變頻控制熱泵式VRV空調(diào)機(jī)組運(yùn)行特性與節(jié)能性能實(shí)驗(yàn)研究

1、變頻控制熱泵式VRV空調(diào)機(jī)組運(yùn)行特性與節(jié)能性能實(shí)驗(yàn)研究     摘要：本文對(duì)變頻控制熱泵式VRV 空調(diào)系統(tǒng)冬夏季運(yùn)行特性和節(jié)能性能作了一系列實(shí)驗(yàn)研究,分析了影響室內(nèi)機(jī)制冷(熱) 量、機(jī)組功率的因素,得到了VRV空調(diào)系統(tǒng)的部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特性,并在節(jié)能性能方面與普通風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組作了比較,證明該空調(diào)機(jī)組比普通風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組節(jié)能。 關(guān)鍵詞：節(jié)能性能 風(fēng)冷熱泵 能效比 制冷工況     1.概述VRV空調(diào)系統(tǒng)全稱為Variable Refrigerant Volume系統(tǒng),即制冷劑流量可變系統(tǒng)。它是在分體式空調(diào)機(jī)的基

2、礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。空調(diào)系統(tǒng)由室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)、冷媒配管和遙控裝置等組成。一臺(tái)室外機(jī)可以配置不同規(guī)格、不同容量的室內(nèi)機(jī)116臺(tái)。室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)之間通過(guò)制冷劑管道連接。室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)之間的制冷劑管長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)100m。當(dāng)室內(nèi)機(jī)高于室外機(jī)時(shí),兩者之間的允許高差為20m。當(dāng)室外機(jī)高于室內(nèi)機(jī)時(shí),兩者之間的允許高差為50m(1- 6)。 2.實(shí)驗(yàn)研究2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康碾S著VRV空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展和逐漸普及,人們對(duì)其運(yùn)行特性和節(jié)能性能越來(lái)越關(guān)注。而目前,國(guó)內(nèi)還沒(méi)有人對(duì)VRV空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性能作過(guò)系統(tǒng)的研究。有鑒于此,本文作者在同濟(jì)大學(xué)VRV 空調(diào)系統(tǒng)專用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)熱泵式變頻控制VRV空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性能作了一系列實(shí)驗(yàn)研

3、究,并將之與普通的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組型中央空調(diào)進(jìn)行能耗比較,給出VRV 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2.2 實(shí)驗(yàn)機(jī)組簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)選用機(jī)組為一臺(tái)室外機(jī)帶三臺(tái)室內(nèi)機(jī)的型式,室外機(jī)型號(hào)為RSXY8KY1C,額定制冷量23kW,額定制熱量25kW。三臺(tái)室內(nèi)機(jī)型號(hào)分別為FXYF63KVEC、FXYC63KVEC和FXYK63KV1C,額定制冷量為7.3kW,制熱量為8.0kW。2.3 研究方法本文主要研究VRV 空調(diào)機(jī)組在冬夏季工況下的運(yùn)行特性(包括制冷、制熱量及其影響因素) 和部分負(fù)荷的能耗情況。由于室外機(jī)直接置于室外,室外環(huán)境根據(jù)實(shí)際氣候決定,因此實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)三臺(tái)室內(nèi)機(jī)的開(kāi)關(guān)組合和室溫設(shè)定情況來(lái)做測(cè)試。在冬

4、季制熱運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)三臺(tái)室內(nèi)機(jī)的12 種開(kāi)關(guān)組合和室溫設(shè)定情況來(lái)做測(cè)試。在夏季制冷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)三臺(tái)室內(nèi)機(jī)的24 種開(kāi)關(guān)組合和室溫設(shè)定情況來(lái)做測(cè)試。在以上各種工況中,室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的風(fēng)量保持不變(各臺(tái)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量始終設(shè)定在高風(fēng)量檔) 。在每種實(shí)驗(yàn)工況下,一天24 小時(shí)內(nèi)連續(xù)測(cè)出各臺(tái)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口處的干濕球溫度、室內(nèi)外機(jī)制冷劑進(jìn)口和出口處的制冷劑溫度和壓力,以及室外機(jī)的輸入功率,以便觀察各項(xiàng)性能參數(shù)的變化規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,各臺(tái)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的風(fēng)量保持不變, 因此分別在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段和結(jié)束階段用熱線式風(fēng)速儀測(cè)得其數(shù)值,而不做連續(xù)記錄。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3.1 夏季制

