張曉萌 魏文哲 倪 龍

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱;2.寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱;3.北京工業(yè)大學(xué)綠色建筑環(huán)境與節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京)

0 引言

由于具有部分負(fù)荷性能好、各區(qū)域獨(dú)立控制、投資低和易于維修等特點(diǎn),多聯(lián)機(jī)近年來在我國的應(yīng)用得到了快速發(fā)展,廣泛應(yīng)用于辦公、酒店及學(xué)校等公共建筑,并逐漸應(yīng)用于民用建筑中[1-4]。自2017年起,其市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到集中空調(diào)總產(chǎn)值的50%以上,并保持持續(xù)上漲的勢(shì)頭[5-6]。隨著低溫供暖技術(shù)的發(fā)展,多聯(lián)機(jī)開始在寒冷地區(qū)快速發(fā)展,并逐漸向嚴(yán)寒地區(qū)擴(kuò)展。多聯(lián)機(jī)的末端多為風(fēng)機(jī)盤管,與加熱循環(huán)水的空氣-水熱泵相比,由于壓縮比和排氣溫度較低,所以具有更好的低溫性能,但當(dāng)室外溫度降低到-20 ℃以下時(shí),由于室外機(jī)換熱能力減弱和吸氣壓力降低等原因,導(dǎo)致多聯(lián)機(jī)出現(xiàn)制熱量和性能系數(shù)(COP)快速衰減、排氣溫度快速上升等問題。

近年來,隨著補(bǔ)氣技術(shù)的發(fā)展,準(zhǔn)二級(jí)壓縮技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低溫型空氣源熱泵,并取得了良好的節(jié)能效果[7]。為了提升多聯(lián)機(jī)的低溫性能,準(zhǔn)二級(jí)壓縮技術(shù)開始逐漸應(yīng)用于多聯(lián)機(jī)[6]。準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)通過將部分中間壓力的制冷劑噴入壓縮機(jī)中,與經(jīng)過一定壓縮的吸氣進(jìn)行混合,降低制冷劑的溫度,從而降低壓縮機(jī)的排氣溫度;同時(shí),由于補(bǔ)入中間壓力的制冷劑,壓縮機(jī)的排氣質(zhì)量流量增大,從而使流入室內(nèi)機(jī)的制冷劑流量增大,機(jī)組的制熱能力增強(qiáng);此外,補(bǔ)氣還可以提升機(jī)組的COP。Cho等人測(cè)量了不同室外溫度下采用R410A和R32的補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)的性能,與沒有補(bǔ)氣時(shí)相比,多聯(lián)機(jī)制熱量分別提升了7.5%～13.3%和7.8%～13.9%,而COP提升了2.6%～7.0%和1.1%～4.7%[8]。Kang等人在室外溫度為-20～20 ℃時(shí)對(duì)采用雙補(bǔ)氣渦旋壓縮機(jī)的多聯(lián)機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,與單級(jí)補(bǔ)氣機(jī)組相比,采用雙級(jí)補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)的制熱量和COP分別提高了8.9%～18.9%和5.8%～9.8%[9]。Min等人在室外溫度為-17.7～16.7 ℃時(shí)模擬研究了補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)的制熱性能,并指出由于排氣質(zhì)量流量的增大和蒸發(fā)器的熱回收,使補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)的性能得到了有效提升[10]。除了制熱性能提升外,劉曉慶等人通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)氣使多聯(lián)機(jī)的制冷能力提升了10%～15%[6]。

盡管學(xué)者們對(duì)補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)的供暖性能進(jìn)行了研究,但文獻(xiàn)中的最低室外溫度只有-20 ℃,這遠(yuǎn)不能滿足嚴(yán)寒地區(qū)的供暖需求;此外,目前鮮有關(guān)于補(bǔ)氣多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用的報(bào)道。為了推進(jìn)多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用,在哈爾濱搭建了準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái),并進(jìn)行了91天的連續(xù)測(cè)試,對(duì)其性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)所用的準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。多聯(lián)機(jī)采用的制冷劑為R410A,在7 ℃工況下,機(jī)組的額定制熱量和耗功分別為18.0 kW和4.5 kW,壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍為20～120 r/s。于2021年1月10日到4月10日期間,在哈爾濱對(duì)機(jī)組的制熱性能進(jìn)行了連續(xù)測(cè)試。

