漫談多聯(lián)機-----清華大學彥啟森2005年10月

1、漫談多聯(lián)機漫談多聯(lián)機清華大學清華大學 彥啟森彥啟森20052005年年10 10月月 漫談多聯(lián)機漫談多聯(lián)機 前前 言言 多聯(lián)機真完美嗎？多聯(lián)機真完美嗎？ 多聯(lián)機尚需提高多聯(lián)機尚需提高 結束語結束語 前前 言言 多聯(lián)機的定義多聯(lián)機的定義 多聯(lián)機的分類多聯(lián)機的分類 多聯(lián)機的特點多聯(lián)機的特點 多聯(lián)機的現(xiàn)狀多聯(lián)機的現(xiàn)狀前言前言 非常熟悉的多聯(lián)機系非常熟悉的多聯(lián)機系統(tǒng)統(tǒng)前言前言 多聯(lián)機的定義多聯(lián)機的定義Varied Refrigerant Volume，簡稱，簡稱VRV 變制冷劑流變制冷劑流量空調系統(tǒng)量空調系統(tǒng)學術名稱：學術名稱：VRF （Variable Refrigerant Flowrate ）G

2、B/T 18837-2002多聯(lián)式空調（熱泵）機組：多聯(lián)式空調（熱泵）機組：Multi-connected air-condition(heat pump) unit多聯(lián)機通過控制多聯(lián)機通過控制壓縮機制冷劑循環(huán)量和進入室內換熱器的制冷劑流量，以壓縮機制冷劑循環(huán)量和進入室內換熱器的制冷劑流量，以適時室內冷、熱負荷要求適時室內冷、熱負荷要求冷劑式空調系統(tǒng)或直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)冷劑式空調系統(tǒng)或直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)前言前言 多聯(lián)機的分類多聯(lián)機的分類單冷單冷型：型：僅向室內房間供冷僅向室內房間供冷熱泵型：熱泵型：夏季向室內房間供冷、冬季供熱夏季向室內房間供冷、冬季供熱熱回收型熱回收型 ：一部分房間供冷，同時

3、一部分房間供熱一部分房間供冷，同時一部分房間供熱2管制系統(tǒng)：管制系統(tǒng)：室外機到室內機之間的連接管為室外機到室內機之間的連接管為2根：根：氣體管、高壓液體管氣體管、高壓液體管3管制系統(tǒng)：管制系統(tǒng)：室外機到室內機之間的連接管為室外機到室內機之間的連接管為3根：根：低壓氣體管、高壓氣體管、高壓液體管低壓氣體管、高壓氣體管、高壓液體管蓄熱型：蓄熱型：利用夜間電力將冷量利用夜間電力將冷量/熱量貯存在冰熱量貯存在冰/水中，水中，改善白天運行性能，實現(xiàn)節(jié)能與移峰填谷改善白天運行性能，實現(xiàn)節(jié)能與移峰填谷制冷：降低冷凝溫度，增大過冷度制冷：降低冷凝溫度，增大過冷度制熱：提高蒸發(fā)溫度制熱：提高蒸發(fā)溫度2管式熱回收

4、型多聯(lián)式空調機組管式熱回收型多聯(lián)式空調機組EV1 EV2 EV3EV1 EV2 EV3 V1V1 V3V3 V2V2 V4V4室內機組室內機組 室外機室外機冷熱冷熱轉換器轉換器3 3管式熱回收型多聯(lián)式空調機組管式熱回收型多聯(lián)式空調機組 室內機組 室外機 EV0EV1 EV2 EV3前言前言 多聯(lián)機的特點多聯(lián)機的特點4容量自由組合容量自由組合 8 848 48 HPHP44系統(tǒng)簡單系統(tǒng)簡單 設計靈活設計靈活 室外機位置任意、作用半徑大室外機位置任意、作用半徑大44精確控制室內溫度精確控制室內溫度44節(jié)能節(jié)能 室內機獨立控制、室外機變頻室內機獨立控制、室外機變頻44安裝簡便安裝簡便 可靠性高可靠性

