Компрессоры Digital Scroll

На выставке AHR EXPO, прошедшей в марте 2003 года в Чикаго, технология Copeland Digital Scroll  была отмечена наградой за технологические инновации. Этот приз Copeland  получил за разработку принципиально нового компрессора с регулируемой мощностью, идеально подходящего для мультизональных систем. Новые компрессора впервые были представлены на рынке в 2001  году совместно с компанией Samsung в ее новой разработке – мультизональной системе DVM (Digital Variable Multi). К настоящему времени только на Азиатском рынке уже установлено более 15000 систем DVM (расчет по количеству наружных блоков) и началось продвижение этой техники в Европе и Америке.

Что же реально стоит за новой технологией и в чем ее особенности?

Необходимость регулирования мощности
Во многих случаях системы кондиционирования вынуждены работать в условиях, когда количество потребителей меньше максимального расчетного, или они работают с неполной нагрузкой. Это особенно актуально в случае мультизональных систем, когда с самого этапа расчета мы предполагаем возможность неодновременной работы внутренних блоков, и мощность, вырабатываемая наружным блоком, в результате может быть на 30% меньше суммарной мощности внутренних блоков. Однако, если потребителей становится слишком мало, то встает вопрос о необходимости остановки компрессора наружного блока или регулирования его производительности.

Методы регулирования производительности Scroll компрессоров

1) Включение/Выключение компрессора
Этот метод является наиболее простым и применяется в одно-компрессорных установках (самый простой пример – обычный холодильник, который отключает компрессор при достижении нужной температуры в охлаждаемой камере).

2) Несколько компрессоров













Очень распространенный способ, широко применявшийся, например, в супермаркетах, сначала в системах с поршневыми компрессорами, а теперь и со Scroll. Возможность постепенного подключения цилиндров сделала возможным использование компрессоров большой мощности.
Теперь широко распространены системы с двумя или даже тремя Scroll компрессорами, которые в настоящее время используют специальную систему распределения масла между несколькими компрессорами.

3) Двухступенчатый Scroll
Регулирование производительности в таких компрессорах достигается за счет открытия и закрытия специальных клапанов Бай-Пасса. Что позволяет отправлять часть фреона, сжатого компрессором, в область низкого давления (при этом затраты на сжатие фреона, который отправляется через бай-пасс обратно, снижают эффективность работы).
 

4) Компрессор с изменяемой скоростью вращения (Инверторный Scroll)
Распространенное решение. Однако, инверторные scroll компрессора работают эффективно в определенном диапазоне скоростей. Некоторое превышение максимальной скорости является допустимым, но понижение скорости вращения ограничено необходимостью смазки спиралей, которая осуществляется маслом под действием центробежной силы. Таким образом, слишком низкая скорость вращения приводит к недостаточному количеству масла между спиралями, что может нарушить герметичность областей сжатия или  заклинивание.

5) Digital Scroll компрессор
Это новая концепция использует возможность осевого смещения спиралей. Оказалось, что смещение верхней неподвижной спирали всего на 1 мм вверх позволяет компрессору работать на прежней скорости, но без осуществления сжатия и циркуляции фреона. При этом потребляемая мощность составляет всего 10% от номинальной – поскольку сжатия фреона не происходит. При возвращении спирали в рабочее положение компрессор начинает функционировать как обычный скролл со 100% отдачей.
Для управления поднятием/опусканием спирали используется клапан соленоид, который установлен между магистралью низкого давления и специальной камерой находящейся над верхней спиралью компрессора.




























Технология Digital Scroll Compressor
DVM-системы (мультизональные системы с переменным расходом хладагента) работают на основе компрессора Digital Scroll. Такой компрессор обладает отличными техническими характеристиками и легко регулируется электронной системой управления. В числе несомненных преимуществ компрессора Digital Scroll — высокий КПД, широкий диапазон регулирования производительности, надежность и длительный срок службы

Устройство компрессора Digital Scroll
Функционально важные элементы компрессора Digital Scroll — электромагнитный клапан для плавного регулирования давления и электронный терморегулирующий вентиль (ТРВ) для оптимизированного управления расходом хладагента.

Клапан с ШИМ-управлением
Компрессор Digital Scroll работает в двух состояниях: нагруженном и разгруженном. Компрессором управляет внешний электромагнитный клапан, который обеспечивает автоматическое управление холодильными системами на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При подаче на клапан управляющего сигнала напряжением 220 В верхняя спираль приподнимается примерно на 1 мм и между спиралями образуется зазор. В результате, несмотря на то что двигатель работает, компрессор не сжимает хладагент. В нагруженном состоянии производительность компрессора составляет 100%, в разгруженном она равна 0%. Таким образом, клапан с ШИМ-управлением позволяет плавно регулировать давление, которое воздействует на неподвижную спираль и перемещает ее в осевом направлении, вследствие чего компрессор находится то в нагруженном, то в разгруженном состоянии. Когда клапан с ШИМ-управлением обесточен, неподвижная спираль опускается к подвижной (состояние нагрузки). Когда клапан с ШИМ-управлением находится под напряжением, неподвижная спираль отделяется от подвижной (состояние разгрузки). Таким способом регулируется производительность наружного (компрессорно-конденсаторного) блока в соответствии с количеством работающих внутренних блоков и их весовыми коэффициентами.

Производительность компрессора соответствует среднему времени нахождения в нагруженном и разгруженном состоянии. Например, если в 20-секундном цикле нагруженное состояние длится 10 с и разгруженное тоже 10 с, то средняя производительность составит 50%.
Таким образом, благодаря клапану с ШИМ-управлением компрессор представляет собой самонастраивающуюся систему управления давлением и характеризуется широким диапазоном регулирования производительности — от 10 до 100%.

