多聯(lián)機VRV和風冷熱泵的比較

1、多聯(lián)機VRV系統(tǒng)研究王洪利馬一太姜云濤李敏霞（人津人學熱能研究所，人津300072）摘要：針對多聯(lián)機VRV系統(tǒng)原理和特點，對其系統(tǒng)性能進行了分析“結(jié)果表明：釆用高效渦旋壓縮機、冷 （熱）量直接由制冷劑輸送和冷（熱）量隨負荷靈活調(diào)節(jié)，使得多聯(lián)機YRY系統(tǒng)具有較高的C0P和運行穩(wěn) 定性；同時也指出，回油問題、配管長度的影響和大量制冷刑的使用，成為VRV系統(tǒng)推廣應(yīng)用首要解決的 關(guān)憂難點.通過多聯(lián)機VRV系統(tǒng)與傳統(tǒng)風機盤管熱泵空調(diào)系統(tǒng)初投資和運行費用對比分析，當建筑規(guī)模較 大時，傳統(tǒng)風機盤管熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性要優(yōu)越于多聯(lián)機VRV系統(tǒng).本文為多聯(lián)機VRV系統(tǒng)的研究提供 依據(jù).關(guān)鍵詞：多聯(lián)機VRV渦旋壓

2、縮機 負荷COP制冷刑 經(jīng)濟性RESEARCH ON SYSTEM OF MULTI-VRV AIR CONDITIONINGWang Hongli Ma Yitai Jiang Yimtao Li Muixia（Thermal Energy Research Insutute of Tianjin University）Abstract: Due to the piinciples and cliaiactenstics, the perfoimances of multi-VRV au conditioning system was analyzed The results show th

3、at the usmg of high efficient scroll compressor, energy transportation by refrigerants directness and energy flexible adjustment with load, are contributed to high COP and operation stability. On the other hand, die questions of oil returiL uifluences of tubing length and employing lots of refrigeia

4、iits. are made of the key difiiculties of geiieralizmg application of multi-VrRV air conditioning system Tluough the comparison analysis of investment and amiual operatmg cost between multiATRV an conditioning system and conventional fan coil heat pump and au conditioning system As the building scal

5、e is bigger, the econonucal efficiency of the conventional fail coil heat pump aiid au conditioning system is better than the multi-VRV air conditioning system This paper provides a thorough theoretical basis for reseaicliing on the multi-VKV air conditiomiig system Keywords: niultiATRV air conditio

6、ning scroll compressor load COP refiigeiant econonucal efficiency0引言多聯(lián)機VRV(vaiiable refngeiaiit volume)空調(diào)系統(tǒng)即可變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng),由LI本大金(DAKIN) 公可J'* 1982年開發(fā)推出，打破了傳統(tǒng)的屮央空調(diào)(水冷冷水機組+熱水鍋爐+空調(diào)木端)設(shè)計理念，在傳統(tǒng)的 記間分體空調(diào)器由一臺家外機連接一臺室內(nèi)機的對一方式的加礎(chǔ)上，研制出了 臺電外機連接多臺室內(nèi) 機的供曖制冷系統(tǒng)，使設(shè)計、安裝、運行及維護管理更為簡單、方便，節(jié)能。基金項目:國家自然科學基金(50676064)作者簡介8

7、王洪利(1976)男.在讀懈士研究生 E-mail:lAotingwhl多聯(lián)機VRV技術(shù)J： 90年代初引入我國。VRV系統(tǒng)肉其設(shè)備少、布矍靈活、節(jié)能、維護簡單等特點, 成為口前辦公樓、賓館、醫(yī)院及高級別墅等建筑屮垠為活躍的戶式屮央空調(diào)系統(tǒng)形式Z-o本文対多聯(lián)機 VRV系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行了深入分析，并対ft經(jīng)濟性給予了評價，為多聯(lián)機系統(tǒng)的完善提供資料。1多聯(lián)機VRV系統(tǒng)原理及分類多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)是為適應(yīng)空調(diào)機組集中化使用需求在分體式和多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)加礎(chǔ)上發(fā)展起來 的一種新也制冷劑空調(diào)系統(tǒng)。直主導思想是“變頻、一拖多和多拖多”，體現(xiàn)變頻空調(diào)的節(jié)能理念4切。在 多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)中，一臺室外機