圖1 系統(tǒng)原理圖

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用來向5個(gè)面積為29.1 m2的實(shí)驗(yàn)室供暖,供暖期間每個(gè)房間的設(shè)定溫度為21 ℃,當(dāng)房間溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí),室內(nèi)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)降低一擋,一旦達(dá)到24 ℃,室內(nèi)風(fēng)機(jī)就停止運(yùn)行,當(dāng)房間溫度降低到18 ℃時(shí),風(fēng)機(jī)自動(dòng)重啟,重新開始供暖。

1.2 新型控制策略

為了適應(yīng)哈爾濱的超低環(huán)境溫度,采用了一種基于室外環(huán)境溫度分段控制多聯(lián)機(jī)壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)的控制策略來降低壓縮機(jī)的排氣溫度。該控制策略適用于低壓腔壓縮機(jī),主要包含兩部分:1) 隨著環(huán)境溫度的降低,增大壓縮機(jī)的補(bǔ)氣量;2) 當(dāng)環(huán)境溫度低于-15 ℃時(shí),壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)由過熱態(tài)變?yōu)闅庖簝上鄳B(tài)(兩相吸氣)。盡管Yang等人通過模擬發(fā)現(xiàn)兩相吸氣可有效降低壓縮機(jī)的排氣溫度[11],但目前公開的文獻(xiàn)中卻未見報(bào)道過如何在實(shí)驗(yàn)過程中控制含液量以避免壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油黏度過大及發(fā)生液擊。

該控制方法的調(diào)節(jié)流程如圖2所示。當(dāng)機(jī)組在較高的室外溫度工作時(shí),通過調(diào)節(jié)主電子膨脹閥EEV1和補(bǔ)氣電子膨脹閥EEV2的開度,對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣來降低排氣溫度和提升制熱量,但壓縮機(jī)的吸氣是過熱的。在環(huán)境溫度低于-15 ℃時(shí),開始采用兩相吸氣,為了控制吸氣中的含液量,本文采用壓縮機(jī)油池中最低允許溫度對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)殼體后,首先流經(jīng)電動(dòng)機(jī),由于壓縮機(jī)中電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量占?jí)嚎s機(jī)總輸入功率的10%～30%,吸氣中的液態(tài)成分會(huì)在電動(dòng)機(jī)表面吸熱并氣化,此時(shí)由于電動(dòng)機(jī)表面和壓縮機(jī)殼體表面溫度的降低,導(dǎo)致油池內(nèi)的油溫下降。當(dāng)吸氣中液態(tài)成分過多而不能完全氣化時(shí),殘留的液態(tài)制冷劑會(huì)因?yàn)橹亓蛻T性力掉入壓縮機(jī)油池中,并在油池內(nèi)進(jìn)一步氣化,從而導(dǎo)致油池內(nèi)油溫的進(jìn)一步降低。因此,多聯(lián)機(jī)機(jī)組在兩相吸氣時(shí)可以穩(wěn)定地運(yùn)行。然而,由于液態(tài)制冷劑導(dǎo)致油池內(nèi)油溫的降低,油的黏度增加;為了使油池內(nèi)油的黏度保持在合理范圍內(nèi),油池內(nèi)的油溫不能太低。因此,油池內(nèi)油溫可以在一定程度上反映吸氣中的含液量。當(dāng)油池內(nèi)油溫和補(bǔ)氣過熱度達(dá)到允許值時(shí),就可以確定主電子膨脹閥EEV1和補(bǔ)氣電子膨脹閥EEV2的開度,也就意味著在該工況下機(jī)組的吸氣量和補(bǔ)氣量會(huì)被自動(dòng)確定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,盡管此時(shí)兩相吸氣可以有效地提高機(jī)組的性能,但是由于主電子膨脹閥EEV1開度較小,不易控制壓縮機(jī)吸氣的帶液量,從而對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;另一方面環(huán)境溫度較高時(shí)通過補(bǔ)氣就可以使機(jī)組穩(wěn)定地運(yùn)行,所以在室外溫度較高時(shí)不宜采用兩相吸氣。

注:to為室外溫度;Δtx為吸氣過熱度;tp為排氣溫度;Δtb為補(bǔ)氣過熱度;ty為油池內(nèi)油溫;ty,d為油池內(nèi)允許的最低油溫。圖2 新型控制策略流程圖

