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漫谈多联机

漫谈多联机. 清华大学 彦启森 2005 年 10 月. 漫谈多联机. 前 言 多联机真完美吗？ 多联机尚需提高 结束语. 前 言.  多联机的定义 多联机的分类 多联机的特点 多联机的现状. 前言 — 非常熟悉的多联机系统. 前言 — 多联机的定义. Varied Refrigerant Volume ，简称 VRV 变制冷剂流量空调系统 学术名称： VRF （ Variable Refrigerant Flowrate ）

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漫谈多联机

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  1. 漫谈多联机 清华大学 彦启森 2005年10月

  2. 漫谈多联机 • 前 言 • 多联机真完美吗？ • 多联机尚需提高 • 结束语

  3. 前 言 多联机的定义 多联机的分类 多联机的特点 多联机的现状

  4. 前言—非常熟悉的多联机系统

  5. 前言—多联机的定义 • Varied Refrigerant Volume，简称VRV 变制冷剂流量空调系统 • 学术名称：VRF （Variable Refrigerant Flowrate ） • GB/T 18837-2002多联式空调（热泵）机组：Multi-connected air-condition(heat pump) unit 多联机通过控制 压缩机制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，以适时室内冷、热负荷要求 冷剂式空调系统或直接蒸发式制冷系统

  6. 前言—多联机的分类 • 单冷型：仅向室内房间供冷 • 热泵型：夏季向室内房间供冷、冬季供热 • 热回收型 ：一部分房间供冷，同时一部分房间供热 • 2管制系统：室外机到室内机之间的连接管为2根：气体管、高压液体管 • 3管制系统：室外机到室内机之间的连接管为3根：低压气体管、高压气体管、高压液体管 • 蓄热型：利用夜间电力将冷量/热量贮存在冰/水中，改善白天运行性能，实现节能与移峰填谷 • 制冷：降低冷凝温度，增大过冷度 • 制热：提高蒸发温度

  7. V4 V1 EV1 EV2 EV3 V3 V2 室外机 冷热 转换器 室内机组 2管式热回收型多联式空调机组

  8. 室外机 室内机组 EV0 EV1 EV2 EV3 3管式热回收型多联式空调机组

  9. 前言—多联机的特点 • 容量自由组合 8～48 HP 系统简单 设计灵活 室外机位置任意、作用半径大 精确控制室内温度 节能 室内机独立控制、室外机变频 安装简便 可靠性高

  10. 前言—多联机的现状  良好的中小型中央空调系统方案 几乎誉为可以一统天下但是：  多联机的发展历程才20年，一定存在 诸多不明的问题，需要提出加以讨论  多联机运行特性的主要研究方法是实 验研究，其仿真研究才刚刚起步  提出以下问题，希望引起大家的关注，并在实践中逐步回答并加以解决

  11. 多联机真完美吗？ ••发展至今多联机真那么完美吗？节能 精确控制室温 高可靠性 ••是系统本身的问题？还是尚待解决的问题？

  12. 完美吗？—性能系数 样本 (配管等效7.5m） 3.5 3.0 2.5 2.0 EER(W/W) 1.5 1.0 0.5 0 60 0 20 40 80 100 120 140 制冷量(kW)

  13. 2001year:COP=4.61 多联机 完美吗？ —性能系数 2004R/Y 2007R/Y Target COP by “Top Runner Method” 3.23 2.96 2.76 2.59 2.46 1996year Packaged Air Conditioner Room Air Conditioner

  14. 室外机 高压气管 压缩机r 换热器 气液分离器 CH P T g a s g a s , 0 室内机0 液管 P T EV1 L i q CH l i q , 0 P T g a s g a s , 1 室内机1 P T L i q EV2 l i q , 1 CH CH CH CH CH P T g a s g a s , 2 室内机2 P T EV3 L i q CH l i q , 2 T P g a s , 3 g a s 室内机3 低压气管 T P l i q , 3 EV4 L i q CH T g a s , 4 室内机4 P T EV5 l i q , 4 完美吗？—性能系数 T e x 实验机组 T T s u , 2 s u , 1 • 5个室内机 • 制冷剂：R407 • 3管热回收型系统 • 作用半径约40m P H i g h , g a s P l i q P L o w , g a s 地点：列日大学 P g a s L i q

  15. 完美吗？—性能系数 试验:室外温度 负荷 COP基本不变 3.00 2.50 2.00 COP 1.50 1.00 0.50 0.00 15 20 25 30 35 40 室外温度 ℃ 30% < 部分负荷 < 50% 部分负荷 = 50% 50% < 部分负荷< 60%

