影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的因素

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摘 要  本文根據(jù)多聯(lián)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，鑒于目前設(shè)計(jì)院選用多聯(lián)機(jī)時(shí)存在的問(wèn)題，以影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的四個(gè)因素為研究對(duì)象，展開(kāi)分析和討論。提出了影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的四個(gè)因素：1. 多聯(lián)機(jī)作用域：①系統(tǒng)配管長(zhǎng)度，②室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)高差；③室內(nèi)機(jī)之間的高度差；2. 室內(nèi)外機(jī)的連接率；3. 室外溫度；4. 室外機(jī)冬季融霜。從理論上對(duì)這四個(gè)因素進(jìn)行分析，為設(shè)計(jì)選型計(jì)算提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 多聯(lián)機(jī) 多聯(lián)機(jī)作用域 連接率 融霜 1. 引言 多聯(lián)式空調(diào)( 熱泵) 機(jī)組(multi-connected air-condition(heat pump) unit)，簡(jiǎn)稱為多聯(lián)機(jī)。有時(shí)也稱VRF (variable refrigerant flow)空調(diào)系統(tǒng)，即可變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，由日本大金公司于1982 年開(kāi)發(fā)推出，打破了傳統(tǒng)的中央空調(diào)設(shè)計(jì)理念，在傳統(tǒng)的房間分體空調(diào)器由一臺(tái)室外機(jī)連接一臺(tái)室內(nèi)機(jī)的一對(duì)一方式的基礎(chǔ)上，研制出了一(多)臺(tái)室外機(jī)連接多臺(tái)室內(nèi)機(jī)的供暖制冷系統(tǒng)。使設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行及維護(hù)管理更為簡(jiǎn)單、方便^[1]。 多聯(lián)機(jī)以其系統(tǒng)設(shè)置的靈活性、安裝維修的簡(jiǎn)單性、使用管理的方便性、控制系統(tǒng)選擇的多樣性、部分負(fù)荷的高能效比等特點(diǎn),在舒適性空調(diào)中的應(yīng)用越來(lái)越多,設(shè)計(jì)面積也由幾十平米到幾萬(wàn)平米 。 然而影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的因素有許多，主要是：1. 多聯(lián)機(jī)作用域：①系統(tǒng)配管長(zhǎng)度，②室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)高差；③室內(nèi)機(jī)之間的高度差；2. 室內(nèi)外機(jī)的連接率；3. 室外溫度；4. 室外機(jī)冬季融霜。因此在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝過(guò)程中，若不充分考慮以上因素，則未必能最大程度發(fā)揮多聯(lián)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，甚至影響機(jī)組的正常運(yùn)行。這就造成多聯(lián)機(jī)具體實(shí)施上，特別是將多聯(lián)機(jī)用于較大的系統(tǒng)時(shí)，各子系統(tǒng)不可避免地發(fā)生藕合和干擾，造成不必要的能量損失。 本文分析了影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的四大因素，為設(shè)計(jì)選型計(jì)算提供理論依據(jù)。 2. 多聯(lián)機(jī)作用域的影響 多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的作用域包括系統(tǒng)配管長(zhǎng)度、室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)之間的高度差以及室內(nèi)機(jī)之間的高度差等因素。一般來(lái)說(shuō),室外機(jī)容量越大,系統(tǒng)作用域越大,管路配置越長(zhǎng)。但由于直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)本身的特性,系統(tǒng)的作用域不宜過(guò)大。 2.1 系統(tǒng)配管長(zhǎng)度的影響 流體在管路中流動(dòng)時(shí)總會(huì)產(chǎn)生壓降,對(duì)于直接膨脹式空調(diào)系統(tǒng),制冷劑回路中沒(méi)有增壓泵來(lái)補(bǔ)償吸氣管路和排氣管路中的壓力損失,吸氣管路中的壓力損失會(huì)造成壓縮機(jī)吸氣壓力下降,壓縮比增大,容積效率下降;同時(shí),吸氣比體積增大,導(dǎo)致制冷劑質(zhì)量流量減小,制冷量減小。