多元變頻vrv空調系統(tǒng)的工作原理

1、多元變頻VRV空調系統(tǒng)的工作原理1. VRV 空調系統(tǒng)的定義及控制原理 VRV空調系統(tǒng)是在電力空調系統(tǒng)中，通過控制壓縮機的制冷劑循環(huán)量和進入室內換熱器的制冷劑流量，適時地滿足室內冷熱負荷要求的高效率冷劑空調系統(tǒng)。VRV空調系統(tǒng)需采用變頻壓縮機、多極壓縮機、卸載壓縮機或多臺壓縮機組合來實現(xiàn)壓縮機容量控制；在制冷系統(tǒng)中需設置電子膨脹閥或其它輔助回路，以調節(jié)進入室內機的制冷劑流量；通過控制室內外換熱器的風扇轉速積，調節(jié)換熱器的能力。在變頻調速和電子膨脹閥技術逐漸成熟之后，VRV空調系統(tǒng)普遍采用變頻壓縮機和電子膨脹閥。 空調系統(tǒng)在環(huán)境溫度、室內負荷不斷變化的條件下工作，而且系統(tǒng)各部件之間、系統(tǒng)環(huán)境與環(huán)

2、境之間相互影響，因此VRV空調系統(tǒng)的狀態(tài)不斷變化，需通過其控制系統(tǒng)適時地調節(jié)空調系統(tǒng)的容量，消除其影響，是一種柔性調節(jié)系統(tǒng)。其工作原理是：由控制系統(tǒng)采集室內舒適性參數(shù)、室外環(huán)境參數(shù)和表征制冷系統(tǒng)運行狀況的狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)運行優(yōu)化準則和人體舒適性準則，通過變頻等手段調節(jié)壓縮機輸氣量，并控制空調系統(tǒng)的風扇、電子膨脹閥等一切可控部件，保證室內環(huán)境的舒適性，并使空調系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最佳工作狀態(tài)。 2. VRV 空調系統(tǒng)的特點 變頻VRV空調系統(tǒng)的相對于定速系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能、舒適效果： (1) VRV空調系統(tǒng)依據(jù)室內負荷，在不同轉速下連續(xù)運行，減少了因壓縮機頻繁啟停造成的能量損失；在制冷/制熱工況下，

3、能效比COP隨頻率的降低而升高，由于壓縮機長時間工作在低頻區(qū)域，故系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER相對于傳統(tǒng)空調系統(tǒng)大大提高；采用壓縮機低頻啟動，降低了啟動電流，電氣設備將大大節(jié)能，同時避免了對其它用電設備和電網的沖擊。 (2) VRV空調系統(tǒng)具有能調節(jié)容量的特性，在系統(tǒng)初開機時室溫與設定溫度相差很大，利用壓縮機高頻運行的方式，使室溫快速地到達設定值，縮短室內不舒適的時間；系統(tǒng)調節(jié)容量使室溫波動很小，改善了室內的舒適性；極少出現(xiàn)傳統(tǒng)空調系統(tǒng)在啟停壓縮機時所產生的振動噪聲，且室內機風扇電機普遍采用直流無刷電機驅動，速度切換平滑，降低了室內機的噪聲。由于VRV空調系統(tǒng)比冷水機組的蒸發(fā)溫度高3左右，其COP

4、值約提高10%；結構緊湊，體積小，管徑細，不需要設置水系統(tǒng)和水質管理設備，故不需要專門的設備間和管道層，可較大程度地降低建筑物造價，提高建筑面積的利用率；室內機的多元化，可實現(xiàn)各個房間或區(qū)域的的獨立控制；而且熱回收VRV空調系統(tǒng)，能在冬季和過渡季節(jié)，向需要同時供冷和供熱的建筑物提供冷、熱源，將制冷系統(tǒng)的冷凝負荷和蒸發(fā)負荷同時利用，大大提高能源利用效率。因此，多元VRV空調系統(tǒng)將是今后中小型樓宇空調系統(tǒng)的發(fā)展主流之一1 。 3. 多元變頻VRV 空調系統(tǒng)的工作原理 在傳統(tǒng)的冷庫、空調系統(tǒng)中，為適應多用戶庫(室)風負荷的變動，減小的啟動電流，常采用卸載壓縮機或多臺壓縮機并聯(lián)的制冷系統(tǒng)。當負荷變動時