  16. 完美吗？ —作用范围 关注压力分布 确定作用半径 实际配管长度 100~150m 等效配管长度 115~175m 总体高度差 50m 室内机间高差 15m 30？ 第一分支至最远 40m

  17. 完美吗？ —作用范围

  18. 完美吗？ —能耗问题 配管长度影响—流动阻力 R22吸气管阻力 铜管OD t=0.04℃/m mm p=731 pa/m 18 5.84 kW ( 7.0m/s) 22 10.31 (14~21/11.7~16.1) 28 20.34 (28~36/12.7~16.3) 35 37.31 (45~54/12.7~15.2) 42 61.84

  19. 完美吗？ —能耗问题 配管长度影响—系统能力 制冷量 吸气管阻力 压缩机  Qe Q0 室内机（总和, tn）    蒸发温度 t0 te t‘

  20. 完美吗？ —能耗问题 配管长度影响—系统能力 吸气管阻力压缩机吸气压力降低，制冷能力下降，每℃约3％的容量修正率： 等效长度 30m 50m 80m 100m 120m 150m 制冷 t℃ 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11 0.93 0.89 0.83 0.78 0.74 0.68 制 热 0.99 0.99 0.97 0.97 0.96 0.95

  21. 完美吗？ —能耗问题 配管长度影响—系统能耗 EER 1.9 ～ 2.4 lg p 流动阻力 吸气压力下降、过热增加 系统EER相应下降，每℃约3% h

  22. 完美吗？ —能耗问题 20 15 10 5 0 配管阻力的影响 室外机：吸气压力降低 制冷量减小 室内机：蒸发温度提高 制冷量减小 制冷量 室外机 M O kW 3” 3室内机 3’ 2” C B A E 室内机 2’ 1 0 5 10 15 20 25 30 蒸发温度 ℃ p23 p12 p

  23. 70 80 90 100 60 50 40 L (m) 30 20 10 Z m 5 Qe/Qe* 完美吗？ —能耗问题 室内机在上

  24. 70 80 90 100 60 50 40 L (m) 30 20 10 Z (m) 5 EER/EER* 完美吗？ —能耗问题 室内机在上

  25. 完美吗？ —性能对比 比 类 型 系统能效比 水－风 单元机3.0~3.4 水－水 大型2.8~3.2 风－风 小 型2.8~3.2 中 型2.3~2.6 多联机1.9~2.4 风－水 中小 型2.2~2.5

  26. 完美吗？ —室温控制 恒定室内机电子膨胀阀过热度 1. 基本不能调节供冷量 2. 导致 ON/OFF 控制 3. 未实现精确控制室温 4. 也不能保证低过热度

  27. 室温波动严重 完美吗？ —室温控制 实验：同上

  28. 完美吗？ —室温控制 吸气饱和温度约0oC 吸气饱和温度约40oC

  29. 多联机尚需提高 提高设计水平 提高机组系统水平

  30. 多联机 —缺点、问题 • 多联机的缺点 • 长管路：导致能力衰减 • 制冷剂充灌量大：微小泄漏导致系统不能正常运行 • 充灌回油：系统运行可靠性 • 目前存在的问题 • 能耗问题：能效比普遍偏低 • 调控问题：室内控温精度并非想象那样好 • 可靠性问题：系统的可靠性尚有待于提高 • 容量设计问题：能否超负荷运行？

  31. 多联机 —设计要点 系统布局要思考 需要考虑室内机和室外机的相对位置关系

  32. 多联机 —设计要点 制冷模式 —室外机在下部 上升高压液体管需克服重力损失，防止液体闪发 制热模式 —室外机在上部 高差越大，要求压缩机排气压力越高 ••高压液体远距离传输 可能出现沿程闪发和液体回流 ••膨胀阀的容量 要考虑室内机在任何位置都有良好调节特性

  33. 室内机组 多联机 —设计要点 室外机 • 制冷剂远距离传输的必要条件 • 液体过冷 • 过冷方法 • 回热循环 • 液体旁通节流 • 冰蓄冷应用 室外机 室内机 再冷器

  34. 多联机 —设计要点 作用半径适当 控制吸气管阻力损失

  35. 作用半径对比 —供热 COP m

  36. 作用半径对比 —制冷 EER m

  37. 多联机 —设计要点 各房间空气参数应相差不大 否则：适应低参数 增加能耗

  38. 多联机 —设计要点 各房间负荷基本均匀调节 能效好，除湿不保 避免台数启/停控制 能效较差，除湿好

  39. 多联机 —提高机组水平  R410A  均油与回油措施  系统的控制问题 • 控制策略：兼容性、可扩展性、经济性 • 室内机的调控精度： • 系统的稳定性：调节过程有无振荡现象  关于数码涡旋压缩机

