、保险丝和断路器产生负面影响。 

丹佛斯变频技术由于直流阻风门的修正拥有低失真和高功率因数(0.98),而其他变频器或机械调节系统的功率因数有的低至 0.60。 

丹佛斯预验证的变频解决方案带来的其他益处: 

  • 任何时候如有需要可提高即时电路电压,从而在电源电压较低时提升运行能力。 
  • 提高交流电感器内的电压,尽量降低成本的同时在整个电源零部件链内降低电流和压力。 
  • 更高的直流链接电压可降低电机电流和损失。 
  • 有功功率因数修正(PFC)能够根据需要开启或关闭,从而获得最优系统功率。
工作原理

变频压缩机的设计原理是利用无级调速变频器进行工作,对压缩机电机进行调速,以满足制冷需求。

这可以是涡旋、回转或往复式、半密封、开放式压缩机,包括螺杆、离心和轴流式压缩机。这种压缩机利用特制驱动器控制压缩机电机转速(单位为转/秒,RPS)。变频压缩机可以在不同速度下工作: 变频压缩机采用特殊设计,可以在不同电机速度下运行,产生调制的制冷剂调制质量流量和制冷输出。

变频驱动器指示压缩机电机的冷却需求。为了准确匹配制冷需求,电机不断调整转速,产生较多或较少制冷量。压缩机和驱动器搭配使用可以提供持续不断的制冷调节。根据变速原理,需要采用适合全速运行的坚固压缩机,以及用于润滑油系统的特制压缩机润滑系统。良好的润滑油管理是确保压缩机使用寿命的关键要求。润滑油管理系统确保在低速下对涡管组件进行充分润滑,并防止全速运行时向润滑油路注入过多油液,使设备保持理想的润滑油循环倍率。

变速视频

丹佛斯变速技术

与传统开关式压缩机或机械调节技术相比,采用丹佛斯变频压缩机解决方案可大幅节约能源。

产品

  • 变频涡旋压缩机 - VZH - 丹佛斯
    变频涡旋压缩机 - VZH

    丹佛斯 VZH 变频压缩机提供高能效和可靠性。在屋顶机、冷水机、精密空调等应用中可节省超过 30% 的能源。

  • 活塞变频压缩机 - VTZ - 丹佛斯
    活塞变频器 - VTZ

    丹佛斯变频活塞压缩机可避免尺寸过大和短循环系统。压缩机会自动调整以适应当前负载。将高效丹佛斯 Maneurop® 活塞压缩机与丹佛斯变频器相结合,由此推出了创新且智能的套装,利用变频技术,确保整个运行范围内的卓越效率,实现精确冷却。

  • Turbocor - 丹佛斯
    Turbocor® 天磁®

    丹佛斯是全球领先的无油压缩机制造商,也是丹佛斯 Turbocor天磁® 压缩机的先锋,这是全球首款用于暖通空调行业的无油压缩机。

  • Turbocor® 天磁® - TG - 丹佛斯
    Turbocor® 天磁® - TG

    丹佛斯 Turbocor® 天磁® TG 无油压缩机有四种型号,从 40 冷吨至150 冷吨/ 140 kW 至 540 kW,使用超低 GWP 的 HFO1234ze。

  • Turbocor® 天磁® - TT - 丹佛斯
    Turbocor® 天磁® - TT

    丹佛斯 Turbocor® 天磁® 型 TT 无油压缩机有四种不同型号,范围从 60 冷吨至 200 冷吨/ 200 至 700 kW,使用 R134a 或非燃性、低 GWP 值的 R513A。 

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