Электронный терморегулирующий вентиль (ТРВ)
Электронные терморегулирующие вентили каждого внутреннего блока распределяют хладагент, общий расход которого оптимизирован компрессором Digital Scroll с минимальными затратами электроэнергии за счет чередующегося перехода в состояние нагрузки и разгрузки. Внутренние блоки отслеживают не только разницу температур на входе и выходе испарителя, но также и перегрев, температуру внутреннего воздуха в различных помещениях, температурный профиль каждого помещения и на основе этой информации регулируют расход хладагента с дискретностью электронного терморегулирующего вентиля.

Преимущества компрессора Digital Scroll по сравнению с инверторной системой
Компрессор Digital Scroll имеет самый широкий диапазон регулирования производительности: от 10 до 100%
Об инверторных системах часто говорят как о системах, регулируемых за счет изменения частоты источника питания. Диапазон изменения частоты, как правило, составляет от 40 до 120 Гц. Это означает, что диапазон регулирования производительности такой системы будет составлять только от 50 до 100%. Производительность компрессора Digital Scroll изменяется плавно в широком диапазоне, обеспечивая более ровную, без скачков, поддержку заданной температуры.Широкий диапазон производительности обеспечивает больший температурный комфорт

• Точное поддержание заданной температуры
• Быстрая реакция на изменение тепловой нагрузки
• Низкое потребление электроэнергии при пуске
• Отсутствие потребности в дополнительном подогреве

Эффективность Digital Scroll выше инверторного компрессора
Система с компрессором Digital Scroll намного эффективнее существующих на рынке инверторных мультисплит-систем. У инверторных систем есть некоторые присущие им недостатки, касающиеся регулируемого диапазона производительности, эффективности и некоторых других аспектов. Регулируемый диапазон производительности составляет только 50-100% и при этом используется дорогостоящая инверторная система управления. Холодильный контур у таких систем также является сложным, так как имеет байпас, клапаны и для обеспечения возврата масла в компрессор должен быть оснащен дополнительным оборудованием. Кроме того, инверторные системы менее надежны и являются источником электромагнитных помех.

Компрессор Digital Scroll не создает электромагнитных помех

Компрессор Digital Scroll обладает более высокой теплопроизводительностью

• Гарантированная надежность при наружной температуре -20°С. При температуре наружного воздуха -10°C теплопроизводительность превышает 90%.
• Высокий коэффициент энергоэффективности при низкой температуре наружного воздуха.
• При низкой температуре наружного воздуха теплопроизводительность на 8-16% выше, чем у других систем.
• В диапазоне производительности от 80 до 90% (для мультисплит-системы) теплопроизводительность выше.

Испытания проводились в многокамерном калориметре Samsung.

DVM-система на основе компрессора Digital Scroll экономит электроэнергию
Расход электроэнергии в разгруженном состоянии компрессора составляет менее 10% от расхода в нагруженном состоянии.
Для режима работы 6 секунд в нагруженном и 6 секунд в разгруженном состоянии потребление энергии в разгруженном состоянии составляет 10% от потребления при полностью нагруженном состоянии. Давление нагнетания возрастает в цикле нагрузки и затем уменьшается в цикле разгрузки. Аналогично давление всасывания уменьшается в цикле нагрузки и увеличивается в цикле разгрузки.
Давление изменяется от одного крайнего до другого крайнего значения в течение долей секунды (в среднем приблизительно за 0,4 секунды). Во время перехода компрессора из одного состояния в другое его КПД намного меньше КПД того состояния, к которому осуществляется переход. В результате фактическая средняя производительность компрессора меньше средней производительности, определенной с учетом только устойчивых состояний. Это означает, что чем короче время перехода компрессора из одного состояния в другое, тем выше эффективность его работы.

Компрессор Digital Scroll имеет большую конкурентоспособность

• Повышение возможностей предприятия, использующего электронную технологию Samsung
• Простая система управления — высокая надежность, легкая диагностика, низкая стоимость ремонта
•  Конкурентоспособная цена — цена компрессора Digital Scroll составляет 81% от цены инверторного компрессора

Преимущества технологии Digital Scroll

Компрессоры, применяемые во внешних блоках DVM систем Samsung
RVMMH120GZ = ASSY COMP-PWM;ZRD61KC-TFD,10HP HEAT PUMP
RVMMH140GZ = ASSY COMP;MUFH-1S11B,380V 50HZ
RVMMH140EZ = ASSY COMP;MH140FXGZ,ZRD68KC-PFZ
RVMH100GAM3SER = ASSY COMP-PWM;RVMH100H1M0,ZRD72KC-TFD+ZR
RMAH140GAM0SER / RMAH160GAM0SER = ASSY COMP;DVM PLUS,PWM(ZRD72KC-TFD) и ASSY COMP;DVM PLUS,PWM,ZRDT14MC-TFD
RMAH180GAM0SER / RMAH200GAM0SER = ASSY COMP;DVM PLUS,PWM,ZRDT14MC-TFD и ASSY COMP;DVM PLUS,PWM(ZR144KC-TFD)
RMAH220GAM0SER / RMAH240GAM0SER / RMAH260GAM0SER = ASSY COMP;DVM PLUS,PWM(ZRD72KC-TFD) и ASSY COMP;DVM PLUS,PWM,ZRDT14MC-TFD и ASSY COMP;DVM PLUS,PWM(ZR144KC-TFD)
RMAH280GAM0SER / RMAH300GAM0SER = ASSY COMP;DVM PLUS,PWM,ZRDT14MC-TFD и ASSY COMP;DVM PLUS,PWM(ZR144KC-TFD)