  40. 多联机 —R410A R410A的配管 φ15.88 7.1~14.0 kW 7.93~15.86 m/s φ19.05 25.5 18.84 φ22.22 28.0/25.5 14.64/13.40 φ25.40 33.5~ 40.0 / 28.0 13.03~15.59 / 10.93 φ28.58 45.0~ 68.0/ 33.5~ 40.0 13.70~20.56 / 10.10~12.08 φ31.80 73.5~ 96.0 /45.0~ 68.0 17.64~23.09/ 10.9~16.35 φ38.10 101~136.0 /73.5~136.0 17.28~23.18/12.5~

  41. 多联机 —R410A R410A 制冷剂吸气管路流速与R22系统基本相当 吸气管路流动阻力也基本相当 但是：吸气管制冷剂温度～7℃时，每变化1℃ R22的压力变化为 约 18720 Pa R410A 约 29590 Pa 二者之比约为 0.65 因此：吸气管等效长度100m 修正系数约0.85 大大提高系统能效

  42. 富油：关闭；缺油：开启 去冷凝器 来自蒸发器 No1 No2 多联机 —回油问题 多台并联压缩机的自动均油方案 去冷凝器 来自气液分离器 均压管 No.1 No.2 均油管 去冷凝器 均油管 油分离器 电磁阀 来自气液分离器 E E No.1 No.2

  43. 多联机 —回油问题 变频多联机运行过程中的回油措施（例） • 压缩机出口加装高效油分离器 • 回油运转：启动后x h 及此后每运转y h 进行 z min 的回油运转（高频运转） • 室外机： • 风机停，电子膨胀阀全开 • 室内机： • 制冷工况：运转的室内机，电子膨胀阀全开 • 停运的室内机，风机停， • 电子膨胀阀开70％ • 制热工况：全部室内机的电子膨胀阀全开

  44. 多联机 —室温控制问题 • 室内机风速由用户设定，不能作为调节手段（自动模式除外） • 目前控制策略普遍存在的问题 • 基本不能调节制冷量 • 实际表现为ON/OFF控制 • 控温精度不高 • 最小过热度不能保证，导致回液，增大吸气管的沿程阻力，使室内外机组的制冷能力均下降

  45. 多联机 —室温控制问题 室温控制的稳定性 • 控制策略确定：规则控制 • 控制算法设计：了解换热器、膨胀阀特性 • 电子膨胀阀的选择 • 与室内机设计容量、室内机的安装位置有关 • 制冷时 • 安装在最低位时，前后压降最大，膨胀阀容量增大，在调节过程中是否可能出现振荡现象？ • 安装在最高位时，前后压降最小，膨胀阀容量最小，全开时容量可能不够 • 制热时：需急开型膨胀阀，或采取其它措施

  46. 多联机 —数码涡旋 杂质 确保涡旋盘接触 允许涡旋盘向一侧分离 使杂质和流体通过 而不损坏涡旋盘 径向柔性 6 Scroll

  47. 浮动密封 上涡旋盘 (静盘) 下涡旋盘 (动盘) 多联机 —数码涡旋 • 维持涡旋盘端面恒定、均匀的压力 • 浮动密封是关键 • 优化端面负荷 • 维持压力平衡 • 消除泄漏 轴向柔性

  48. 动、静涡旋盘间分离1亳米 多联机 —数码涡旋 • 卸载控制—吸气旁通的极限情形 • 数码涡旋 • PWM电磁阀 • On:加载 • Off:卸载

  49. 多联机 —数码涡旋 • 数码涡旋的卸载控制 • 最佳周期时间：与容量调节比例呈反比趋势，容量调节比例越低，最佳周期时间越长 18 5s 100% 17 5s 16 0% /s 10s 15 14 最佳周期时间 (a) 固定周期时间 13 12 5s 10s 11 10 5s 10s 9 10s 20s 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 /% 容量比率 ( b) (c) 可变周期时间 最佳周期时间曲线

  50. 加载 卸载 多联机 —数码涡旋 • 数码涡旋的卸载控制 • 通过压缩机控制周期性地加载/卸载（on/off）时间的比例（占空比） • 调节压缩机容量 • 实现压缩机10%～100%无级容量调节 周期时间（T＝20秒）

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