5、高前言前言 多聯(lián)機的現(xiàn)狀多聯(lián)機的現(xiàn)狀 良好的中小型中央空調系統(tǒng)方案良好的中小型中央空調系統(tǒng)方案 幾乎譽為可以一統(tǒng)天下幾乎譽為可以一統(tǒng)天下 但是：但是： 多聯(lián)機的發(fā)展歷程才多聯(lián)機的發(fā)展歷程才2020年，一定存在年，一定存在 諸多不明的問題，需要提出加以討論諸多不明的問題，需要提出加以討論 多聯(lián)機運行特性的主要研究方法是實多聯(lián)機運行特性的主要研究方法是實 驗研究，其仿真研究才剛剛起步驗研究，其仿真研究才剛剛起步 提出以下問題，希望引起大家的關注，提出以下問題，希望引起大家的關注，并在實踐中逐步回答并加以解決并在實踐中逐步回答并加以解決多聯(lián)機真多聯(lián)機真完美嗎？完美嗎？發(fā)展至今發(fā)展至今多聯(lián)機真那么完美

6、嗎？多聯(lián)機真那么完美嗎？節(jié)能節(jié)能 精確控制室溫精確控制室溫 高可靠性高可靠性是系統(tǒng)本身的問題？還是尚待解是系統(tǒng)本身的問題？還是尚待解決的問題？決的問題？完美嗎？完美嗎？ 性能系數(shù)性能系數(shù) 樣本樣本 ( (配管等效配管等效7.5m7.5m） 0 00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.50 02020404060608080100100120120140140制冷量制冷量(kW)(kW)EER(W/W)EER(W/W)3.653.123.064.95.2722.533.544.555.52.5kW3.2kW4.0kW7.1kW28.0kWCOP2.96

7、3.232.762.462.592004R/Y2007R/YTarget COP by “Top Runner Method”Room Air ConditionerPackaged Air Conditioner完美嗎？完美嗎？ 性能系數(shù)性能系數(shù)多聯(lián)機1996year2001year:COP=4.61完美嗎？完美嗎？ 性能系數(shù)性能系數(shù)室外機室外機室內機室內機0室內機室內機3室內機室內機2室內機室內機1 1室內機室內機4CHCHCHCHCHCHCHCHCHEV1EV2EV5EV4EV3壓縮機壓縮機r r 換熱器換熱器氣液分離器氣液分離器高壓氣管高壓氣管低壓氣管低壓氣管液管液管Tliq,0Tga

8、s,0Tliq,1Tgas,1Tliq,2Tgas,2Tliq,3Tgas,3Tliq,4Tgas,4PgasPLiqPgasPLiqPgasPLiqPLiqPgasPLiqPgasPliqPHigh,gasPLow,gasTsu,1Tsu,2Tex5 5個室內機個室內機制冷劑：制冷劑：R407R4073 3管熱回收型系統(tǒng)管熱回收型系統(tǒng)作用半徑約作用半徑約40m40m實驗機組實驗機組地點：列日大學地點：列日大學完美嗎？完美嗎？ 性能系數(shù)性能系數(shù)0.000.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003.0015152020252530303535

9、4040室外溫度室外溫度 COPCOP30% 30% 部分負荷部分負荷 50% 50% 部分負荷部分負荷 = 50%= 50% 50% 50% 部分負荷部分負荷 60% 60%試驗試驗: :室外溫度室外溫度 負荷負荷 COP COP基本不變基本不變 完美嗎？完美嗎？ 作用范圍作用范圍關注壓力分布關注壓力分布 確定作用半徑確定作用半徑實際配管長度實際配管長度 100150m等效配管長度等效配管長度 115175m總體高度差總體高度差 50m室內機間高差室內機間高差 15m 30？第一分支至最遠第一分支至最遠 40m完美嗎？完美嗎？ 作用范圍作用范圍完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題 配管長度影響