8、與一臺室內(nèi)機相連的系統(tǒng)稱為單尤VRV空調(diào)系統(tǒng)或變頻空調(diào)器；一 臺或多臺室外機與多臺室內(nèi)機相連的系統(tǒng)稱為多7GVRV空調(diào)系統(tǒng)。圖1給出了多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)示意 圖。多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)的匸作原理與普通蒸汽斥縮式制冷系統(tǒng)和同，由斥縮機、冷凝器、節(jié)流機構(gòu)和 蒸發(fā)器組成。與普通蒸汽壓縮式制冷裝買不同的是，熱泵型（包括熱回收型）VRV空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)、室外側(cè)換 熱器都只有冷凝器和蒸發(fā)器的雙巫功能。由多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)、室外機的組成和工作特點，多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)可分為單冷熨、熱泵 型和熱冋收熨三種形式。由多聯(lián)機VRV空調(diào)控制系統(tǒng)角度，可分為集中控制、獨工式控制和集散式控制 三種形式。2多聯(lián)機VRV空

9、調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)是由多臺高效斥縮機組成，并H.有較高的EER；冷（熱）龜瓦接由制冷劑輸送, 減少換熱壞節(jié)：控制非常靈活，適合各種變負荷的場所。2.1采用高效渦旋壓縮機多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)是由多臺高效斥縮機組成，并H.右較高的EER 數(shù)碼渦旋空調(diào)系統(tǒng)采用的是渦 旋式制冷壓縮機。渦旋式制冷壓縮機結(jié)構(gòu)簡單，不需要設(shè)置吸、排氣閥片，具有較高的容積效率,易損部 件較少，運彳j平穩(wěn)，噪聲低，而且允許吸入少:濕蒸汽，故特別適用于熱泵式空調(diào)。相對J：氏他兒種壓縮 機而言，渦旋式制冷壓縮機的能效比（EER）較高。衷1給出了幾種類熨壓縮機性能比較。從表中可以看出, 渦旋式壓縮機的能效比較轉(zhuǎn)子式和活塞

10、式高，相對較節(jié)能。表1幾種類型封閉壓縮機性能比較猛渦旋式轉(zhuǎn)子式活塞式能效比（EER）容枳效率比（壓比4.6）2.90 992.4 2.60 94絕熱效率比（同上）0.980.930.88斥縮冷的部件數(shù)吊:比137重呈比08081.0加工楮度13310 30適用范鬧（輸出功率kW）1100.4 11102.2冷（熱）量直接由制冷劑輸送多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)直接以制冷劑作為傳熱介質(zhì)，傳送的熱駅幾乎是水的10倍、空氣的20倍，而 且不盂龐人的風管和水管系統(tǒng)，減少了輸送耗能及冷媒輸送屮能鼠損失切。表2給出了三種傳熱介質(zhì)性能 比較。表2傳熱介質(zhì)性能比較種類利用熱輸送冷雖輸送U6kV冷雖耗能水顯熱20.1k

11、J/kg (At-5X：)4.7kW空氣顯熱lO.lkJkg (At-10V)7.4kW制冷劑戲發(fā)潛熱206kJkg2.5kW由表2可知.同樣輸送116kW的熱杲.以制冷劑作為輸送介質(zhì).所需的輸送系統(tǒng)耗能僅為羞內(nèi)機所 耗的2.5kW,分別是以水和空作為傳熱介質(zhì)所石能耗的53.27%和33.3%。釆用制冷劑百接蒸發(fā)制冷，沒 仃按傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)先把冷屜傳給水，再由冷水傳給室內(nèi)空氣這一中間過程，減少了-個能彊傳遞環(huán)節(jié), 從熱錄傳遞的網(wǎng)絡(luò)圖上看就是減少了一項傳熱熱阻，因此也就減少了能鼠的損耗。衡彊多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的風冷、水冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)性能，主耍是從節(jié)能因素角度考慮&9】。 圖2給