所以,如果制冷劑管路過(guò)長(zhǎng),則多聯(lián)機(jī)的制冷能力下降得非常明顯;同時(shí),較長(zhǎng)的管路也會(huì)降低多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的COP ,并消耗更多的電力。 在設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)時(shí),一般均對(duì)吸氣管和排氣管的壓力損失許可值有限制,對(duì)于吸氣管來(lái)說(shuō)相當(dāng)于蒸發(fā)溫度降低了1 ℃,對(duì)于排氣管來(lái)說(shuō)相當(dāng)于冷凝溫度升高了1～2 ℃^[2] 。 制冷劑管路中的壓力損失Δp 可由式(1) 計(jì)算:         （1） 式中，f為摩擦阻力因數(shù)；Gr為制冷劑的質(zhì)量流量kg/ s ；Vr為制冷劑比體積m³ / kg ；d_i為管道內(nèi)徑m ；L 為管道長(zhǎng)度m 。 由式(1) 可以看出,對(duì)于長(zhǎng)度為L(zhǎng) 和制冷劑比體積一定的管路,要減小壓力損失只能增大管道內(nèi)徑或減小制冷劑的質(zhì)量流量。但由于回油要求的限制,管道內(nèi)徑只能適當(dāng)增大,因此唯一可行的方法是減小制冷劑的質(zhì)量流量。但是設(shè)計(jì)要求制冷系統(tǒng)的制冷量不能減小,故為了滿足長(zhǎng)配管的要求,只能增大冷凝器后制冷劑的過(guò)冷度,從而增加制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量。 所以，在進(jìn)行多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型計(jì)算時(shí)，要充分考慮到系統(tǒng)配管長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響 2.2 室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)高差的影響 2.2.1 室外機(jī)高于室內(nèi)機(jī)     制冷運(yùn)行時(shí),室內(nèi)機(jī)的電子膨脹閥起節(jié)流作用, 由于重力的作用,電子膨脹閥前的過(guò)冷液體的壓力要高于冷凝壓力,高出的數(shù)值取決于室內(nèi)外機(jī)高度差產(chǎn)生的附加壓力。因此,室內(nèi)外機(jī)的高度差H應(yīng)有一定的限制,即滿足              （2） 式中，p_k為冷凝壓力,MPa ； p₀為蒸發(fā)壓力,MPa ；ρ為液體密度,kg/ m3 ； g 為自由落體加速度,m/ s² ；H 為室內(nèi)外機(jī)高度差m ； p_max為電子膨脹閥最高動(dòng)作壓差MPa 。 制熱運(yùn)行時(shí),室外機(jī)電子膨脹閥起節(jié)流作用,室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥主要起室內(nèi)機(jī)之間的流量平衡作用。制冷劑在上升管內(nèi)流動(dòng)時(shí),必須考慮重力產(chǎn)生的附加壓降可能會(huì)帶來(lái)液體閃蒸的問(wèn)題,保證室外機(jī)電子膨脹閥前有一定的過(guò)冷度,否則在液體管段內(nèi)產(chǎn)生氣泡,會(huì)形成電子膨脹閥前的節(jié)流“氣阻”,導(dǎo)致膨脹閥可能工作不穩(wěn)定。另外,制熱運(yùn)行時(shí)為保證一定的出風(fēng)溫度,必須對(duì)冷凝壓力有一定的限制,再加上重力產(chǎn)生的附加壓降使得壓縮機(jī)排氣壓力必須要提高。也就是說(shuō),壓縮機(jī)對(duì)排氣壓力的限制決定了室內(nèi)外機(jī)高度差不能超過(guò)一定范圍。 2.2.2 室外機(jī)低于室內(nèi)機(jī) 制冷運(yùn)行時(shí),室內(nèi)機(jī)的電子膨脹閥起節(jié)流作用。制冷劑在冷凝器中冷凝后,過(guò)冷液體在液管中上升,然后進(jìn)入電子膨脹閥,由于重力的作用,過(guò)冷液體在高壓液管中需克服上升造成的重力損失。為防止液體壓力降低帶來(lái)的液體閃蒸,室內(nèi)外機(jī)的高度差有一定限制,這與2. 1 節(jié)的分析情況類似。 制熱運(yùn)行時(shí),室外機(jī)電子膨脹閥起節(jié)流作用,制冷劑蒸氣在豎直管中上升至室內(nèi)冷凝器,冷凝后的過(guò)冷液體在液管中下降,然后進(jìn)入室外機(jī)電子膨脹閥,節(jié)流后進(jìn)入室外蒸發(fā)器。如果室內(nèi)外機(jī)高度差過(guò)大,高溫制冷劑蒸氣可能在管路中冷凝,從而減少室內(nèi)機(jī)的制熱量。 綜合前面的分析,為防止液體制冷劑在豎直上升過(guò)程中由重力帶來(lái)的壓降引起的閃蒸,保證室內(nèi)外機(jī)電子膨脹閥的正常工作,防止吸氣過(guò)熱、排氣溫度過(guò)高,保證吸氣管順利回油,室內(nèi)外機(jī)的高度差要盡量減小,最好不要超過(guò)40m。 2.3 室內(nèi)機(jī)之間的高度差的影響 制冷運(yùn)行時(shí),室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥起節(jié)流作用,并且室內(nèi)機(jī)之間的流量分配也是由電子膨脹閥來(lái)完成的。