5、冷工況分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析了室內(nèi)機(jī)制冷量隨室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律,如圖1圖3所示:圖1 FXYC型室內(nèi)機(jī)制冷量隨室內(nèi)外空氣溫度變化規(guī)律圖圖2 FXYF型室內(nèi)機(jī)制冷量隨室內(nèi)外空氣溫度變化規(guī)律圖圖3 FXYS型室內(nèi)機(jī)制冷量隨室內(nèi)外空氣溫度變化規(guī)律圖根據(jù)圖1、2和3分析可知,各臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制冷量均隨室內(nèi)外溫度的變化而變化,且變化規(guī)律基本一致。當(dāng)室內(nèi)溫度保持不變,而室外溫度發(fā)生變化時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)制冷量均隨室外溫度的升高而降低; 當(dāng)室外溫度保持不變, 而改變室內(nèi)設(shè)定溫度時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制冷量均隨室內(nèi)溫度的升高而升高。VRV空調(diào)機(jī)組采用封閉式渦旋壓縮機(jī), 實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的功率包括壓縮機(jī)輸入功率和室外機(jī)風(fēng)扇功率。

6、本文在夏季實(shí)驗(yàn)中,分析機(jī)組總功率的變化情況及其影響因素, 機(jī)組總功率等于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的功率與各臺(tái)室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇功率之和。根據(jù)分析可知,機(jī)組總功率隨室內(nèi)外溫度的變化而變化,其變化規(guī)律如下圖所示:由圖46分析可知,無(wú)論開(kāi)幾臺(tái)室內(nèi)機(jī),機(jī)組總功率均隨室內(nèi)、室外溫度的變化規(guī)律一致。當(dāng)保持室內(nèi)設(shè)定溫度不變時(shí),機(jī)組總功率隨室外空氣干球溫度的升高而升高; 當(dāng)室外空氣干球溫度保持不變時(shí),機(jī)組總功率隨室內(nèi)設(shè)定溫度的降低而升高。3.1.3 VRV空調(diào)機(jī)組部分負(fù)荷能效比分析空調(diào)機(jī)組的制冷節(jié)能性可以采用機(jī)組能效比EER來(lái)描述。本文給出了當(dāng)室內(nèi)濕球溫度為18,室外干球溫度為35時(shí),機(jī)組能效比與部分負(fù)荷的關(guān)系曲線,如圖7所示:圖7

7、中,負(fù)荷率為實(shí)際制冷量與該工況下的滿負(fù)荷時(shí)的制冷量之比,滿負(fù)荷時(shí)的制冷量取自大公司技術(shù)資料。由該圖可以看出,VRV空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的能效比相當(dāng)高。當(dāng)部分負(fù)荷率在40%60%之間變化時(shí),VRV空調(diào)系統(tǒng)的能效比相對(duì)最高,最高可達(dá)到4左右。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)而言,其處于部分負(fù)荷條件下的運(yùn)行時(shí)間占全部運(yùn)行時(shí)間的比例很大,因此,VRV 空調(diào)系統(tǒng)的上述特性使得其在實(shí)際運(yùn)行中能夠很好地節(jié)約能量。圖4 不同空氣參數(shù)下,開(kāi)3臺(tái)室內(nèi)機(jī)的功率變化圖圖5 不同空氣參數(shù)下,開(kāi)2臺(tái)室內(nèi)機(jī)的功率變化圖圖6 不同空氣參數(shù)下,開(kāi)1臺(tái)室內(nèi)機(jī)的功率變化圖圖7 VRV空調(diào)系統(tǒng)夏季部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特性圖   &

8、#160; 3.2 冬季制冷工況分析由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,室外溫度和室內(nèi)溫度產(chǎn)生變化時(shí),每臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制熱量也隨之而變。當(dāng)室內(nèi)溫度不變,而室外溫度發(fā)生變化時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)制熱量均隨室外溫度的升高而增大;當(dāng)室外溫度保持不變,而改變室內(nèi)設(shè)定溫度時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制熱量均隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而降低。其變化規(guī)律如圖810所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,VRV空調(diào)機(jī)組的能耗隨室內(nèi)、室外溫度的變化而變化,當(dāng)三臺(tái)室內(nèi)機(jī)全開(kāi)時(shí),機(jī)組功率隨室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律如圖11所示:圖8 FXYC型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖9 FXYF型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖10 FXYS型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外

