壓縮機(jī)作為任何空調(diào)產(chǎn)品的心臟，在空調(diào)技術(shù)的發(fā)展中扮演了最為重要的角色，每一次壓縮機(jī)技術(shù)革新的同時，市場上將出現(xiàn)采用圍繞這種技術(shù)所開發(fā)出的一系列新的空調(diào)產(chǎn)品。但是同時對于廣大消費(fèi)者來說，由于缺乏這方面的專業(yè)知識，所以對于這種新的技術(shù)出現(xiàn)后我們也不可避免地可以聽到兩種截然不同的聲音，對于是否為最先進(jìn)技術(shù)的爭論也普遍存在于不同的產(chǎn)品領(lǐng)域。在壓縮機(jī)這個行業(yè)中，由于同時存在多種技術(shù)，技術(shù)分析將變得更為專業(yè)，但是不管如何，一種壓縮機(jī)的形式是不可能覆蓋所有的空調(diào)種類的，如螺桿式壓縮機(jī)目前不可能運(yùn)用在家用分體空調(diào)上，同時一種空調(diào)的形式下很可能有兩種以上的壓縮機(jī)形式，如變頻多聯(lián)機(jī)中的渦旋式和雙轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)。是否適用、哪個更好的問題更多地取決于這種空調(diào)將針對哪些客戶，這些客戶對于使用這種產(chǎn)品的具體需求是什么。

技術(shù)背景分析

隨著能源緊缺問題再次被引起重視和環(huán)保意識的加強(qiáng)，任何空調(diào)都希望將節(jié)能和環(huán)保作為技術(shù)研發(fā)的方向，以期待通過技術(shù)的領(lǐng)先擴(kuò)大市場占有率。變頻多聯(lián)機(jī)主要針對辦公及房產(chǎn)項(xiàng)目，與之有關(guān)的背景技術(shù)如下：

1.出于保護(hù)臭氧層及減少地球溫室效應(yīng)的要求，根據(jù)蒙特利爾協(xié)議和京都議定書的要求， HFC 制冷劑將取代以R22 為代表的HCFC 制冷劑，二氧化碳的排放量需進(jìn)一步降低，

至2010 年日本、加拿大等國家將全面禁止使用R22，至2015 年氟利昂制冷劑將被消減

至10%，并最終只能在維修中使用。從2004 年開始，國內(nèi)市場中的主流廠家的變頻多聯(lián)機(jī)已普遍使用新冷媒 R410A。

2.高節(jié)能性要求，參考 9月 1日開始實(shí)施的變頻多聯(lián)機(jī)節(jié)能國家標(biāo)準(zhǔn)，滿負(fù)荷 COP在實(shí)際運(yùn)行中占的比例僅為 10%，變頻多聯(lián)機(jī)的大部分時間均處于部分負(fù)荷下運(yùn)行。在行業(yè)內(nèi)，高部分負(fù)荷 COP的變頻多聯(lián)機(jī)才是真正節(jié)能的理論也得到廣泛認(rèn)可。

直流變速雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)

雙氣缸的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)(2-cylinder type rotary compressor)在 1985年首次應(yīng)用在商業(yè)空調(diào)上，而在日本，1981年首次將渦旋式壓縮機(jī)應(yīng)用到汽車空調(diào)，1983年開始運(yùn)用在廂式空調(diào)上。1988年首次出現(xiàn)變頻控制的雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，由于變頻控制具有更大的控制范圍，使得機(jī)器容量的調(diào)節(jié)能力提高了 1倍。1993年直流變頻雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)技術(shù)開發(fā)成功，1998年，推出日本首臺 R410A冷媒空調(diào)機(jī)搭載的就是最新的直流變速雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，由于能夠更高效的發(fā)揮出 R410A的效率，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的技術(shù)被進(jìn)一步推廣。

圖 1是直流變速雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的剖面圖，該型號是針對環(huán)保制冷劑 R410A設(shè)計。將機(jī)械部分設(shè)計在壓縮機(jī)殼體的底部，而集中繞組式直流無刷馬達(dá)配置在上部。該馬達(dá)將對氣缸進(jìn)行驅(qū)動。

