漫谈多联机
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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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Presentation Transcript


5587655

漫谈多联机

清华大学 彦启森

2005年10月


5587655

漫谈多联机

  • 前 言

  • 多联机真完美吗?

  • 多联机尚需提高

  • 结束语


5587655

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


5587655

前言—非常熟悉的多联机系统


5587655

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


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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


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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


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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


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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


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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


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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?


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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)


5587655

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


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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


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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%


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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


5587655

完美吗? —作用范围


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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


5587655

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‘


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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30m50m80m100m120m150m

制冷t℃ 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11

0.930.890.830.780.740.68

制 热0.990.990.970.970.960.95


5587655

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


5587655

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


5587655

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


5587655

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


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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


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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


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室温波动严重

完美吗? —室温控制

实验:同上


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完美吗? —室温控制

吸气饱和温度约0oC

吸气饱和温度约40oC


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多联机尚需提高

提高设计水平

提高机组系统水平


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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?


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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


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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


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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


5587655

多联机 —设计要点

作用半径适当

控制吸气管阻力损失


5587655

作用半径对比 —供热

COP

m


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作用半径对比 —制冷

EER

m


5587655

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


5587655

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


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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


R410a

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~


R410a1

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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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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多联机 —数码涡旋

数码涡旋少干扰,能效较好

回油仍需慎重考虑

部分负荷除湿性能好吗?

不能超负荷制热


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多联机 —数码涡旋特性

排气压力

储气罐压力

占空比50%

蒸发器压力

压缩机吸气压力

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

未获得不同占空比的性能曲线


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多联机 —数码涡旋回油

数码涡旋也需回油运转模式

  • 容量调节电磁阀的周期时间为约20s,系统的时间常数为分钟级,可利用加载时较大的制冷剂流速带油

  • 由于室内机开启状态取决于用户,对于不工作的室内机内一定会存油

  • 需根据数码涡旋压缩机工作特点设计回油模式


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多联机 —数码涡旋除湿

••吸气管阻力导致室内机的蒸发温度上升

越远的室内机蒸发温度越高

••变频调节:低频蒸发温度上升,除湿降低

••数码涡旋:最佳周期时间为10-20s,远小于制冷系统的时间常数,影响不明显

••室温到达设定室温,关闭膨胀阀后,如果停风机片刻,可改善除湿效果


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蒸发温度

(C)

20

16

Inverter Variable Speed

变频系统

数码涡旋

12

Digital Scroll

8

4

0

0

2

4

6

8

10

12

14

制冷量

Capacity (KW)

多联机 —数码涡旋除湿


5587655

结 束 语

••多联机虽具有诸多优点

但目前还存在着明显缺点

••提高系统能效比和室内调控性能是目前急需解决的问题

••多联机是多末端制冷系统

系统设计是机组设计的延续

需要专门技术人员提供支持


5587655

谢 谢 !


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