9、空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖11 不同空氣參數(shù)下,開(kāi)3臺(tái)室內(nèi)機(jī)的機(jī)組功率變化圖由上圖可以看出,當(dāng)保持室內(nèi)設(shè)定溫度不變時(shí),輸入功率隨室外溫度的升高而減小;當(dāng)室外溫度保持不變時(shí),輸入功率隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而增大?？照{(diào)機(jī)組的制熱節(jié)能性可以采用機(jī)組性能系數(shù)COP來(lái)描述。本文給出了當(dāng)室內(nèi)溫度為20,室外溫度為4時(shí),機(jī)組能效比與部分負(fù)荷的關(guān)系曲線,如圖12所示:由圖12可以看出,當(dāng)部分負(fù)荷率在55%左右時(shí),機(jī)組的性能系數(shù)COP 最高,為4.27。隨著部分負(fù)荷率的升高,能效比逐漸下降。由此說(shuō)明,在冬季制熱運(yùn)行情況下,與夏季相同,VRV空調(diào)機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)的節(jié)能性最好。4.VRV空調(diào)機(jī)組與普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組能耗比

10、較為了能更有力地說(shuō)明VRV空調(diào)機(jī)組的節(jié)能性, 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn),得到了大金VRV空調(diào)機(jī)組冬、夏季部分負(fù)荷性能曲線, 并與,得到了大金VRV空調(diào)機(jī)組冬、夏季部分負(fù)荷性能曲線, 并與普通100冷噸風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組(下稱風(fēng)冷熱泵) 進(jìn)行能耗比較。比較結(jié)果見(jiàn)圖13所示。圖12 VRV空調(diào)系統(tǒng)冬季部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特性圖圖13 VRV空調(diào)機(jī)組與風(fēng)冷熱泵能耗比較上圖中,VRV空調(diào)機(jī)組和風(fēng)冷熱泵均以各自滿負(fù)荷時(shí)的能耗率為100%,而部分負(fù)荷時(shí)的能耗則為該負(fù)荷下的輸入功率與各自滿負(fù)荷下的輸入功率之比。由該圖可以看出,在冬夏季運(yùn)行工況下,當(dāng)負(fù)荷率在20%100%之間變化時(shí),VRV空調(diào)系統(tǒng)的能耗率均低于風(fēng)冷熱泵的能耗率。

11、可以看出,VRV空調(diào)系統(tǒng)比風(fēng)冷熱泵節(jié)能。這主要是因?yàn)閂RV空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1) 機(jī)組采用變頻控制;(2) 采用冷媒直接蒸發(fā)冷卻, 減少了不必要的能量損失;(3) 高度智能化的控制,使得機(jī)組總是在最優(yōu)化的條件下運(yùn)行。而普通風(fēng)冷熱泵在部分負(fù)荷時(shí)采用能量卸載的方式,將壓縮后的冷媒的一部分旁通, 造成能量的極大浪費(fèi);而且,一般的風(fēng)冷熱泵都只有34級(jí)卸載,在只有一部分空調(diào)末端運(yùn)行時(shí),整個(gè)機(jī)組的能耗相對(duì)較大;同時(shí),風(fēng)冷熱泵采用水作為載冷劑,在制冷制熱時(shí)要經(jīng)過(guò)兩次熱交換,也會(huì)造成能量的損耗。5.結(jié)語(yǔ)本文分析了VRV空調(diào)機(jī)組冬夏季制熱(制冷)量隨室內(nèi)外空氣溫度的變化規(guī)律、機(jī)組在不同工況下的能耗及其變

12、化規(guī)律,并分析了機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的能效比EER和性能系數(shù)COP,得到了機(jī)組的部分負(fù)荷性能曲線,并將此曲線與普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組進(jìn)行比較,證明VRV機(jī)組更為節(jié)能。<STRONG參考文獻(xiàn)(1) 劉傳聚編. VRV空調(diào)技術(shù)及其應(yīng)用講義(M). 同濟(jì)大學(xué),1998 ,4.(2) 楊紅,卜增文.DAIKIN超級(jí)VRV+TM空調(diào)器(J). 通風(fēng)除塵,1998 ,4.(3) 肖勇全等. 變頻VRV空調(diào)系統(tǒng)控制淺析(J). 通風(fēng)除塵,1998 ,4.(4) 李麗等. VRV空調(diào)系統(tǒng)的分析及應(yīng)用(J). 通風(fēng)除塵,1998 ,1.(5) 張永銓,巨永平. 變頻控制的VRV空調(diào)系統(tǒng)(J). 暖通空調(diào),1994 ,

