劉志勝，毛守博，何建奇，盧大海，國德防

（海爾空調(diào)電子有限公司研發(fā)部VRF，山東青島 266510）

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)能效實(shí)驗(yàn)研究

劉志勝*，毛守博，何建奇，盧大海，國德防

（海爾空調(diào)電子有限公司研發(fā)部VRF，山東青島 266510）

直流變頻多聯(lián)機(jī)的高效率運(yùn)行不僅和運(yùn)行設(shè)定參數(shù)有關(guān)，而且受安裝方式的影響。本文研究了直流變頻多聯(lián)機(jī)在一定條件下的負(fù)載和能效的關(guān)系，分析和驗(yàn)證了并聯(lián)多聯(lián)機(jī)均負(fù)荷運(yùn)行效率更高的原因。

多聯(lián)機(jī)；部分負(fù)荷；運(yùn)轉(zhuǎn)效率；并聯(lián)運(yùn)行

0 引言

多聯(lián)機(jī)是指一臺(tái)或數(shù)臺(tái)風(fēng)冷室外機(jī)可連接數(shù)臺(tái)不同或相同形式、容量的直接蒸發(fā)式室內(nèi)機(jī)構(gòu)成的制冷循環(huán)系統(tǒng)，也稱變制冷劑流量（Variable refrigerant flow，VRF）空調(diào)系統(tǒng)。因其在部分負(fù)荷工況下較高的能效比以及便于管理的的特點(diǎn)，逐步成為應(yīng)用于中小型公共建筑系統(tǒng)中主流的空氣調(diào)節(jié)產(chǎn)品。

近些年，國內(nèi)能源的供需矛盾越來越突出，特別是制冷季節(jié)，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)“拉閘”限電的現(xiàn)象[1]。為了實(shí)現(xiàn)國家節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的戰(zhàn)略，高能效空氣調(diào)節(jié)產(chǎn)品的研發(fā)和推廣，不僅是市場的需求，也是民族企業(yè)不可推卸的責(zé)任。

海爾空調(diào)電子有限公司一直致力于高能效多聯(lián)機(jī)的研究和應(yīng)用。多聯(lián)機(jī)由于系統(tǒng)變量較多，控制比較復(fù)雜，高效的運(yùn)行不僅和系統(tǒng)的控制參數(shù)有很大關(guān)系，而且和安裝也有很大關(guān)聯(lián)。本文通過簡化條件和參數(shù)，在特定運(yùn)行工況下，對(duì)兩外機(jī)并聯(lián)的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)制進(jìn)行研究，重點(diǎn)驗(yàn)證并聯(lián)多聯(lián)機(jī)均負(fù)荷運(yùn)行系統(tǒng)能效的改善情況。為實(shí)際運(yùn)行工況的研究，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 分析方法

本文依照海爾R410A全直流變頻（壓縮機(jī)、外風(fēng)機(jī)全部為直流變頻）多聯(lián)系統(tǒng)，對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行簡化。忽略系統(tǒng)的壓力損失，假設(shè)室外環(huán)境溫度恒定，制冷系統(tǒng)回氣狀態(tài)確定，冷凝器出口冷媒的過冷度確定，建立多聯(lián)系統(tǒng)制冷運(yùn)行的理論模型，研究最優(yōu)化控制策略。