12、出了 VRV空調(diào)系統(tǒng)和風冷熱泵冷熱水空調(diào)系統(tǒng)全年能耗對比。圖2 VRV空調(diào)系統(tǒng)和風冷熱泵冷熱水空調(diào)系統(tǒng)全年能耗對比由圖2知,VRV空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)風冷熱泵冷熱水空調(diào)系統(tǒng)類似并月能耗隨時間的變化規(guī)律克本相同。 但VRV空調(diào)系統(tǒng)各月能耗均低風冷熱泵冷熱水空調(diào)系統(tǒng)。夏季，VRV空調(diào)系統(tǒng)的能耗約比風冷熱泵空 調(diào)系統(tǒng)低39%；冬季,約低36%；全年平均約低38%。2.3冷（熱）量隨負荷調(diào)節(jié)在設(shè)計建筑物空調(diào)系統(tǒng)時，主要是從冬、夏季空調(diào)室外設(shè)計參數(shù)出發(fā)進行負荷計算、方案設(shè)計和設(shè)備 選吃，即以全年屮氣候條件最不利的情況為設(shè)計依據(jù)。但美國供熱、制冷、空調(diào)匸程師學會（ASHRAE）何 的址新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，這種情況只

13、占全年時間的1%,見表3。表3全年空訓負荷比例表.%空調(diào)負荷（）工作時間（）空調(diào)負荷（）工作時間（）1001504575422512空調(diào)系統(tǒng)在實際運行過程中，滿負荷運行的時間很短，一般只占全年運行時間的1%3%,其余時間 都是在部分負荷卜運行的而比中又冇70%的運行時間是在30%70%這個部分負荷段之間。因此衡吊 一個空調(diào)產(chǎn)胡節(jié)能性的好壞，其部分負荷的COP值是一個至關(guān)重要的因索，COP值是以一年的空調(diào)系統(tǒng) 制冷制熱容量總和與一年的總耗電量之比。多聯(lián)機VRV變頻空調(diào)系統(tǒng)在部分負荷時的節(jié)能效果比較顯著，能效比相對較高。當部分負荷率在40 %60%Z間時，制熱丁況的能效比(COP)授祐對達到4左右

14、。圖3給出了當室內(nèi)溫度為20°C,室外溫度 為4°C時，口本人金公司女聯(lián)機VRV空調(diào)機組的性能系數(shù)(COP)與負荷率的關(guān)系曲線。餌聯(lián)機VRV的 部分負荷COP值較高，最高可達4.1,而-般風冷熱泵冷熱水機紐的COP值滿負荷時只仃3.0以卜，部分 負荷時會降低到2.0以K山圖3可以看出，當部分負荷率在55%左右時，多聯(lián)機VRV機組的性能系數(shù)COPMrWjo隨著部分負 荷率的升高，COP逐漸卜降。一般說來，不論是在冬季還是在夏季多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)在部分負荷時的 性能都很好。女聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)負荷的人小，在不同轉(zhuǎn)速卜連續(xù)運行，減少斥縮機因頻繁啟停造成的 不可逆損失;無

15、論在制冷還是在制熱工況下,能效比COP隨頻率的降低而升高，一般情況卜，當機組的 負荷率為40%80%時，英效率較高，制冷效率COP最高可達4.27,制熱效率COP高達4.36,故系統(tǒng)的 季節(jié)能效比SEER相對傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有很人的提高。釆用玉縮機低頻啟動，降低了啟動電流，電器設(shè)備 將人人節(jié)能，同時避免了對其他用電設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊。3多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)缺點多聯(lián)機VRV空調(diào)系統(tǒng)除只有良好的特性，同時由J：室外機釆用多個斥縮機使其冋汕系統(tǒng)比較復(fù)雜； 多聯(lián)機VRV系統(tǒng)冷媒管道安裝耍求高，管路較長，防漏及保溫顯得I分必耍；系統(tǒng)內(nèi)容枳比較人，I刃此礙要 允灌R22或R410A制冷劑鼠人，壞境污染人：多數(shù)機

