Вътре в компресора Midea PortaSplit: Как архитектурата на мини-сплит системите стана преносима

Midea произвежда повече компресори за битови климатици годишно от която и да е друга единична компания — индустриалните оценки от JARN (Japan Air Conditioning, Heating & Refrigeration News) поставят производството им на компресори над 60 милиона единици годишно в собствени и свързани заводи. Този мащаб дава на Midea инженерно и верижно-снабдителско предимство, което по-малките марки не могат да достигнат: когато решиха да миниатюризират платформата на своя компресор за фиксирана инсталация в PortaSplit, те адаптираха платформа, вече усъвършенствана през стотици милиони часове експлоатация на терен. Разбирането какво промениха — и какво не можеха да променят — обяснява защо PortaSplit работи по начина, по който работи.

Какъв тип компресор използва Midea PortaSplit?

Midea PortaSplit използва ротационен компресор с търкалящо се бутало — същият основен тип, който се използва в гамата мини-сплит системи за фиксирана инсталация на Midea. При ротационния компресор с търкалящо се бутало цилиндричен ротор, монтиран ексцентрично вътре в цилиндър, създава непрекъснато движеща се камера за компресия във форма на полумесец, докато се върти, засмуквайки хладилни пари от едната страна и компресирайки ги до високо налягане от другата. Двигателят, задвижващ ротора, е от тип BLDC (безчетков постояннотоков), управляван от честотно-регулируемо задвижване (VFD — инверторна верига, която променя честотата на електрозахранването на двигателя, за да променя непрекъснато скоростта на компресора между приблизително 20 и 120 Hz).

Този ротационен дизайн беше избран пред алтернативни типове компресори специално защото може да бъде произведен в много компактни форми, работи с една подвижна част (ротора) и понася променливия работен цикъл на инверторно задвижвана система без проблемите с износване на клапаните, които засягат буталните компресори при частично натоварване. Ротационният компресор на Midea за PortaSplit е с размери приблизително 95 × 120 mm — достатъчно малък, за да се побере в корпуса на външното тяло заедно с кондензаторната бобина и вентилаторния възел, като запазва общото външно тяло под 20 kg.

Как Midea смали платформата на стенен сплит компресор в преносимо външно тяло?

Адаптирането на стенен сплит компресор за преносима употреба изискваше решаването на три отделни инженерни проблема. Първо, изолация на вибрациите: външните тела на фиксираните мини-сплит системи са закрепени с болтове към твърди стенни конзоли, които поглъщат вибрациите; преносимо външно тяло може да стои на перваз на прозорец, балконна маса или неравна повърхност. Midea реши това с двойно изолиращо монтиране — гумени антивибрационни опори между тялото на компресора и стоманената му подрамка, плюс втори изолационен слой между подрамката и външния корпус — намалявайки предаването на структурен шум към сградната конструкция с приблизително 12 dB в сравнение с директно монтиране.

Второ, оптимизация на зареждането с хладилен агент: PortaSplit използва R32 (дифлуорометан, GWP 675, A2L леко запалим) при маса на зареждане, проектирана да функционира правилно в целия диапазон от ориентации и дължини на хладилните линии, които инсталацията на терен позволява. Фиксираните мини-сплит системи се зареждат прецизно за известна дължина на тръбата и разлика във височината; PortaSplit трябва да поеме линия от 3 до 10 метра при разлика във височината от 0 до 5 метра. Решението на Midea е алгоритъм за зареждане, вграден в управляващия софтуер, който извежда състоянието на хладилния агент от сензорите за налягане на засмукване и нагнетяване и регулира скоростта на компресора, за да поддържа оптимално прегряване на изпарителя (степента, с която температурата на хладилните пари на входа на компресора надвишава температурата на насищане при налягане на засмукване, обикновено насочена към 5–8°C).

Управление на маслото: инженерното предизвикателство, което забави преносимите сплит системи с десетилетие

Най-недооцененото препятствие при миниатюризирането на сплит компресор за преносима употреба е управлението на смазочното масло. Ротационните компресори се смазват с полиолестерно (POE) масло, което циркулира с хладилния агент и трябва надеждно да се връща в картера на компресора независимо от ориентацията и височината на свързващите хладилни линии. При фиксирана инсталация маршрутите на тръбите са известни и проектирани за връщане на маслото. При преносимо тяло потребителят може да прекара линията през рамка на прозорец, покрай перваз или надолу по стена — всяко от които може да създаде ниски точки, където маслото се събира. Midea вгради алгоритъм за връщане на маслото, който периодично пуска компресора на повишена скорост за 30–60 секунди, за да изтласка събралото се масло обратно от линията, задействан от общите работни часове и отклонението в прегряването — функция, документирана в сервизния наръчник на Midea, но невидима за крайния потребител.

