VVI技術

噴射變頻渦旋增焓技術簡稱VVI（variable vapor injection）技術，是由海信空調自主研發的（依託於艾默生變頻補氣壓縮機技術）一種低溫熱泵技術，除具有明顯改善熱泵機組低溫制熱量與可靠性特點之外，製冷能力、能效的顯著提升以及除霜周期的加長與化霜時間的縮短也是其突出優勢。

基本介紹

• 中文名：VVI技術
• 外文名：variable vapor injection
• 別名：VVI
• 研發單位：海信空調

技術成果

圖1：壓縮機剖面示意圖

據合肥通用機械研究院出具權威實驗報告顯示，該系列產品與傳統變頻機相比可實現-20℃制熱能力無衰減（相比額定製熱量），制熱量提升45%以上，能效提升20%；-25℃超低溫強力制熱，基本覆蓋我國大多數寒冷地區；與此同時，海信獨創的趨勢干預除霜技術使得除霜時間縮短30%，除霜間隔最長可至6小時，減小房間溫度波動，提高舒適性。

此外，“VVI”模式啟動後，製冷能力同比提升10%，製冷綜合性能係數IPLV（C）提升9%，高出國家一級能效42個百分點；另外，主路過冷度可達25℃(普通系統在5~15℃之間)，使得室內機與室外機最大高度差（室外機在下時）可同比增加10m以上，最長配管長度同比增加30m。

技術突破

首次實現噴射增焓渦旋技術與變頻技術的完美結合，壓縮機剖面示意圖如圖1，專利技術的噴氣增焓結構，降低補氣壓損，提高補氣流量，可變容積比技術(VVR)，顯著改善低壓縮比能效，高效集中卷六極永磁電機有效提升節能效果，柔性液體剎車技術，獨立油泵系統顯著提高壓縮機可靠性，900-7200RPM超寬頻率範圍，適應更多極限使用模式（如單機低風運行、超配全開高風運行）。

全新的ECO雙源雙模式變流量控制技術，首創所有模式均可雙模式切換功能，實現了噴射量最優控制。制熱時以最佳中間壓力做為控制目標；在製冷時以目標主路過冷度做為控制目標；在除霜時，以噴射過熱度做為控制目標，實現了極限與正常工況的兼得。

全新的DSH（排氣過熱度）自適應控制技術，根據補氣膨脹閥是否開啟、壓縮機工作頻率、高低壓力大小等參數，實時調整DSH目標值，合理修正主閥與噴射閥開度，保證了熱泵系統安全、穩定、高效運行。

基於滑模變結構控制理論和魯棒性軟控制技術的FOC驅動技術，使壓縮機在不同的工況條件下，平穩運轉，突破性的實現了三級對直流無刷電機的120RPS的360°正弦波驅動。

技術背景

除吸收式製冷以外，絕對比例的空調機組使用蒸汽壓縮式製冷循環，其中風冷換熱占比最大，家用空調幾乎100%採用此類技術，商用市場占有率60%以上；此類製冷循環多用於普冷區（120K以上）；按照蒸發溫度劃分，可將其分為高溫（>0℃）、中溫（>-60℃）、低溫（≤-60℃）三種，高溫製冷多採用單級壓縮，中溫製冷多採用雙級壓縮，低溫製冷多採用復疊方式。

空調系統多採用單級壓縮風冷換熱系統，此類系統在製冷時一般處於高溫製冷區，可以高效運轉；制熱時一般處於中溫製冷區，受到最低蒸發溫度與最大絕對壓縮比的限制，勢必面臨低溫制熱效果不佳、極限低溫成為“擺設”的困境。

行業內有兩種已大規模使用的方法，一是電加熱輔助，但高能耗、高風險性是其無法避免的問題；二是加大設備投入採用“大馬拉小車”方式，除經濟性差以外，極限低溫無法使用的難題仍未解決。

近些年已經在冷凍行業套用非常成熟的雙級壓縮技術（以雙級壓縮中間完全冷卻和雙級壓縮中間不完全冷卻為代表）被引入空調行業，但實驗數據表明雙級壓縮只在蒸發溫度低於-20℃以下時有一定優勢，理論分析在製冷時（低壓縮比）系統可靠性和能效較難保證。

總之，以上方式均未從根本上解決問題，傳統空調系統陷入製冷與制熱難以兼得的尷尬境地，而噴射變頻渦旋增焓技術除具有傳統變頻空調系統的優良基因外，其“準“二級壓縮的特點，通過VVI模式與普通模式的切換，使得空調系統可同時保證製冷與制熱高效、高可靠性運行。

技術原理

VVI技術由控制模式（軟體）與製冷系統（硬體）兩部分有機結合而成，控制流程簡圖如圖2，製冷系統示意圖如圖3，紅色部分噴射部分。

圖2：控制流程簡圖

傳統補氣空調只能在制熱開啟且必須開啟，而VVI技術通過系統各個零部件的合理選型，實現了所有模式均可實現普通模式與VVI模式靈活切換的功能，制熱模式的冷媒流向如圖4（結合圖3：製冷系統示意圖），製冷（除霜）模式的冷媒流向如圖5（結合圖3：製冷系統示意圖），紅色虛線框能為噴射部分。

圖3：製冷系統示意圖

控制原理為：制熱時通過壓縮機工作轉速、絕對壓縮比、低壓壓力、外環境溫度等系統實時參數判斷是否進入VVI模式，噴射過程中以最佳中間壓力做為控制目標，中間壓力通過高低壓壓力感測器或者內外機盤管溫度耦合計算得出，將噴射節流後溫度轉化為飽和壓力值做為控制對象；在製冷時通過目標過冷度與實際過冷度的對比判斷是否進入VVI模式，噴射過程中以目標主路過冷度做為控制目標，目標過冷度取開機內機所需最小過冷度的最大值；在除霜時，以噴射過熱度做為控制目標。

圖4：制熱冷媒流向圖

圖5：製冷（除霜）冷媒流向圖

工作原理： VVI技術除噴射過程與壓縮過程一齊進行的特點外，其餘理論分析與兩級壓縮中間不完全冷卻一致，圖6為理論情況下的壓焓圖，vvi模式啟動後，經過經濟器的換熱後的過熱製冷劑氣體噴射至壓縮機中間腔，猶如一隻強心劑，使空調系統的心臟動力更加強勁，通過主路過冷度提升（如圖6中3→4），主側質量循環量增大（如圖6的“i“），同時結合壓縮機轉速的大幅提升，三管齊下，在不增加能耗的前提下，大幅提升製冷量、制熱量和能效比。

圖6噴射增焓理論壓焓圖

技術套用展望

我國長江以北地區多以溫帶季風氣候與溫帶大陸性氣候為主，冬季平均氣溫較低，一般在-3℃~-20℃之間，冬季採暖的以集中供暖為主，但部分寫字樓與絕大多數別墅與新住宅無市政供暖，即使覆蓋區域，因熱力管網的分流不平衡、串並聯形式，房間溫度無法滿足舒適性要求的情況占比很大，因此使用空調系統做為制熱工具的需求明顯， APF標準的大範圍實施也體現這點。

VVI技術相比傳統變頻機更適應低溫制熱工況，相比雙級壓縮更適應製冷工況，是一種“折中”的技術方案，是最經濟的方案，除在小型多在線上上套用以外，在大型多在線上（包括壓縮機並聯、模組並聯等）、變頻單元機、冷熱水機都有良好的套用前景。