10、配管長度影響流動阻力流動阻力R22吸氣管阻力吸氣管阻力銅管銅管OD t=0.04/m mm p=731 pa/m 18 5.84 kW ( 7.0m/s) 22 10.31 (1421/11.716.1) 28 20.34 (2836/12.716.3) 35 37.31 (4554/12.715.2) 42 61.848 . 1QQLtt完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題 配管長度影響配管長度影響系統(tǒng)能力系統(tǒng)能力制冷量制冷量蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度t0 te t 壓縮機壓縮機 室內機（總和室內機（總和, tn）吸氣管阻力吸氣管阻力QeQ0完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題 配管長度影響配管長度影響系

11、統(tǒng)能力系統(tǒng)能力等效長度等效長度30m30m50m50m80m80m100m100m 120m120m 150m150m制冷制冷 t 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11t 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11 0.93 0.93 0.890.89 0.830.83 0.780.78 0.740.74 0.68 0.68 制制 熱熱0.990.99 0.990.99 0.970.97 0.970.97 0.960.96 0.950.95吸氣管阻力壓縮機吸氣壓力降低，制冷吸氣管阻力壓縮機吸氣壓力降低，制冷能力下降，每能力下降，每約約3的容量修正率：的容量修正率：完美嗎？完美嗎？ 能

12、耗問題能耗問題配管長度影響配管長度影響系統(tǒng)能耗系統(tǒng)能耗lg ph流動阻力流動阻力吸氣壓力下降、過熱增加吸氣壓力下降、過熱增加系統(tǒng)系統(tǒng)EER相應下降，每相應下降，每約約3%EER 1.9 2.4 完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度 20 15 10 5 20 15 10 5 0 0制冷量制冷量 kWkWA AB BC C1 12 2 2”2”3 3” ”3 3 MME EO O p p p p2323 p p1212室外機室外機室內機室內機3 3 室內機室內機 配管阻力的影響配管阻力的影響室外機：吸氣壓力

13、降低室外機：吸氣壓力降低 制冷量減小制冷量減小室內機：蒸發(fā)溫度提高室內機：蒸發(fā)溫度提高 制冷量減小制冷量減小完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題202010103030404050506060707080809090100100Q Qe e/Q/Qe e* *L (m)L (m) Z Z mm5 5室內機在上室內機在上完美嗎？完美嗎？ 能耗問題能耗問題10Z (m)L (m)2030405060708090100EER/EER*5室內機在上室內機在上完美嗎？完美嗎？ 性能對比性能對比 比比 類類 型型 系統(tǒng)能效比系統(tǒng)能效比 水風水風 單元機單元機 3.03.43.03.4水水水水 大型大型 2.

14、83.22.83.2風風風風 小小 型型 2.83.22.83.2 中中 型型 2.32.62.32.6 多聯(lián)機多聯(lián)機 1.92.4 1.92.4 風風水水 中小中小 型型 2.22.5 2.22.5 完美嗎？完美嗎？ 室溫控制室溫控制恒定室內機電子膨脹閥過熱度恒定室內機電子膨脹閥過熱度 1. 1. 基本不能調節(jié)供冷量基本不能調節(jié)供冷量 2. 2. 導致導致 ON/OFF ON/OFF 控制控制 3. 3. 未實現(xiàn)精確控制室溫未實現(xiàn)精確控制室溫 4. 4. 也不能保證低過熱度也不能保證低過熱度完美嗎？完美嗎？ 室溫控制室溫控制VRF test benchEvolution of the ref

15、erence temperatures.15.020.025.030.01.41.61.82.0Test time (Hour)Temperature (C)t_ret_mean_0t_ret_mean_1t_ret_mean_2t_ret_mean_3t_ret_mean_4t_ret_mean_outdoorTest:Start hour:Stop hour:17-12-2001 15:35:0517-12-2001 17:11:16TEST_12_011217 室溫波動嚴重室溫波動嚴重實驗：同上實驗：同上完美嗎？完美嗎？ 室溫控制室溫控制VRF test benchEvolution o