16、型依賴進I，價格較貴。3.1多聯(lián)機VRV系統(tǒng)回油問題床縮機在運行時，一部分潤滑油連續(xù)地從氣缸中與推氣一起被床出。因此必須勺同等數(shù)最的潤滑油 返回床縮機，才能保證系統(tǒng)的正常運行。如果吸氣管徑選擇不當，造成潤滑油回汕不良，將使系統(tǒng)的性能 充分發(fā)揮受到影響。因此確定吸氣管管徑時,必須保證最低的氣流速度。III J-II前大多數(shù)均為變負禱工作 的系統(tǒng)，為了保證最低負荷時，潤滑油也能返冋壓縮機，就應(yīng)縮小吸氣管的管徑，以使在報低負荷時管內(nèi) 氣流速度也能高于繪低帶汕流速。回汕是否成功主要是看氣流速度是否能把汕帯回來。變頻的機器在部分負荷時壓縮機轉(zhuǎn)速較低，系統(tǒng) 處低流速狀態(tài)，回油比較困難，所以需要増加回汕循環(huán)

17、；數(shù)碼壓縮機的冋汕性能耍分別考察加載和卸我 時的狀態(tài)，加載狀態(tài)和為變頻機的滿負荷狀態(tài)，如果此時也存在冋油問題，那么系統(tǒng)的I叫油循壞也無法 解決這個問題，因為回油循環(huán)本身就是100%的運行循環(huán),而卸載狀態(tài)壓縮機不排氣也不排油,油只在壓 縮機內(nèi)部利用離心力從油槽到軸承，再流回油槽，顯然此時不需要回油。対一拖i的長連管系統(tǒng)，長時間部分負荷運行也是需翌回汕循環(huán)。對r壓縮機并聯(lián)或多外機模塊并 聯(lián)的系統(tǒng)，比管路的尺寸較人，造成冋流氣體速度降低，從而在部分負荷狀態(tài)卜造成冋油問題。因此，人 型多聯(lián)機VRV系統(tǒng)必須在運行一段時間后，増加強制回油循壞。-定程度而言，數(shù)碼和對變頻的回汕存在優(yōu)勢。一方面，汕液僅在負載

18、狀態(tài)卜才離開壓縮機，在卸 栽狀態(tài)下，因制冷劑沒冇質(zhì)吊速度，油液不離開壓縮機。因此在低負荷過程中，當卸我時間較長時，只冇很少的油液離開壓縮機。另外，當油液在負載狀態(tài)卜離開壓縮機時,氣體速度足以使油液返回到壓縮機中。 當然，并不是變頻系統(tǒng)在100%滿負荷運行都解決不了回汕問題，只足在相同容屆的數(shù)碼系統(tǒng)中不存在相 應(yīng)問題而已。3.2配管長度與室外氣溫對制冷量的影響制冷劑管路的氏度、家內(nèi)機和室外機Z間的高差，都會影響多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)的性能。蒸發(fā)溫度每升高 IV,制冷量約降低3%W 日本大金公司RHXY20M制冷機組,當室內(nèi)機處于室外機下方時,高差小 J - 10m,等效管長小J* 10m時，容吊:修正系

19、數(shù)為1.0卅高差達到50m.等效管長為60m時，容帚修正系 數(shù)為0.87,即冷彊衰減達13%。人金VRV-III的10HP多聯(lián)機VRV系統(tǒng)，當管長為50m時，冷吊:衰減為8 %。室內(nèi)機和室外機ZMJ的高差越人，等效借長越長，其冷駁衰減越人。所以，雖然多聯(lián)機組允許帕人制 冷劑管氏為150m,但是，從保證仃改供冷（熱）及節(jié)能角度出發(fā)，建議實際應(yīng)用時其管長最好不超過100m。 詵料衣明，最人配行 長度超過90m時，主制冷劑管的必須ffiillo和梵他的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)一 樣,多聯(lián)機空調(diào)機組樣本中標注的制熱童是額定條件下測得的。當室外溫度校低時,制熱量有較大的衰減, 還必須乘以相應(yīng)的修正系數(shù)。3.3