渦旋壓縮機(jī)制冷劑的實(shí)際質(zhì)量流量MR為[2-3]：

式中：

λ——輸氣效率；

f0——頻率；

Vs——吸氣容積；

v1——回氣比容。

單位質(zhì)量冷媒壓縮機(jī)理論做功Wt[4]：

式中：

p1——制冷系統(tǒng)回氣壓力；

v1——制冷系統(tǒng)比容；

k——制冷劑的等熵指數(shù)；

ε——壓縮比。

單位質(zhì)量壓縮機(jī)輸入功率Wi[3]：

式中：

ηi——壓縮機(jī)的指示效率；

ηm——壓縮機(jī)的機(jī)械效率；

ηe——壓縮機(jī)的電機(jī)效率。

壓縮機(jī)的排氣焓值h2[5]：

式中：

h1——吸氣焓值；

h2——排氣焓值；

f——壓縮機(jī)的散熱系數(shù)。

冷凝器換熱量Q[6-7]：

式中：

Cp——空氣的定壓比熱容；

Ma——外機(jī)送風(fēng)的質(zhì)量流量；

Ta2——換熱器的出風(fēng)溫度；

MR——冷媒流量；

h3——冷凝器出口焓值；

F——翅片管冷凝器的換熱面積；

K——翅片管冷凝器的換熱系數(shù)；

θm——翅片管冷凝器的等效換熱溫差。

空氣的質(zhì)量流量Ma[3]：

式中：

M0——風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速n0的質(zhì)量流量；

n——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的功率Pf：

式中：

P0——風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)功率；

n0——風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

ηf——直流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（包括驅(qū)動(dòng)）的效率。

多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)外機(jī)的效率EER：

式中：

ηd——直流變頻壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率。

本文根據(jù)上述公式，采用成熟的冷凝換熱模型[8]，Clelend的R410a熱力性質(zhì)公式[9]，初始化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和壓縮機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)，確定系統(tǒng)的回氣參數(shù)以及冷凝器出口冷媒的過冷度為常數(shù)，建立計(jì)算模型，對(duì)多聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行能效模擬。在確定的壓縮機(jī)頻率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，假設(shè)系統(tǒng)的排氣壓力和風(fēng)機(jī)的出風(fēng)溫度的初始值，根據(jù)換熱公式進(jìn)行迭代計(jì)算，選取偏差最小的結(jié)果作為本組合下的計(jì)算結(jié)果。通過壓縮機(jī)頻率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同組合，計(jì)算出單外機(jī)系統(tǒng)的能效數(shù)據(jù)[10]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

海爾型號(hào)KMR-280W/D532B的多聯(lián)機(jī)外機(jī)，是一款采用全直流變頻設(shè)計(jì)的10 HP多聯(lián)機(jī)，選用三菱電機(jī)的直流變頻壓縮機(jī)和松下的直流變頻風(fēng)機(jī)。壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)都通過正弦波驅(qū)動(dòng)，不僅驅(qū)動(dòng)效率較高，且頻率變化范圍廣。外機(jī)頻率最高可以達(dá)到120 Hz，風(fēng)機(jī)分為14個(gè)風(fēng)速檔級(jí)。

本實(shí)驗(yàn)采用2臺(tái)KMR-280W/D532B外機(jī)并聯(lián)成1套20 HP的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，連接5臺(tái)4 HP的室內(nèi)機(jī)。按照?qǐng)D1方式，安裝在焓差實(shí)驗(yàn)室。

圖1 多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)安裝方式

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)安裝完成，關(guān)閉一臺(tái)室外機(jī)，進(jìn)行單臺(tái)10 HP外機(jī)在不同負(fù)載下的運(yùn)轉(zhuǎn)驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)過程中，采取不同的優(yōu)化控制邏輯，改善系統(tǒng)的整體效率。對(duì)比計(jì)算數(shù)據(jù)，初始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和優(yōu)化數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 10 HP外機(jī)不同負(fù)載測試對(duì)比數(shù)據(jù)

從圖中可以看出，10 HP外機(jī)負(fù)載40%負(fù)載以下時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)偏差較大。這可能和壓縮機(jī)在低頻下效率較低有關(guān)。其他負(fù)載下，基本和計(jì)算數(shù)據(jù)一致。優(yōu)化風(fēng)機(jī)控制，對(duì)低負(fù)載的影響較大。

兩個(gè)外機(jī)都打開，保持室外環(huán)境溫度不變，系統(tǒng)回氣狀態(tài)不變進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，測試出系統(tǒng)在不同負(fù)荷下的能效，并和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖3。

圖3 20 HP多聯(lián)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行特性

從圖中可以看出，20 HP系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，和按照單機(jī)數(shù)據(jù)推算數(shù)據(jù)基本符合。在30%～80%負(fù)載時(shí)，能效比兩臺(tái)外機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)明顯較高。

4 結(jié)論

1） 直流變頻壓縮機(jī)的特性對(duì)整機(jī)性能有影響。由于渦旋壓縮機(jī)在低頻段指示效率、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊效率等因素的影響，渦旋壓縮機(jī)系統(tǒng)在低頻運(yùn)行時(shí)能效相對(duì)較低。

2） 單臺(tái)多聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，小負(fù)荷時(shí)風(fēng)機(jī)功率對(duì)能效影響較大，采用直流變頻風(fēng)機(jī)，通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，可以改善低?fù)荷運(yùn)行時(shí)的能效。

3） 多聯(lián)機(jī)高頻運(yùn)行時(shí)，由于換熱面積和熱負(fù)載比值降低，壓縮機(jī)容積效率降低等因素，能效明顯下降。

4） 單臺(tái)多聯(lián)機(jī)在中間負(fù)載段能效最高。并聯(lián)運(yùn)行可以增大中間負(fù)載運(yùn)行的區(qū)域，達(dá)到節(jié)能的目的。

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Experimental Study on Energy Efficiency of Multi-split Air Conditioning System

LIU Zhi-sheng*, MAO Shou-bo, HE Jian-qi, LU Da-hai, GUO De-fang
(Haier A/C Electronic Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266510, China)

The energy efficiency of DC invert multi-split air conditioning system is affected not only by system parameters but also by installation. In the paper, the relationship between the energy efficiency and part cooling load of DC invert multi-split air conditioning system was investigated. The reason for the high operation efficiency of the multi-split system in parallel operation under average load was analyzed and verified.

Multi-split air conditioners; Part load; Operation efficiency; Parallel operation

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.02.106

*劉志勝（1980-），男，學(xué)士，工程師。研究方向：多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。聯(lián)系地址：青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾工業(yè)園，郵編：266510。聯(lián)系電話：0532-86761516。E-mail：liuzhisheng001@126.com。