影響多聯(lián)機運行性能的因素

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摘 要  本文根據多聯(lián)機的發(fā)展現狀，鑒于目前設計院選用多聯(lián)機時存在的問題，以影響多聯(lián)機運行性能的四個因素為研究對象，展開分析和討論。提出了影響多聯(lián)機運行性能的四個因素：1. 多聯(lián)機作用域：①系統(tǒng)配管長度，②室內機和室外機高差；③室內機之間的高度差；2. 室內外機的連接率；3. 室外溫度；4. 室外機冬季融霜。從理論上對這四個因素進行分析，為設計選型計算提供理論依據。

關鍵詞 多聯(lián)機 多聯(lián)機作用域 連接率 融霜 1. 引言 多聯(lián)式空調( 熱泵) 機組(multi-connected air-condition(heat pump) unit)，簡稱為多聯(lián)機。有時也稱VRF (variable refrigerant flow)空調系統(tǒng)，即可變制冷劑流量空調系統(tǒng)，由日本大金公司于1982 年開發(fā)推出，打破了傳統(tǒng)的中央空調設計理念，在傳統(tǒng)的房間分體空調器由一臺室外機連接一臺室內機的一對一方式的基礎上，研制出了一(多)臺室外機連接多臺室內機的供暖制冷系統(tǒng)。使設計、安裝、運行及維護管理更為簡單、方便^[1]。 多聯(lián)機以其系統(tǒng)設置的靈活性、安裝維修的簡單性、使用管理的方便性、控制系統(tǒng)選擇的多樣性、部分負荷的高能效比等特點,在舒適性空調中的應用越來越多,設計面積也由幾十平米到幾萬平米 。 然而影響多聯(lián)機運行性能的因素有許多，主要是：1. 多聯(lián)機作用域：①系統(tǒng)配管長度，②室內機和室外機高差；③室內機之間的高度差；2. 室內外機的連接率；3. 室外溫度；4. 室外機冬季融霜。因此在設計、生產和安裝過程中，若不充分考慮以上因素，則未必能最大程度發(fā)揮多聯(lián)機的優(yōu)點，甚至影響機組的正常運行。這就造成多聯(lián)機具體實施上，特別是將多聯(lián)機用于較大的系統(tǒng)時，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)機運行性能的四大因素，為設計選型計算提供理論依據。 2. 多聯(lián)機作用域的影響 多聯(lián)機系統(tǒng)的作用域包括系統(tǒng)配管長度、室外機與室內機之間的高度差以及室內機之間的高度差等因素。一般來說,室外機容量越大,系統(tǒng)作用域越大,管路配置越長。但由于直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)本身的特性,系統(tǒng)的作用域不宜過大。 2.1 系統(tǒng)配管長度的影響 流體在管路中流動時總會產生壓降,對于直接膨脹式空調系統(tǒng),制冷劑回路中沒有增壓泵來補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造成壓縮機吸氣壓力下降,壓縮比增大,容積效率下降;同時,吸氣比體積增大,導致制冷劑質量流量減小,制冷量減小。所以,如果制冷劑管路過長,則多聯(lián)機的制冷能力下降得非常明顯;同時,較長的管路也會降低多聯(lián)機空調系統(tǒng)的COP ,并消耗更多的電力。 在設計制冷系統(tǒng)時,一般均對吸氣管和排氣管的壓力損失許可值有限制,對于吸氣管來說相當于蒸發(fā)溫度降低了1 ℃,對于排氣管來說相當于冷凝溫度升高了1～2 ℃^[2] 。 制冷劑管路中的壓力損失Δp 可由式(1) 計算:         （1） 式中，f為摩擦阻力因數；Gr為制冷劑的質量流量kg/ s ；Vr為制冷劑比體積m³ / kg ；d_i為管道內徑m ；L 為管道長度m 。 由式(1) 可以看出,對于長度為L 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徑或減小制冷劑的質量流量。