16、f the relative pressures.0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.020.022.024.026.028.030.01.41.61.82.0Test time (Hour)Relative pressure (Bar)p_H_gazp_L_gazp_gaz_iup_liqp_liq_iuTest:Start hour:Stop hour:17-12-2001 15:35:0517-12-2001 17:11:16TEST_12_011217 吸氣飽和溫度約吸氣飽和溫度約0oC吸氣飽和溫度約吸氣飽和溫度約40oC多聯(lián)機尚需提高多聯(lián)機尚需提高提高

17、設計水平提高設計水平 提高機組系統(tǒng)水平提高機組系統(tǒng)水平 多聯(lián)機多聯(lián)機 缺點、問題缺點、問題多聯(lián)機的缺點多聯(lián)機的缺點長管路：長管路：導致能力衰減導致能力衰減制冷劑充灌量大：制冷劑充灌量大：微小泄漏導致系統(tǒng)不能正常運行微小泄漏導致系統(tǒng)不能正常運行充灌回油：充灌回油：系統(tǒng)運行可靠性系統(tǒng)運行可靠性目前存在的問題目前存在的問題能耗問題：能耗問題：能效比普遍偏低能效比普遍偏低調控問題：調控問題：室內控溫精度并非想象那樣好室內控溫精度并非想象那樣好可靠性問題：可靠性問題：系統(tǒng)的可靠性尚有待于提高系統(tǒng)的可靠性尚有待于提高容量設計問題：容量設計問題：能否超負荷運行？能否超負荷運行？多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點

18、 系統(tǒng)布局要思考系統(tǒng)布局要思考需要考慮室內機和室外機需要考慮室內機和室外機的相對位置關系的相對位置關系多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點 制冷模式制冷模式 室外機在下部室外機在下部上升高壓液體管需克服重力損失，防止液體閃發(fā)上升高壓液體管需克服重力損失，防止液體閃發(fā)制熱模式制熱模式 室外機在上部室外機在上部高差越大，要求壓縮機排氣壓力越高高差越大，要求壓縮機排氣壓力越高高壓液體遠距離傳輸高壓液體遠距離傳輸 可能出現(xiàn)沿程閃發(fā)和液體回流可能出現(xiàn)沿程閃發(fā)和液體回流膨脹閥的容量膨脹閥的容量 要考慮室內機在任何位置都有良好調節(jié)特性要考慮室內機在任何位置都有良好調節(jié)特性多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點制冷劑遠距離

19、傳輸制冷劑遠距離傳輸?shù)谋匾獥l件的必要條件液體過冷液體過冷過冷方法過冷方法回熱循環(huán)回熱循環(huán)液體旁通節(jié)流液體旁通節(jié)流冰蓄冷應用冰蓄冷應用室外機室外機室內機室內機室外機室外機室內機組室內機組再冷器再冷器多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點作用半徑適當作用半徑適當控制吸氣管阻力損失控制吸氣管阻力損失作用半徑對比作用半徑對比 供熱供熱2.42.42.452.452.52.52.552.552.62.62.652.652.72.72.752.752.82.82.852.850 02020404060608080100100多聯(lián)機系統(tǒng)多聯(lián)機系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)COPCOPm m作用半徑對比作用半徑對比 制冷制

20、冷0 00.50.51 11.51.52 22.52.53 30 02020404060608080100100多聯(lián)機系統(tǒng)多聯(lián)機系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)EEREERm m多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點各房間空氣參數(shù)各房間空氣參數(shù)應相差不大應相差不大否則：適應低參數(shù)否則：適應低參數(shù) 增加能耗增加能耗多聯(lián)機多聯(lián)機 設計要點設計要點各房間負荷基本均勻調節(jié)各房間負荷基本均勻調節(jié)能效好，除濕不保能效好，除濕不保避免臺數(shù)啟避免臺數(shù)啟/ /停控制?？刂颇苄л^差，除濕好能效較差，除濕好 多聯(lián)機多聯(lián)機 提高機組水平提高機組水平 R410A 均油與回油措施均油與回油措施 系統(tǒng)的控制問題系統(tǒng)的控制問題控制策略：控制