當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)行兩相吸氣時(shí),由于制冷劑流入壓縮機(jī)殼體前沒有過熱度,所以吸氣溫度較低;此外,在壓縮機(jī)殼體內(nèi),由于部分電動(dòng)機(jī)發(fā)熱用來氣化液態(tài)制冷劑,而不是提升吸氣的過熱度,所以吸氣在殼體內(nèi)的溫升降低。因此,吸氣腔內(nèi)的制冷劑溫度會(huì)降低,這有助于降低壓縮機(jī)的排氣溫度。

為了檢驗(yàn)該控制策略的可行性及穩(wěn)定性,在本研究的連續(xù)測(cè)試過程中,始終采用該控制策略對(duì)補(bǔ)氣電子膨脹的開度進(jìn)行調(diào)控。

1.3 制熱量計(jì)算

在實(shí)際供暖過程中,由于空氣在室內(nèi)機(jī)加熱過程中含水量保持恒定,機(jī)組的制熱量可通過式(1)計(jì)算得到,其中空氣的密度ρ和比熱容c可根據(jù)空氣的溫度得到,但實(shí)時(shí)空氣流量q會(huì)發(fā)生變化,且不是均勻分布的,導(dǎo)致其很難測(cè)量。為了準(zhǔn)確計(jì)算制熱量,在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)室內(nèi)機(jī)的額定流量及額定輸入功率進(jìn)行了測(cè)量,在實(shí)際運(yùn)行時(shí),由于電壓往往會(huì)發(fā)生輕微的變化,因此采用室內(nèi)機(jī)的實(shí)時(shí)功率與額定功率的比值對(duì)其送風(fēng)量進(jìn)行修正,如式(2)所示。

Q=ρqc(tout-ti)

(1)

(2)

式(1)、(2)中Q為制熱量,kW;q1為額定風(fēng)量,m3/s;ti、tout分別為室內(nèi)機(jī)進(jìn)、出風(fēng)溫度,℃;P、P1分別為實(shí)時(shí)輸入功率與額定輸入功率,W。

除了以上參數(shù),室內(nèi)機(jī)的送回風(fēng)溫度也需要進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果,室內(nèi)機(jī)的回風(fēng)溫度可以視為均勻的,因此在每個(gè)室內(nèi)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口安裝2個(gè)熱電偶,用其測(cè)量平均值代表進(jìn)風(fēng)溫度。但是室內(nèi)機(jī)出風(fēng)口不同位置的風(fēng)溫卻有較大的差異,為了確定典型位置,在室內(nèi)機(jī)出風(fēng)口均勻布置了30個(gè)熱電偶,如圖3所示。由于當(dāng)測(cè)溫點(diǎn)足夠多時(shí),可以用測(cè)點(diǎn)的溫度代表相應(yīng)區(qū)域的送風(fēng)溫度,因此出風(fēng)溫度可通過式(3)計(jì)算得到。在實(shí)際測(cè)試過程中,測(cè)點(diǎn)過多會(huì)改變室內(nèi)機(jī)的流場(chǎng),從而影響送風(fēng)量。為了盡可能地減小對(duì)流場(chǎng)的影響,本文采用風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)口典型位置的平均溫度代表送風(fēng)溫度。結(jié)果表明,圖3中被虛線圈出來的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度與式(3)計(jì)算得到的結(jié)果吻合度較好,對(duì)比結(jié)果如圖4所示,在高、中、低3種送風(fēng)量下,它們的最大差值只有0.14 ℃,意味著這3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度可以用來代表室內(nèi)機(jī)的出風(fēng)溫度。

圖3 室內(nèi)機(jī)出風(fēng)口測(cè)點(diǎn)

圖4 3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度與出風(fēng)溫度對(duì)比

(3)

式中Aij為第i行第j列測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面積,m2;vij為第i行第j列測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速,m/s;tij為第i行第j列測(cè)點(diǎn)的溫度,℃;A為室內(nèi)機(jī)出風(fēng)口面積,m2;v為室內(nèi)機(jī)平均出風(fēng)速度,m/s。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 測(cè)試期間室內(nèi)外環(huán)境分析