5、，根據(jù)回氣壓力的高低，增減壓縮機的運行臺數(shù)。多元VRV空調系統(tǒng)即是吸收了此思想，而發(fā)展起來的變制冷劑流量制冷系統(tǒng)。由于多元VRV空調系統(tǒng)存在有制冷流量分配控制和系統(tǒng)穩(wěn)定性控制問題難以解決，在微電腦、電子膨脹閥、變頻技術以后才開始重視其研究開發(fā)工作。自1985年開始發(fā)展至今，世界上主要是日本三菱、日立、大金、夏普、松下等少數(shù)幾家大企業(yè)擁有這項技術。，多元VRV空調系統(tǒng)主要有單冷型、熱泵型和熱回收型三種形式，將這三種型式與蓄熱(冷)系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)等結合，又擴大了VRV空調系統(tǒng)的應用范圍。 3.1 單冷或熱泵型多元VRV空調系統(tǒng) 表1示出了各種單冷和熱泵型多元VRV空調系統(tǒng)的原理圖。在典型的單冷(

6、圖1)或熱泵(圖3)型多元VRV空調系統(tǒng)中，壓縮機通常采用一臺變頻壓縮機，在大系統(tǒng)中，由一臺變頻壓縮機或多極壓縮機與多臺定速壓縮機構成壓縮機組；在各室內機和室外機上，設置有供節(jié)流和流量調節(jié)的電子膨脹閥(有些系統(tǒng)在室外機上采用普通膨脹閥2 )；在系統(tǒng)的典型部位安放有溫度傳感器和壓力傳感器。在制冷工況下，室外機電子膨脹閥全開，通過室內機電子膨脹閥節(jié)流降壓，控制室內溫度和各室內機熱交換器出口制冷劑的過熱度，由壓縮機頻率調節(jié)吸氣壓力；在制熱工況下，室外機電子膨脹閥，控制室外機熱交換器出口制冷劑的過熱度，室內機電子膨脹閥控制室溫和室內熱交換器出口的制冷劑過冷度，通過改變壓縮機頻率調節(jié)壓縮機排氣壓力。為提

7、高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和可*性，在一些系統(tǒng)中，增設了輔助回路。 1994年，三菱開發(fā)出帶有內部熱交換回路的變頻單冷型多元VRV空調系統(tǒng)3，由圖2可知，通過回熱回路，實現(xiàn)了制冷劑的有效移動，減少了系統(tǒng)的壓力損失，提高了系統(tǒng)的能交比。研究表明，經回熱回路的流量為壓縮機循環(huán)流量的2-22%時，制冷量基本一致，能效比提高10%。同時由于采用了高壓制冷劑的飽和點控制，減少了系統(tǒng)中的制冷劑的充灌量。 面臨電力供應的緊張局面，移峰填谷是急待解決的問題，隨著峰谷電價的實施，蓄熱空調系統(tǒng)開始得到發(fā)展，從1995年開始，開始應用于熱泵型VRV空調系統(tǒng)中4，5。蓄熱型VRV空調系統(tǒng)如圖4所示，由室外機、蓄熱槽和多個

8、室內機組成。室外機內有變頻壓縮機、制冷劑泵和熱交換器；在蓄熱槽內部裝有盤管換熱器和相變蓄熱材料。系統(tǒng)在制冷和制熱運行時，都各具有3種運轉模式，即蓄冷（熱）運行、蓄冷（熱）利用制冷（熱）運行和壓縮機制冷（熱）運行。在蓄冷（熱）運行和壓縮機制冷（熱）運行模式下，制冷劑泵停止運行，系統(tǒng)的工作方式和普通蓄冷空調系統(tǒng)一致；在蓄冷利用制冷運行模式下，制冷劑泵運轉，將一部分制冷劑壓縮，送入蓄冷槽盤管換熱器，制冷劑將熱量排至蓄冷材料（取冷）而冷凝，與在室外熱交換器內冷凝后的制冷劑液體匯合，經室內機電子膨脹閥節(jié)流，送入室內機進行制冷；同理，在蓄熱利用制熱運行模式下，制冷劑泵運轉，在蓄熱材料中取熱，送入室內機。系