為了使電子膨脹閥能夠穩(wěn)定工作,具有良好的調(diào)節(jié)作用,電子膨脹閥前制冷劑液體應(yīng)有一定的過(guò)冷度。 多聯(lián)機(jī)一般都可以長(zhǎng)配管、大落差,雖然室外機(jī)冷凝器具有較大的過(guò)冷度,但是為了克服豎直上升的壓降已經(jīng)損失了絕大部分的過(guò)冷度。電子膨脹閥安裝在最低位時(shí),由于重力作用前后壓差最大;安裝在最高位時(shí),前后壓差最小。如果室內(nèi)機(jī)之間的高度差較大,安裝在最高位的電子膨脹閥前過(guò)冷度最小,容量最小,全開(kāi)時(shí)容量可能不足,而安裝在最低位的電子膨脹閥容量過(guò)大,在調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。 2.4 綜述 綜上所述，在進(jìn)行多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型計(jì)算時(shí)，應(yīng)優(yōu)化室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)間的配管布置，減少配管長(zhǎng)度，配管等效長(zhǎng)度不宜超過(guò)70米；或通過(guò)產(chǎn)品技術(shù)資料核定，配管實(shí)際長(zhǎng)度制冷工況下滿負(fù)荷的性能系數(shù)不應(yīng)低于2.80^[3]。 雖然某些空調(diào)公司的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)宣傳其最大管長(zhǎng)可達(dá)165米，等效管長(zhǎng)190米，但是隨著管長(zhǎng)的增加，系統(tǒng)的制冷或制熱也會(huì)產(chǎn)生衰減，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮管長(zhǎng)長(zhǎng)度帶來(lái)的影響。 依據(jù)多聯(lián)機(jī)廠家提供的管長(zhǎng)修正系數(shù)以及容量系數(shù)修正圖，可根據(jù)室內(nèi)外機(jī)的最長(zhǎng)等效管長(zhǎng)以及室內(nèi)外機(jī)的最大高低差來(lái)計(jì)算得到系統(tǒng)的實(shí)際制冷/制熱能力。 3. 室內(nèi)外機(jī)的連接率的影響 從經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性考慮，需根據(jù)同時(shí)使用率來(lái)選擇合適的室內(nèi)外機(jī)連接率，其中，連接率=室內(nèi)機(jī)額定制冷能力之和/室外機(jī)額定制冷能力。 連接率一般不超過(guò)110%左右，并且在確定下連接率后需確認(rèn)室內(nèi)機(jī)的實(shí)際冷熱量是否滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷需求。而當(dāng)室內(nèi)機(jī)容量總和超過(guò)室外機(jī)所提供的實(shí)際能力時(shí)，室內(nèi)機(jī)的實(shí)際容量就會(huì)有所衰減，特別是在連接率較大時(shí)必須考慮這個(gè)因素的影響。 由于連接率的不同，帶來(lái)機(jī)組實(shí)際容量的衰減，可以通過(guò)查詢多聯(lián)機(jī)廠家提供的制冷/制熱容量表（如表1）來(lái)計(jì)算得到實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)際制冷/制熱容量。 表1：某品牌10HP制熱容量表（局部）

組合（％） 室外氣溫 室內(nèi)溫度 ℃ （DB） 20.0 21.0 22.0 TC PI TC PI TC PI ℃ DB ℃ WB KW KW KW KW KW KW 110% 30.8KW -5.0 -5.6 27.4 8.59 27.4 8.71 27.4 8.83 -3.0 -3.7 28.8 8.78 28.8 8.89 28.7 9.00 0.0 -0.7 31.1 9.06 31.1 9.16 31.1 9.27 3.0 2.2 33.6 9.31 33.5 9.40 32.4 9.02 5.0 4.1 34.7 9.20 33.5 8.83 32.4 8.48 7.0 6.0 34.7 8.64 33.5 8.30 32.4 7.97 100% 28.0KW -5.0 -5.6 27.4 8.93 27.3 9.03 27.3 9.14 -3.0 -3.7 28.7 9.10 28.7 9.20 28.7 9.30 0.0 -0.7 31.0 9.35 30.5 9.20 29.5 8.82 3.0 2.2 31.5 8.70 30.5 8.36 29.5 8.03 5.0 4.1 31.5 8.18 30.5 7.87 29.5 7.56 7.0 6.0 31.5 7.70 30.5 7.41 29.5 7.12