Как честотно-регулируемото задвижване на PortaSplit управлява скоростта на компресора?

VFD във външното тяло на PortaSplit преобразува входящото захранване от мрежата 230 V / 50 Hz в постояннотокова шина с променлива честота и променливо напрежение, която задвижва BLDC двигателя на компресора. Контролерът следи пет сензорни входа — вътрешна и външна околна температура, налягане на засмукване, налягане на нагнетяване и температура на вътрешната бобина — и изчислява необходимата честота на компресора на всеки 30 секунди, използвайки пропорционално-интегрален (PI) контролен контур. Когато стайната температура е далеч над зададената точка, компресорът работи на висока честота (висок капацитет); докато стаята се приближава към зададената точка, честотата намалява и тялото се установява в нискоенергийно поддържащо състояние.

Тази непрекъсната модулация е причината PortaSplit да постига SEER от 7.0–7.5, когато много от неговите конкуренти достигат само 5.5–6.5. Компресорът рядко работи на пълно натоварване — състоянието на високо натоварване, което определя EER (Energy Efficiency Ratio, моментното съотношение на охлаждащата мощност към електрическата входна мощност в една стандартна тестова точка). SEER улавя ефективността при частично натоварване, която характеризира реалните европейски летни условия, където външните температури надвишават 35°C само за част от общите работни часове, а инверторът прекарва по-голямата част от времето си при 30–60% капацитет.

Как компресорът на PortaSplit се сравнява с Trotec и Qlima в същия клас?

И трите марки използват ротационни компресори с търкалящо се бутало от азиатски производители от Tier 1 или Tier 2, отразявайки почти всеобщото приемане на този тип в битовите мини-сплит системи в световен мащаб. Значимите разлики се крият в управляващия софтуер, прецизността на спецификацията на зареждането и дълбочината на диагностиката, достъпна за сервизните инженери. Предимството на Midea е вертикалната интеграция: те произвеждат компресора, платката на VFD контролера и компонентите на хладилната верига в рамките на една и съща корпоративна група, което позволява по-стегната настройка между хардуера и софтуера в сравнение с марки, които доставят компресори от трети страни.

Граничният случай на топлинна помпа EVI: какво се случва с компресора под 5°C

Някои варианти на Midea PortaSplit, предназначени за пазарите в Северна Европа, включват Enhanced Vapour Injection (EVI) — дизайн на компресора, който инжектира поток хладилен агент с междинно налягане директно в камерата за компресия по средата на хода. Това повишава ефективната топлинна мощност на компресора при ниски външни околни температури (под 5°C) с приблизително 15–25% в сравнение със стандартен ротационен дизайн и поддържа използваема топлинна мощност на помпата до приблизително -15°C външна околна температура. EVI изисква по-сложно тяло на компресора с допълнителен порт и инжекционен клапан, добавяйки приблизително €60–80 към производствената цена — което е причината да се появи само на премиум и оптимизираните за топлинна помпа варианти на PortaSplit, а не в цялата гама.

Инженерите по ОВК, които са обслужвали както фиксирани мини-сплит, така и преносими сплит тела, отбелязват, че качеството на вътрешното монтиране на компресора на Midea PortaSplit е видимо по-близо до стандартите за фиксирани тела, отколкото при бюджетните преносими дизайни — заглушаването на вибрациите и качеството на хладилната линия в частност отразяват производствения опит на производител, който прави десетки милиони външни тела за стенни сплит системи годишно.

Инженерингът на компресора на PortaSplit обяснява както предимството му в производителността, така и постоянния проблем с търсенето: производството на вертикално интегриран инверторен ротационен компресор по стандартите на мини-сплит системи в преносим мащаб струва повече и отнема повече време, отколкото сглобяването на бюджетен моноблок, което е причината производствените обеми никога да не съответстват напълно на търсенето при европейските горещи вълни.