在機(jī)械部分的開發(fā)上，將排氣容積最佳化，余隙容積最小化，改良機(jī)械部分的密封性，降低滑塊部分的摩擦等，以發(fā)揮 R410A高壓力小流量的最佳特性。關(guān)于冷媒潤滑油方面，采用可與 R410A冷媒互溶的人工合成物多酯油，并改良其分子結(jié)構(gòu)使其抗水解性提高，以確保其恰當(dāng)?shù)臐櫥圆⒕S持壓縮機(jī)構(gòu)的密封性。一系列的技術(shù)革新使壓縮機(jī)的效率可以在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件范圍內(nèi)獲得提高。

在電機(jī)部分，將高磁力的稀土類磁石嵌入轉(zhuǎn)子核心內(nèi)部的內(nèi)置式馬達(dá)(Interior PermanentMagnet,IPM)，磁阻扭矩可以被有效利用，馬達(dá)效率大幅提高。如圖2 顯示的是近似于實(shí)際使用運(yùn)轉(zhuǎn)情況下不同轉(zhuǎn)速的總效率，采用新的直流電機(jī)后，所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的效率均得到提高，在中、低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)特別杰出。當(dāng)室內(nèi)溫度接近設(shè)定溫度時，壓縮機(jī)在中低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時間比例非常高，在變頻器的控制下，空調(diào)機(jī)在此情況下節(jié)能效果最為顯著。

單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)和雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的區(qū)別

單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)目前廣泛使用在家用分體機(jī)上，由于僅配置一個氣缸，在運(yùn)行中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的震動特性較差，但在高轉(zhuǎn)速下比較穩(wěn)定。在這種特性的影響下也進(jìn)一步限制了將壓縮機(jī)容量做大的可能性，通常情況下使用在 3HP以下的空調(diào)上。雙轉(zhuǎn)子的開發(fā)也是基于解決單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)存在的這兩個局限，雙氣缸在同一轉(zhuǎn)軸上下 180度分布從物理上根本解決了低轉(zhuǎn)速下的震動問題，滑塊的摩擦大幅降低，保證了壓縮機(jī)長期運(yùn)行下氣缸的密封性，延長了壓縮機(jī)使用壽命;雙氣缸的采用同時解決了壓縮機(jī)容量的擴(kuò)大問題，早在 2001年松下就開發(fā)出了 6HP等級的直流變速雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)。由于這兩種壓縮機(jī)的特性完全不同，因此轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的這種傳統(tǒng)稱呼更多地指單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)。

單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)用于 0.8HP-3HP的系統(tǒng)，5HP以下的系統(tǒng)采用單臺渦旋壓縮機(jī)，5-10HP系統(tǒng)通常采用 2臺渦旋壓縮機(jī)的組合，這是很多變頻多聯(lián)機(jī)廠家的設(shè)計思路。但隨著雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的推出，寬廣的運(yùn)行范圍使之能夠覆蓋 3HP以下的家用變頻多聯(lián)機(jī)和 5HP以上商用變頻多聯(lián)空調(diào)。

從渦旋壓縮機(jī)到雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)

對于松下來講，壓縮機(jī)的變陣發(fā)生在第 3代 VRF空調(diào) MMS與第 4代 SMMS之間，一系列有力的數(shù)據(jù)證明，直流變速雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的采用使得 SMMS的性能脫穎而出，而導(dǎo)致這個革命性變化的主要因素來在于制冷劑使用的變化，從 R22到 R410A。

新空調(diào)節(jié)能性更為突出，但是如果僅是更換制冷劑而還的制冷劑 R410A不僅具備環(huán)保的特性，但對于專業(yè)空調(diào)廠家來說，更為關(guān)注的是 R410A 的高效率，與氟利昂制冷劑比較，理論上R410A 的效率是R22 的1.47 倍，R410A的空調(diào)應(yīng)該比 R22的是采用原先的空調(diào)技術(shù)，R410A的高效率很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檠邪l(fā)人員必須認(rèn)真對待 R410A的另外一個顯著特征：1.6倍的高壓力。