圖5顯示了測(cè)試期間室內(nèi)外的逐時(shí)溫濕度。可以看出,室外逐時(shí)平均溫度為-28.4～19.1 ℃,而相對(duì)濕度為23%～99%,其中-28.4 ℃也是整個(gè)供暖季中的最低溫度,因此測(cè)試期間的數(shù)據(jù)可用來研究準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用的可行性。5個(gè)測(cè)試房間中,房間1的室內(nèi)機(jī)離室外機(jī)最近,且在朝南房間,是最有利的末端;而房間5的室內(nèi)機(jī)離室外機(jī)最遠(yuǎn),且在朝北房間,是最不利末端。因此,只對(duì)房間1和房間5的溫濕度進(jìn)行分析。由圖5c可以看出,房間1的溫度在整個(gè)測(cè)試期間始終高于18 ℃,但房間5在最冷時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)短時(shí)間低于18 ℃的情況,這說明在最冷時(shí)段內(nèi)機(jī)組的制熱量是不足的。由于室內(nèi)外的巨大溫差,導(dǎo)致室內(nèi)相對(duì)濕度都非常低,主要在5%～15%之間。

圖5 測(cè)試期間室內(nèi)外溫濕度

2.2 制冷劑參數(shù)分析

工質(zhì)運(yùn)行參數(shù)能夠反映實(shí)驗(yàn)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),因此在整個(gè)測(cè)試期間對(duì)工質(zhì)的壓力和溫度進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果如圖6所示,其時(shí)間間隔為1 min。由圖6可以看出:在整個(gè)測(cè)試期間,排氣壓力變化不大,大部分時(shí)間在1.5～2.4 MPa之間,但由于誤除霜時(shí)壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量不能通過室外盤管及時(shí)散去,導(dǎo)致排氣壓力快速升高,如圖6a中上方虛線框所示,測(cè)試期間的最大排氣壓力3.932 MPa就是由誤除霜引起的;制熱時(shí),吸氣壓力和溫度隨著室外溫度的降低明顯下降,最低值均出現(xiàn)在1月24日07:40,分別為0.142 MPa和-33.84 ℃,此時(shí)室外溫度為整個(gè)測(cè)試期間的最低值;由于吸氣壓力和溫度在除霜和誤除霜期間會(huì)明顯降低,如圖6a、b中下方的虛線框所示,因此在整個(gè)測(cè)試階段它們的最低值均出現(xiàn)在3月3日21:49的一次除霜時(shí),分別為0.076 MPa和-39.2 ℃。由于室外溫度越低時(shí)吸氣壓力也越低,導(dǎo)致壓縮機(jī)的壓縮比增大,從而使排氣溫度升高,測(cè)試期間壓縮比的最大值為8.57。但由于本文中提出的控制策略可有效降低排氣溫度,因此排氣溫度的最高值只有90.6 ℃。這說明采用本文提出的控制策略,準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)可以在嚴(yán)寒地區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6 制冷劑參數(shù)的測(cè)量值

由于補(bǔ)氣壓力受吸氣壓力的影響較大,其變化趨勢(shì)與吸氣壓力的基本相同。在3月20日之前,補(bǔ)氣壓力主要為0.4～1.0 MPa,此后由于吸氣壓力的升高,提升到了0.8～1.4 MPa。補(bǔ)氣溫度為補(bǔ)氣的飽和溫度與補(bǔ)氣過熱度之和,而補(bǔ)氣的飽和溫度由補(bǔ)氣壓力決定,因此補(bǔ)氣溫度與補(bǔ)氣壓力具有大致相同的變化趨勢(shì),也隨著室外溫度的降低而降低,且在制熱模式時(shí)主要集中在-5～30 ℃。

2.3 供暖性能分析

測(cè)試期間實(shí)驗(yàn)機(jī)組的逐時(shí)制熱量和室外機(jī)耗功如圖7所示,制熱量通過式(2)計(jì)算得到,室外機(jī)耗功由智能電表直接測(cè)量得到。整體上,兩者均隨著室外溫度的降低而上升,它們的值分別為0.08～9.53 kW和0.012～6.350 kW。但在低溫發(fā)生除霜或誤除霜時(shí),兩者均會(huì)明顯降低,如在1月25日07:00,由于發(fā)生了誤除霜,機(jī)組的制熱量和耗功只有7.02 kW和4.84 kW,與正常供熱相比,它們分別降低了約2.17 kW和1.25 kW。因此,最大制熱量和耗功均不是出現(xiàn)在最低室外溫度時(shí),而是出現(xiàn)在1月24日05:00,此時(shí)的室外溫度為-26.47 ℃,正是由于誤除霜和機(jī)組制熱量在低室外溫度時(shí)的衰減共同引起的。由測(cè)量的制熱量和室外機(jī)耗功可得到機(jī)組的逐時(shí)COP,如圖7b所示,COP的變化趨勢(shì)與室外環(huán)境溫度基本相同,其值為1.39～6.88。