注：DB-干球溫度，℃ WB-濕球溫度，℃ TC-總?cè)萘浚?span>KW PI-輸入功率，KW（壓縮機(jī)＋室外風(fēng)扇電機(jī)） 4. 室外溫度的影響 室外機(jī)運(yùn)行時(shí),進(jìn)風(fēng)溫度通常是周邊環(huán)境空氣溫度。從多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器的風(fēng)量角度來(lái)看,有式(3) 所示的關(guān)系:                                           （3） 式中　Q_k為冷凝負(fù)荷W； L為冷凝器換熱風(fēng)量,m³ / h ；c_p為空氣的比定壓熱容kJ / (kg ·℃) ；t₂為空氣出口溫度℃；t₁為空氣進(jìn)口溫度℃； 為進(jìn)口空氣密度kg/m³ 。 由式(3) 可以看出,當(dāng)室外機(jī)冷凝器進(jìn)口溫度升高時(shí),勢(shì)必將減小室外機(jī)的冷凝器散熱量,而冷凝器散熱量的減小將直接導(dǎo)致機(jī)組冷凝溫度和壓力的升高。多聯(lián)機(jī)的工作原理是建立在單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的基礎(chǔ)之上的, 于是由室外進(jìn)風(fēng)溫度升高引起的室外機(jī)冷凝溫度的升高,將使多聯(lián)機(jī)制冷系統(tǒng)的制冷性能系數(shù)下降及壓縮機(jī)功耗增加。     因此在工程設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的效率，室外機(jī)必須設(shè)置在通風(fēng)良好的場(chǎng)所，避免設(shè)置在通風(fēng)條件不良的半封閉空間等場(chǎng)所^[3]。 5. 室外機(jī)冬季融霜的影響     空氣源熱泵機(jī)組在冬季運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)空氣通過(guò)室外側(cè)換熱盤管時(shí)，會(huì)有水凝結(jié)在盤管表面，進(jìn)而結(jié)成了冰，結(jié)在盤管上的冰不僅會(huì)減小換熱面積，而且會(huì)降低可通過(guò)的風(fēng)量。隨著結(jié)霜的不斷增加，會(huì)影響到空氣和盤管的熱交換效果，也就是和制冷劑的熱交換效果。因此，融霜是空氣源熱泵在冬季特有的現(xiàn)象，熱泵式VRV空調(diào)機(jī)組也不例外。在晴朗的天氣里，大約8h 融一次霜，一天融霜三次左右；而在雨雪的天氣中，大約2～3h 融霜一次；最惡劣的工況是0～5℃之間的雨雪天氣，有時(shí)甚至?xí)?～1.5h 融霜一次。由此可知，融霜的時(shí)間間隔主要由室外空氣的相對(duì)濕度決定的，室外空氣的相對(duì)濕度越高，融霜次數(shù)越多，反之則越少。     由于室外機(jī)進(jìn)行融霜時(shí)是不進(jìn)行制熱運(yùn)轉(zhuǎn)的，故在進(jìn)行室外機(jī)實(shí)際制熱容量計(jì)算時(shí)，應(yīng)該考慮由于融霜所導(dǎo)致的制熱損失。在計(jì)算融霜所導(dǎo)致的制熱損失時(shí)，通常可以根據(jù)不同的室外溫度，通過(guò)查詢廠家提供的融霜修正系數(shù)來(lái)計(jì)算得到。 6. 結(jié)論     多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間還不長(zhǎng),設(shè)計(jì)師對(duì)該系統(tǒng)的了解有待于進(jìn)一步的深入。這種了解不能只停留在廠家對(duì)COP、管長(zhǎng)、配比率等的宣傳上,只有對(duì)設(shè)備性能、制冷原理、控制方式等多方位深入了解才能用好多聯(lián)機(jī),發(fā)揮多聯(lián)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。 本文詳細(xì)分析了影響多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的四大因素，為設(shè)計(jì)選型計(jì)算提供理論依據(jù)。     根據(jù)本文的闡述,設(shè)計(jì)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)該注意系統(tǒng)配管長(zhǎng)度、室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)高差、室內(nèi)機(jī)之間的高度差、室內(nèi)外機(jī)的連接率、溫度工況、室外機(jī)冬季融霜等因素對(duì)多聯(lián)機(jī)運(yùn)行性能的影響。在選擇室內(nèi)機(jī)時(shí),應(yīng)在負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行溫度修正、連接率修正和連接管長(zhǎng)修正^[3]；在選擇室外機(jī)時(shí),在條件允許的情況下應(yīng)盡量選擇高效、容量小的室外機(jī),額定制冷量以不大于56KW為好^[4]。 參考文獻(xiàn)： [1] 馬一太,王洪利. 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)及其能效標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展[J]. 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008，(2)：21-23. [2] 王志剛. 變頻控制多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2006 [3] 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 節(jié)能專篇暖通空調(diào). 動(dòng)力[S]. 2007

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