由 R410A高壓力引起的以下 2個技術(shù)難題必須找到解決方案：

1)在壓縮氣缸內(nèi)的壓力差將顯著增加，壓縮腔內(nèi)的密封性要求高于 R22的壓縮機(jī)。

2)作用在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸上的徑向力的增加將使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動起來消耗更多的電量。

以上 2個技術(shù)難題對于將采用 R410A制冷劑的壓縮機(jī)都是必須克服的，但是不同形式的壓縮機(jī)由于物理結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響下，解決方案將不同，但很有可能存在暫時無法解決這些問題的可能。有限的解決這兩大的問題并不意味著就無法使用這種新型的制冷劑，但與完全解決這些問題的壓縮機(jī)比較的話，前者只能實(shí)現(xiàn)環(huán)保的作用，但是效率方面并無實(shí)質(zhì)性的提高，市場上確實(shí)有這種產(chǎn)品的存在。但是后者的空調(diào)系統(tǒng)將變得即環(huán)保又高效節(jié)能，目前看來，諸如此類擁有真正成熟技術(shù)的產(chǎn)品在市場上也擁有更持久的生命力，并為下一代的產(chǎn)品開發(fā)積累重要的數(shù)據(jù)。

以下是雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)和渦旋壓縮機(jī)在解決這些問題的措施和結(jié)果1) 密封性問題的解決：更多得益于壓縮腔原有的物理結(jié)構(gòu)，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)每個氣缸中高壓

部分和低壓部分僅有一個接觸點(diǎn)，上下氣缸的這個高低壓腔接觸點(diǎn)在力學(xué)上是完全平衡的，因此非常容易對應(yīng)壓力差的增加;渦旋壓縮機(jī)由上下渦旋盤組成，一個固定，另外一個可高速旋轉(zhuǎn)，復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)及高速運(yùn)動中需要保持 4個以上的高低壓腔接觸點(diǎn)的密封性是個較大的技術(shù)難題。

2) 轉(zhuǎn)軸阻力增加的課題：通過大量模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，降低缸體的高度將解決這個難題，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在 R410A下均采用這項(xiàng)技術(shù)。渦旋壓縮機(jī)通過降低缸體高度可減少徑向力，但同時也引發(fā)了轉(zhuǎn)軸軸向力的大幅增加，因此不適合采用該方法。

基于以上兩項(xiàng)措施在不同壓縮機(jī)中使用的結(jié)果，以 5HP為例，R410A型的雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的高度約為 380mm，重量約為 23kg，而同匹數(shù)的渦旋壓縮機(jī)的高度約為 440mm，重量為 35kg。輕型及運(yùn)動部件小型化的壓縮機(jī)在有效降低輸入功率的同時可提高運(yùn)動部件的可靠性，延長壓縮機(jī)的整體壽命。

雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)如何使用最高效

以上的技術(shù)分析更多的集中于物理結(jié)構(gòu)的分析，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)并不能夠覆蓋所有采用 R410A 這種制冷劑的空調(diào)，原因在于各種不同型式的空調(diào)使用特點(diǎn)完全不同，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的效率特征是最為重要的參數(shù)，當(dāng)雙轉(zhuǎn)子應(yīng)用到變頻多聯(lián)空調(diào)機(jī)上時，我們發(fā)現(xiàn)空調(diào)實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用大幅下降，比同類采用直流變頻驅(qū)動、壓縮機(jī)不同的機(jī)型至少節(jié)能 20%以上。

如上圖所示，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下均能保持較高的效率，也就是高效率的點(diǎn)較多，但是滿負(fù)荷下高效率的渦旋壓縮機(jī)在中低轉(zhuǎn)速的情況下效率曲線發(fā)生遞減。滿負(fù)荷下同一水平的效率使得兩種壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況下 COP值相差無幾，但中低負(fù)荷下兩者的效率差距非常明顯，當(dāng)將這些有差距的點(diǎn)累積起來時，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)節(jié)能方面的優(yōu)勢就更為明顯了。變頻多聯(lián)機(jī)廣泛應(yīng)用在辦公、房產(chǎn)等項(xiàng)目中，無論是使用特點(diǎn)還是室內(nèi)外溫度的變化都會使變頻多聯(lián)機(jī)處于不同的工況及負(fù)荷下，部分負(fù)荷是變頻多聯(lián)機(jī)運(yùn)行時間的最長的區(qū)間，