圖7 測(cè)試期間逐時(shí)制熱量、耗功和COP

為了分析多聯(lián)機(jī)機(jī)組的供暖品質(zhì),圖8a顯示了不同室外溫度下建筑的理論熱負(fù)荷和多聯(lián)機(jī)實(shí)際制熱量的分布。逐時(shí)制熱量整體上與由式(4)計(jì)算得到的熱負(fù)荷相匹配,在環(huán)境溫度高于-20 ℃時(shí),確定系數(shù)為0.944,說明熱指標(biāo)的取值是正確的。在-6 ℃以下時(shí),有一些測(cè)量值明顯低于熱負(fù)荷,并且偏差隨著溫度的降低而逐漸增大,這主要是由誤除霜引起的,少部分是由正常結(jié)除霜或制熱量不足引起的。

圖8 測(cè)試期間供熱效果分析

(4)

式中Qhl為逐時(shí)熱負(fù)荷,kW;qd為熱指標(biāo),W/m2;S為建筑面積,m2;tin為室內(nèi)溫度,℃;to,d為供暖室外設(shè)計(jì)溫度,℃。

為進(jìn)一步研究不同環(huán)境溫度下的供暖效果,由式(5)計(jì)算逐時(shí)制熱量的偏差率,結(jié)果如圖8b所示。在室外溫度低于7.50 ℃時(shí),最大負(fù)偏差率隨著室外溫度的升高逐漸減小,而最大正偏差率逐漸增大。最大負(fù)偏差率為-24.31%,是由誤除霜引起的。此外,偏差率的平均值隨著室外溫度的升高逐漸增大,且都在0附近。值得注意的是,在環(huán)境溫度低于-22.5 ℃時(shí),偏差率的平均值小于0,說明此時(shí)制熱量整體是不足的。由于為了滿足超低溫環(huán)境下建筑的供熱量,嚴(yán)寒地區(qū)多聯(lián)機(jī)機(jī)組的選型更大一些,在室外溫度高于7.5 ℃時(shí),即使在最低轉(zhuǎn)速時(shí),多聯(lián)機(jī)機(jī)組的制熱量仍然高于熱負(fù)荷,其制熱量不能再通過轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),而是通過啟停調(diào)節(jié),機(jī)組的頻繁啟停導(dǎo)致其制熱量偏差率隨著溫度的升高而快速增大。

(5)

式中γ為制熱量相對(duì)偏差率;Qh為逐時(shí)制熱量,kW。

為了獲得機(jī)組在整個(gè)供暖季的平均性能系數(shù),對(duì)測(cè)試期間機(jī)組的逐日制熱量和耗電量進(jìn)行了擬合,結(jié)果如圖9a所示。采用擬合公式和整個(gè)供暖季的室外溫度測(cè)量值,可計(jì)算出該供暖季中非測(cè)試階段實(shí)驗(yàn)機(jī)組的逐日制熱量和耗電量,如圖9b所示。并可進(jìn)一步計(jì)算得到機(jī)組在整個(gè)供暖季的總制熱量和耗電量,如表1所示,機(jī)組的季節(jié)能效系數(shù)(SCOP)為2.41。

表1 整個(gè)供暖季的計(jì)算結(jié)果

圖9 整個(gè)供暖季機(jī)組的制熱量和耗電量

2.4 超低室外溫度環(huán)境下制熱性能分析

測(cè)試期間,1月24日的室外溫度最低,當(dāng)日室外瞬時(shí)溫度為-28.7～-22.2 ℃,相對(duì)濕度為46%～77%,日平均溫度為-25.4 ℃,全天的測(cè)量結(jié)果如圖10所示。盡管室外溫度很低,室內(nèi)機(jī)的送風(fēng)溫度大部分時(shí)間仍然在31.0 ℃以上,同時(shí),空氣在風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)的溫升(送回風(fēng)溫差)在6.6 ℃左右,如圖10a所示。從05:20開始,送風(fēng)溫度逐漸降低,這是由于室外溫度快速降低到了-27.0 ℃以下,但室外溫度在-26.7 ℃以下時(shí)機(jī)組的制熱量開始不足,如圖10b所示;08:00以后,隨著室外溫度的升高,送風(fēng)溫度開始逐漸恢復(fù)。