13、3.(6) 黃興洲,馮耆榮. 變頻控制VRV空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組選擇及配管設(shè)計(jì)(J). 暖通空調(diào),1994 ,5.     3.2 冬季制冷工況分析由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,室外溫度和室內(nèi)溫度產(chǎn)生變化時(shí),每臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制熱量也隨之而變。當(dāng)室內(nèi)溫度不變,而室外溫度發(fā)生變化時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)制熱量均隨室外溫度的升高而增大;當(dāng)室外溫度保持不變,而改變室內(nèi)設(shè)定溫度時(shí),各臺(tái)室內(nèi)機(jī)的制熱量均隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而降低。其變化規(guī)律如圖810所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,VRV空調(diào)機(jī)組的能耗隨室內(nèi)、室外溫度的變化而變化,當(dāng)三臺(tái)室內(nèi)機(jī)全開(kāi)時(shí),機(jī)組功率隨室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律如圖11所示:圖8 F

14、XYC型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖9 FXYF型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖10 FXYS型室內(nèi)機(jī)制熱量隨室內(nèi)外空氣干球溫度變化規(guī)律圖圖11 不同空氣參數(shù)下,開(kāi)3臺(tái)室內(nèi)機(jī)的機(jī)組功率變化圖由上圖可以看出,當(dāng)保持室內(nèi)設(shè)定溫度不變時(shí),輸入功率隨室外溫度的升高而減小;當(dāng)室外溫度保持不變時(shí),輸入功率隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而增大?？照{(diào)機(jī)組的制熱節(jié)能性可以采用機(jī)組性能系數(shù)COP來(lái)描述。本文給出了當(dāng)室內(nèi)溫度為20,室外溫度為4時(shí),機(jī)組能效比與部分負(fù)荷的關(guān)系曲線,如圖12所示:由圖12可以看出,當(dāng)部分負(fù)荷率在55%左右時(shí),機(jī)組的性能系數(shù)COP 最高,為4.27。隨著部分負(fù)荷率的升

15、高,能效比逐漸下降。由此說(shuō)明,在冬季制熱運(yùn)行情況下,與夏季相同,VRV空調(diào)機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)的節(jié)能性最好。4.VRV空調(diào)機(jī)組與普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組能耗比較為了能更有力地說(shuō)明VRV空調(diào)機(jī)組的節(jié)能性, 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn),得到了大金VRV空調(diào)機(jī)組冬、夏季部分負(fù)荷性能曲線, 并與,得到了大金VRV空調(diào)機(jī)組冬、夏季部分負(fù)荷性能曲線, 并與普通100冷噸風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組(下稱風(fēng)冷熱泵) 進(jìn)行能耗比較。比較結(jié)果見(jiàn)圖13所示。圖12 VRV空調(diào)系統(tǒng)冬季部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特性圖圖13 VRV空調(diào)機(jī)組與風(fēng)冷熱泵能耗比較上圖中,VRV空調(diào)機(jī)組和風(fēng)冷熱泵均以各自滿負(fù)荷時(shí)的能耗率為100%,而部分負(fù)荷時(shí)的能耗則為該負(fù)荷下的輸入功率與

16、各自滿負(fù)荷下的輸入功率之比。由該圖可以看出,在冬夏季運(yùn)行工況下,當(dāng)負(fù)荷率在20%100%之間變化時(shí),VRV空調(diào)系統(tǒng)的能耗率均低于風(fēng)冷熱泵的能耗率?？梢钥闯?VRV空調(diào)系統(tǒng)比風(fēng)冷熱泵節(jié)能。這主要是因?yàn)閂RV空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1) 機(jī)組采用變頻控制;(2) 采用冷媒直接蒸發(fā)冷卻, 減少了不必要的能量損失;(3) 高度智能化的控制,使得機(jī)組總是在最優(yōu)化的條件下運(yùn)行。而普通風(fēng)冷熱泵在部分負(fù)荷時(shí)采用能量卸載的方式,將壓縮后的冷媒的一部分旁通, 造成能量的極大浪費(fèi);而且,一般的風(fēng)冷熱泵都只有34級(jí)卸載,在只有一部分空調(diào)末端運(yùn)行時(shí),整個(gè)機(jī)組的能耗相對(duì)較大;同時(shí),風(fēng)冷熱泵采用水作為載冷劑,在制冷制熱時(shí)要經(jīng)過(guò)兩次熱交換,也會(huì)造成能量的損耗。5.結(jié)語(yǔ)本文分析了VRV空調(diào)機(jī)組冬夏季制熱(制冷)量隨室內(nèi)外空氣溫度的變化規(guī)律、機(jī)組在不同工況下的能耗及其變化規(guī)律,并分析了機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的能效比EER和性能系數(shù)COP,得到了機(jī)組的部分負(fù)荷性能曲線,并將此曲線與普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組進(jìn)行比較,證明VRV機(jī)組更為節(jié)能。<STRONG參考文獻(xiàn)(1