因此，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在節(jié)能性方面更適合變頻多聯(lián)機(jī)。

精確控制及效率

在變頻多聯(lián)機(jī)中除了關(guān)注不同轉(zhuǎn)速下的效率問題之外，壓縮機(jī)本身的轉(zhuǎn)速范圍也將決定實(shí)際運(yùn)行下最小和最大容量的輸出及對應(yīng)的能耗問題。

變頻多聯(lián)控制的空調(diào)系統(tǒng)，特點(diǎn)除了節(jié)能、低噪音、迅速制冷制熱外，消耗最小的電量并按照實(shí)際負(fù)荷精確控制容量的輸出也是最大的特點(diǎn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)模式大致按如下步驟進(jìn)行：

1) 啟動運(yùn)行時，若所有室內(nèi)機(jī)均運(yùn)行，壓縮機(jī)將平滑啟動，并于短時間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)至最高轉(zhuǎn)。

2) 根據(jù)開啟室內(nèi)機(jī)的臺數(shù)并視室內(nèi)溫度與使用者設(shè)定的溫度差，決定壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，

如果達(dá)到某一溫差的公差內(nèi)，將降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速于最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，以保持室溫穩(wěn)定。3) 如果室外環(huán)境溫度對室內(nèi)溫度影響大而無法保持最低轉(zhuǎn)速時，將提升壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速于另一

較高轉(zhuǎn)速或最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

4) 如此來回平穩(wěn)運(yùn)行控制，以為室內(nèi)提供舒適的環(huán)境，壓縮機(jī)必須在不同轉(zhuǎn)速間切換。

雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為 15-120rps，普通的渦旋壓縮機(jī)為 30-120rps，因此在只運(yùn)行極少數(shù)室內(nèi)機(jī)的情況下或室內(nèi)總負(fù)荷極低的情況下，該工況在家庭用變頻多聯(lián)機(jī)時極為常見，此時，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)在 15rps的轉(zhuǎn)速下，精確的輸出結(jié)合極低的耗電量，解決了其他型式的壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速下高能耗的難題。雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)最新的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 10rps的最低轉(zhuǎn)速，低負(fù)荷下效率進(jìn)一步提高。

高節(jié)能性變頻多聯(lián)機(jī)的可靠性

多聯(lián)機(jī)的回油問題始終是困擾研發(fā)人員的技術(shù)難題，當(dāng)超過規(guī)定量的潤滑油與冷媒一同流出壓縮機(jī)進(jìn)入冷媒循環(huán)系統(tǒng)時，壓縮機(jī)構(gòu)將過熱，此時效率將下降，耗電量上升但是容量輸出減少，在更為惡劣的工況下可能出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡死，因而無法壓縮。

外部回油系統(tǒng)可有限地將流出的油回收至壓縮機(jī)，但是不管是主動回油還是被動回油的運(yùn)行，都需要消耗時間。同時室內(nèi)外機(jī)的工況、安裝水平及實(shí)際的管長都將使回油的效率降低。在降低潤滑油的排出量方面，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)采用壓縮機(jī)內(nèi)部油分離機(jī)構(gòu)，將壓縮機(jī)的吐油量控制在傳統(tǒng)渦旋的 1/40的水平，壓縮機(jī)內(nèi)始終保持一定量的潤滑油，再配合外部回油系統(tǒng)的運(yùn)行，壓縮機(jī)的可靠性提升了很多。這些特性的使用為空調(diào)的技術(shù)帶來了又一次突破，室內(nèi)外機(jī)的管長及高差、室內(nèi)第一分支器后最遠(yuǎn)管長等配管技術(shù)大幅度提高，從而擴(kuò)大了高性能變頻多聯(lián)機(jī)的使用范圍。

總結(jié)

對于使用 R410A 冷媒，能力可變幅度大的多聯(lián)機(jī)而言，雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)更有優(yōu)勢。