21、策略：兼容性、可擴展性、經濟性兼容性、可擴展性、經濟性室內機的調控精度：室內機的調控精度：系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的穩(wěn)定性：調節(jié)過程有無振蕩現(xiàn)象調節(jié)過程有無振蕩現(xiàn)象 關于數(shù)碼渦旋壓縮機關于數(shù)碼渦旋壓縮機 多聯(lián)機多聯(lián)機 R410AR410A R410A R410A的的配管配管 15.88 7.114.0 kW 7.9315.86 m/s19.05 25.5 18.8422.22 28.0/25.5 14.64/13.4025.40 33.5 40.0 / 28.0 13.0315.59 / 10.9328.58 45.0 68.0/ 33.5 40.0 13.7020.56 / 10.1012.083

22、1.80 73.5 96.0 /45.0 68.0 17.6423.09/ 10.916.3538.10 101136.0 /73.5136.0 17.2823.18/12.5 多聯(lián)機多聯(lián)機 R410AR410A R410A R410A 制冷劑吸氣管路流速與制冷劑吸氣管路流速與R22R22系統(tǒng)基本相當系統(tǒng)基本相當 吸氣管路流動阻力也基本相當吸氣管路流動阻力也基本相當 但是：吸氣管制冷劑溫度但是：吸氣管制冷劑溫度77時，每變化時，每變化11 R22R22的壓力變化為的壓力變化為 約約 18720 Pa18720 Pa R410A R410A 約約 29590 Pa29590 Pa 二者之比約為二

23、者之比約為 0.65 0.65 因此：吸氣管等效長度因此：吸氣管等效長度100m100m 修正系數(shù)約修正系數(shù)約0.850.85 大大提高系統(tǒng)能效大大提高系統(tǒng)能效 多聯(lián)機多聯(lián)機 回油問題回油問題 No.1 No.2 去冷凝器去冷凝器 來自氣液分離器來自氣液分離器 均壓管均壓管 均油管均油管 No.1 No.2 去冷凝器 來自氣液分離器 均壓管 均油管 油分離器 No.1 No.2 去冷凝器 來自氣液分離器 電磁閥 均油管 油分離器 E E No.1No.2去冷凝器來自氣液分離器No.1No.2去冷凝器來自氣液分離器No1No2來自蒸發(fā)來自蒸發(fā)器器去冷凝器去冷凝器富油：關閉；缺油：開啟富油：關閉；

24、缺油：開啟多臺并聯(lián)壓縮機的自動均油方案多臺并聯(lián)壓縮機的自動均油方案 多聯(lián)機多聯(lián)機 回油問題回油問題變頻多聯(lián)機運行過程中的回油措施（例）變頻多聯(lián)機運行過程中的回油措施（例）壓縮機出口加裝高效油分離器壓縮機出口加裝高效油分離器回油運轉：啟動后回油運轉：啟動后x x h h 及此后每運轉及此后每運轉y y h h 進行進行 z z min min 的回油運轉（高頻運轉）的回油運轉（高頻運轉）室外機：室外機： 風機停，電子膨脹閥全開風機停，電子膨脹閥全開室內機：室內機： 制冷工況：運轉的室內機，制冷工況：運轉的室內機，電子膨脹閥全開電子膨脹閥全開 停運停運的室內機，風機停，的室內機，風機停， 電子膨脹