9、統(tǒng)移峰填谷的機理是利用降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度，減小壓縮比，降低高峰電力的使用量。 3.2 熱回收型多元VRV空調系統(tǒng) 熱回收型VRV空調系統(tǒng)是于90年代初研制出，它不僅具有單冷和熱泵形系統(tǒng)的功能，同時由于冷凝負荷和蒸發(fā)負荷都被利用，所以大大改善了能源利用效率。對于同時需要供冷與供熱的建筑物增多的今天，具有極大的應用前景，所以也就成為了當前研究的重要課題之一。當今的熱回收型VRV空調系統(tǒng)具有3管式和2管式兩種形式6-12，參見表2。 (1) 3管式熱回收型多元VRV空調系統(tǒng) 3管式VRV空調系統(tǒng)如圖5所示，室外機由壓縮機、室外熱交換器和氣液分離器等構成；室內機由熱交換器、電磁三通閥及電子膨脹

10、閥構成。室外機與室內機之間由高壓氣體管、高壓液體管、低壓氣體管3根管道相連，故稱3管式系統(tǒng)。 空調系統(tǒng)通過高壓氣體管將高溫高壓蒸氣引入用于供熱的室內機，制冷劑蒸氣在室內機內放熱冷凝，流入高壓液體管；制冷劑從高壓液體管進入制冷運行的室內機中，蒸發(fā)吸熱，通過低壓氣體管返回壓縮機。室外熱交換器用于平衡各室內機的冷熱負荷的緩沖設備，視室內運行模式起著冷凝器或蒸發(fā)器的作用。其功能取決于各室內機的工作模式和負荷大小。 （2）2管式熱回收型多元VRV空調系統(tǒng) 2管式VRV空調系統(tǒng)如圖6所示，系統(tǒng)由室外機、分流控制器和室內機組構成。其中，室外機由壓縮機、熱交換器和氣液分離器等構成；分流控制器由氣液分離器、3個

11、電子膨脹閥、回熱器、高低壓氣體轉換閥組等組件構成，放置在離室內機組較近的部位；室同機由電子膨脹閥和熱交換器構成。室外機與分流控制器之間由高壓氣體管和低壓氣體管兩根管道相連，故稱2管式系統(tǒng)。 室外熱交換器用于平衡各室內機的冷熱負荷，起著冷凝器或蒸發(fā)器的作用。在冷暖混合運行模式下，控制室外熱交換器風扇轉速，將部分高溫蒸氣引入分流控制器內，蒸氣和液體在氣液分離器中分離，蒸氣部分進入室內供熱，液體部分和在供熱室內機中冷凝后的液體合流進入供冷室內機中，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)吸熱后，經回氣管返回壓縮機。 此外，將VRV空調系統(tǒng)的一個或多個末端機通過送、回風風道與多個房間相連就構成了與VRV結合的多元VRV空調系統(tǒng)

12、。風道的各個室內末端裝置根據(jù)室內溫度與設定溫度的差值大小控制其風量，末端機根據(jù)送風道內的靜壓控制總送風量的大小，由末端機的過熱度控制相應電子膨脹閥的開度，壓縮機根據(jù)所有室內機的負荷大小控制其轉速。這種系統(tǒng)的研究始于80年代中期，現(xiàn)以用于單冷和熱泵型VRV空調系統(tǒng)中13。 4. 多元VRV空調系統(tǒng)研究開發(fā)中尚需解決的問題 多元VRV空調系統(tǒng)發(fā)展至今，無論是在制冷系統(tǒng)，還是在控制方法上都取得了很大的進步，但仍存在以下幾方面的問題，尚需進一步深入研究。 （1）舒適性：有待于新的傳感器的開發(fā)和現(xiàn)代控制理論的應用，以推進智能空調系統(tǒng)的發(fā)展。 （2）穩(wěn)定性和節(jié)能性控制問題：研究制冷系統(tǒng)的各調節(jié)部件對系統(tǒng)特性的影響規(guī)律，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定調節(jié)和節(jié)能控制。 （3）控制器的可移植性問題：深入研究制冷系統(tǒng)的特性規(guī)律，研制出適合于大小系統(tǒng)兼容，熱泵型和熱回收型系統(tǒng)通用，移植性較強的控制器。 （4）系統(tǒng)綜合性能評價問題：VRV空調系統(tǒng)特別是熱回收