20、大量制冷劑充灌負面效應(yīng)rh哆聯(lián)機vrv空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)容積過人，増人了制冷劑允灌定；系統(tǒng)的管道接頭較多，增加了制冷劑 汕漏的可能性。人磺制冷劑汕漏，導致臭氧口破壞。隨著引起臭氧破壞和溫室效應(yīng)的HCFC類制冷劑的 限用，開展以CO2為代表的自然工質(zhì)的替代工作顯得十分必耍和緊迫。4多聯(lián)機VRV初投資和運行費用評價VRV和風冷熱泵空調(diào)方案初投資和年運行費用【習對比見表4、5。選用設(shè)備的品牌可信度丿、致相當, 基礎(chǔ)數(shù)據(jù):設(shè)計方案為長江中下游地區(qū);年制冷尺數(shù)120天,供暖120天;電價為0.68 ；L/kWh： 制冷、供熱時間12 h/犬，平均負荷率0.7。表4不同方案初投資及運行費用對比（建筑規(guī)模3000m

21、：）空調(diào)方式制冷（制熱）容電內(nèi)機類空管道及其它設(shè)備初投資全年運行費雖及數(shù)呈及數(shù)雖(元/m)()VRV空訓系統(tǒng)74.8 (81.5) kW%規(guī)格室內(nèi)鋼管、保溫、電氣線纜41055+新風X5臺機70臺和新鳳系統(tǒng)風冷熱泵十風機174(191.5)kW風機盤管120水泵、水管、保溫、電36065盤管十新風X2臺臺'（線纜和新風系統(tǒng)表5不同方案初投資及運行費用對比健筑規(guī)模10000m2 ）空調(diào)方式制冷（制熱）容戰(zhàn)及數(shù)吊室內(nèi)機類科及數(shù)嵌管道及英它設(shè)務(wù)初投茨 (7U/m:)全年運行費（元/nf）VRV空調(diào)系74.8 (81.5) kWXll 臺各規(guī)格凈銅骨、保溫、電氣線42058統(tǒng)+新風806 (8

22、8.0) kWX6 臺內(nèi)機220臺纜、新風系統(tǒng)風冷熱泵+風591.6 (651) kWX2 臺風機盤管水泵、水管、保溫、27045機盤管十新風380臺電氣線統(tǒng)、新風系統(tǒng)對見，當建筑規(guī)模較人時 VRV空調(diào)方案的經(jīng)濟性優(yōu)勢逐步喪失，而風冷熱泵方案等人型制冷設(shè)備的 經(jīng)濟性顯著提高，采用傳統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)更J1經(jīng)濟優(yōu)勢。6結(jié)論本文詳細分析了多聯(lián)機VRV系統(tǒng)的特點。高效壓縮機、冷（熱）最苴接由制冷劑輸送和負荷靈活調(diào) 節(jié)，顯著地捉高了多聯(lián)機VRV系統(tǒng)的COP?；赜拖到y(tǒng)的復(fù)雜性、配竹長度的影響和人吊制冷劑的使用， 成為VRV系統(tǒng)推廣應(yīng)用首耍解決的問題。通過初投資和運行費用對比分析，肖建筑規(guī)模較人時，傳統(tǒng)風

23、機盤管熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性耍優(yōu)越J：多聯(lián)機VRV系統(tǒng)。參考文獻1 邵雙全，石文星.李先庭.彥啟森.多元變頻VRV空調(diào)技術(shù)綜述JJ.制冷與空調(diào).2003.3(2)610.2 YP Zhou. J.Y. Wu. RZ Wang, S. Shiochi. Energy simulation in the variable refrigerant flow air-conditionuig system under cooling conditions J. Energy and Buildings. 2007» 39(2)： 212-220.3 張思柱，龍惟定VRV集中式空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

24、J.制冷與空調(diào),2006.6(6) :912.4 張蕾.-拖多空調(diào)系統(tǒng)(多聯(lián)機)開發(fā)疑雜及英對笫M.第八屆全國空調(diào)器、電冰m <ft«)及壓縮機學術(shù)交流會.珠海， 2006. 5-95 劉圣作，馬一人成建宏.變頻型"間空調(diào)器區(qū)域性季能效比的研究卩.制冷學報，2005, 26(2)： 47-51.6 張智力，吳S T VRV空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能因索分析幾 能源技術(shù)，2002. 23:59-6L7 S C Hu. RH Yang. Development and testing of a multi-type air conditioner without using AC inverters J Energy Conversion and Management. 2005.46 (3): 373383.8 S.Q. Shao, W.X. Siu. XT. Li, H.J. Chen, Performance lepresentation cf vaii