圖10 超低溫環(huán)境下實(shí)驗(yàn)機(jī)組的供暖性能

除了室外低溫引起的制熱量不足,圖10a中送風(fēng)溫度還經(jīng)歷了4次突然降低,這是由機(jī)組的誤除霜引起的,每次誤除霜會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)機(jī)組非正常供熱31～34 min,包括約8 min的停止供熱。因此,有誤除霜發(fā)生時(shí)的逐時(shí)制熱量明顯低于熱負(fù)荷,如圖10c所示。對(duì)于第2次誤除霜(06:54—07:02),同時(shí)影響了06:00和07:00的制熱量,但是這2 h的制熱量不足并不是完全由誤除霜引起的,因?yàn)槿鐖D10b所示,即使沒有誤除霜,機(jī)組的制熱量因?yàn)槌褪彝鉁囟热匀挥屑s0.73 kW的不足。由圖10c可知,當(dāng)日有5 h存在制熱量不足,表2對(duì)引起制熱量不足的因素進(jìn)行了定量分析,5 h的總制熱量不足Q2為1.47～2.09 kW。通過積分,可進(jìn)一步得出由誤除霜引起的制熱量不足Q1和超低室外溫度引起的制熱量不足Q3,它們與熱負(fù)荷Qhl的比值即為各因素引起的制熱量不足率。由表2可知,06:00和07:00由室外低溫環(huán)境引起的制熱量不足率分別為6.62%和7.74%,這也是整個(gè)供暖季中由室外低溫引起的最大制熱量不足;誤除霜引起的制熱量不足率為10.04%～22.23%,遠(yuǎn)高于室外低溫引起的制熱量不足率,但這仍低于測(cè)試期間誤除霜引起的最大制熱量不足率24.31%(見2.3節(jié))。在室外溫度為-26.7 ℃時(shí),制熱量仍可達(dá)到9.5 kW,機(jī)組全天逐時(shí)COP為1.39～1.82。盡管機(jī)組存在制熱量不足,但全天內(nèi)房間1的溫度始終高于18 ℃,而房間5的最低溫度為17.0 ℃,如圖10d所示。

表2 超低溫環(huán)境下制熱量不足分析

從前文分析可知,誤除霜是引起多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)制熱量不足的主要因素,因此應(yīng)設(shè)計(jì)合理的除霜控制方法,避免誤除霜事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

為了探索多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)供暖的可行性,本文搭建了準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái),并采用了一種提高機(jī)組在低室外溫度下性能的控制策略,在哈爾濱進(jìn)行了91天的連續(xù)測(cè)試,得到如下結(jié)論:

1) 采用提出的控制策略,準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)在哈爾濱地區(qū)可以穩(wěn)定運(yùn)行,即使是在-28.7 ℃的低溫環(huán)境下。測(cè)試期間,壓縮機(jī)的最高排氣溫度為90.6 ℃,在哈爾濱的季節(jié)性能系數(shù)為2.40,且室內(nèi)溫度能夠滿足供暖需要。

2) 實(shí)驗(yàn)機(jī)組的供暖效果在不同室外溫度時(shí)相差明顯。室外溫度在-22.5～7.5 ℃時(shí),機(jī)組的供熱效果較好;低于-22.5 ℃時(shí),制熱量整體不足;高于7.5 ℃時(shí),由于嚴(yán)寒地區(qū)機(jī)組選型較大,逐時(shí)制熱量與熱負(fù)荷的偏差較大。

3) 準(zhǔn)二級(jí)壓縮多聯(lián)機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)運(yùn)行時(shí),引起制熱量不足的主要因素是誤除霜,而不是室外低溫環(huán)境。在測(cè)試期間,誤除霜引起的最大逐時(shí)制熱量不足率為24.31%,而室外低溫環(huán)境引起的最大逐時(shí)制熱量不足率只有7.74%。