25、閥開電子膨脹閥開7070制熱工況：全部室內機的電子膨脹閥全開制熱工況：全部室內機的電子膨脹閥全開 多聯(lián)機多聯(lián)機 室溫控制問題室溫控制問題室內機風速由用戶設定，不能作為調節(jié)手段室內機風速由用戶設定，不能作為調節(jié)手段（自動模式除外）（自動模式除外）目前控制策略普遍存在的問題目前控制策略普遍存在的問題基本不能調節(jié)制冷量基本不能調節(jié)制冷量實際表現(xiàn)為實際表現(xiàn)為ON/OFFON/OFF控制控制控溫精度不高控溫精度不高最小過熱度不能保證，導致回液，增大吸氣管的沿最小過熱度不能保證，導致回液，增大吸氣管的沿程阻力，使室內外機組的制冷能力均下降程阻力，使室內外機組的制冷能力均下降 多聯(lián)機多聯(lián)機 室溫控制問題室溫

26、控制問題室溫控制的穩(wěn)定性室溫控制的穩(wěn)定性控制策略確定：規(guī)則控制控制策略確定：規(guī)則控制控制算法設計：了解換熱器、膨脹閥特性控制算法設計：了解換熱器、膨脹閥特性電子膨脹閥的選擇電子膨脹閥的選擇 與室內機設計容量、室內機的安裝位置有關與室內機設計容量、室內機的安裝位置有關 制冷時制冷時 安裝在最低位時，前后壓降最大，膨脹閥容量安裝在最低位時，前后壓降最大，膨脹閥容量增大，在調節(jié)過程中是否可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象？增大，在調節(jié)過程中是否可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象？ 安裝在最高位時，前后壓降最小，膨脹閥容量安裝在最高位時，前后壓降最小，膨脹閥容量最小，全開時容量可能不夠最小，全開時容量可能不夠 制熱時：需急開型膨脹閥，或

27、采取其它措施制熱時：需急開型膨脹閥，或采取其它措施 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋Scroll 6確保渦旋盤接觸確保渦旋盤接觸允許渦旋盤向一側分離允許渦旋盤向一側分離使雜質和流體通過使雜質和流體通過而不損壞渦旋盤而不損壞渦旋盤徑向柔性徑向柔性 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋 維持渦旋盤端面恒維持渦旋盤端面恒定、均勻的壓力定、均勻的壓力 浮動密封是關鍵浮動密封是關鍵優(yōu)化端面負荷優(yōu)化端面負荷維持壓力平衡維持壓力平衡 消除泄漏消除泄漏浮動密封浮動密封上渦旋盤上渦旋盤 ( (靜盤靜盤) )下渦旋盤下渦旋盤 ( (動盤動盤) )軸向柔性軸向柔性 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋卸載控制卸載控制吸氣旁通的吸

28、氣旁通的極限情形極限情形數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋PWM電磁閥電磁閥 On:加載加載Off:卸載卸載動、靜渦旋盤間分離動、靜渦旋盤間分離1 1亳米亳米 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋的卸載控制數(shù)碼渦旋的卸載控制最佳周期時間：最佳周期時間：與容量調節(jié)比例呈反比趨勢，與容量調節(jié)比例呈反比趨勢，容量調節(jié)比例越低，最佳周期時間越長容量調節(jié)比例越低，最佳周期時間越長 10 9 11 12 13 14 15 16 17 18 最佳周期時間最佳周期時間 /s 容量比率容量比率/% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (c) 最佳周期時間曲線最佳周期時間曲線 (a) 固定周期時間固定周期時間 100% 0% 10s 5s 5s (b) 可變周期時間可變周期時間 10s 5s 5s 20s 10s 10s 加載加載卸載卸載 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋的卸載控制數(shù)碼渦旋的卸載控制通過壓縮機控制周期性地加載通過壓縮機控制周期性地加載/卸載卸載（on/off）時間的比例（占空比）時間的比例（占空比） 調節(jié)壓縮機容量調節(jié)壓縮機容量實現(xiàn)壓縮機實現(xiàn)壓縮機10%100%無級容量調節(jié)無級容量調節(jié) 周期時間（周期時間（T T2020秒）秒） 多聯(lián)機多聯(lián)機 數(shù)碼渦旋數(shù)碼渦旋 數(shù)碼渦旋