但由于回油要求的限制,管道內徑只能適當增大,因此唯一可行的方法是減小制冷劑的質量流量。但是設計要求制冷系統(tǒng)的制冷量不能減小,故為了滿足長配管的要求,只能增大冷凝器后制冷劑的過冷度,從而增加制冷循環(huán)的單位質量制冷量。 所以，在進行多聯(lián)機系統(tǒng)的設計選型計算時，要充分考慮到系統(tǒng)配管長度對系統(tǒng)運轉性能的影響 2.2 室內機和室外機高差的影響 2.2.1 室外機高于室內機     制冷運行時,室內機的電子膨脹閥起節(jié)流作用, 由于重力的作用,電子膨脹閥前的過冷液體的壓力要高于冷凝壓力,高出的數值取決于室內外機高度差產生的附加壓力。因此,室內外機的高度差H應有一定的限制,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 為室內外機高度差m ； p_max為電子膨脹閥最高動作壓差MPa 。 制熱運行時,室外機電子膨脹閥起節(jié)流作用,室內機電子膨脹閥主要起室內機之間的流量平衡作用。制冷劑在上升管內流動時,必須考慮重力產生的附加壓降可能會帶來液體閃蒸的問題,保證室外機電子膨脹閥前有一定的過冷度,否則在液體管段內產生氣泡,會形成電子膨脹閥前的節(jié)流“氣阻”,導致膨脹閥可能工作不穩(wěn)定。另外,制熱運行時為保證一定的出風溫度,必須對冷凝壓力有一定的限制,再加上重力產生的附加壓降使得壓縮機排氣壓力必須要提高。也就是說,壓縮機對排氣壓力的限制決定了室內外機高度差不能超過一定范圍。 2.2.2 室外機低于室內機 制冷運行時,室內機的電子膨脹閥起節(jié)流作用。制冷劑在冷凝器中冷凝后,過冷液體在液管中上升,然后進入電子膨脹閥,由于重力的作用,過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的液體閃蒸,室內外機的高度差有一定限制,這與2. 1 節(jié)的分析情況類似。 制熱運行時,室外機電子膨脹閥起節(jié)流作用,制冷劑蒸氣在豎直管中上升至室內冷凝器,冷凝后的過冷液體在液管中下降,然后進入室外機電子膨脹閥,節(jié)流后進入室外蒸發(fā)器。如果室內外機高度差過大,高溫制冷劑蒸氣可能在管路中冷凝,從而減少室內機的制熱量。 綜合前面的分析,為防止液體制冷劑在豎直上升過程中由重力帶來的壓降引起的閃蒸,保證室內外機電子膨脹閥的正常工作,防止吸氣過熱、排氣溫度過高,保證吸氣管順利回油,室內外機的高度差要盡量減小,最好不要超過40m。 2.3 室內機之間的高度差的影響 制冷運行時,室內機電子膨脹閥起節(jié)流作用,并且室內機之間的流量分配也是由電子膨脹閥來完成的。為了使電子膨脹閥能夠穩(wěn)定工作,具有良好的調節(jié)作用,電子膨脹閥前制冷劑液體應有一定的過冷度。 多聯(lián)機一般都可以長配管、大落差,雖然室外機冷凝器具有較大的過冷度,但是為了克服豎直上升的壓降已經損失了絕大部分的過冷度。電子膨脹閥安裝在最低位時,由于重力作用前后壓差最大;安裝在最高位時,前后壓差最小。如果室內機之間的高度差較大,安裝在最高位的電子膨脹閥前過冷度最小,容量最小,全開時容量可能不足,而安裝在最低位的電子膨脹閥容量過大,在調節(jié)過程中可能會出現振蕩現象。 2.4 綜述 綜上所述，在進行多聯(lián)機系統(tǒng)的設計選型計算時，應優(yōu)化室外機與室內機間的配管布置，減少配管長度，配管等效長度不宜超過70米；或通過產品技術資料核定，配管實際長度制冷工況下滿負荷的性能系數不應低于2.80^[3]。 雖然某些空調公司的多聯(lián)機系統(tǒng)宣傳其最大管長可達165米，等效管長190米，但是隨著管長的增加，系統(tǒng)的制冷或制熱也會產生衰減，所以在設計時要考慮管長長度帶來的影響。 依據多聯(lián)機廠家提供的管長修正系數以及容量系數修正圖，可根據室內外機的最長等效管長以及室內外機的最大高低差來計算得到系統(tǒng)的實際制冷/制熱能力。 3. 室內外機的連接率的影響 從經濟性和節(jié)能性考慮，需根據同時使用率來選擇合適的室內外機連接率，其中，連接率=室內機額定制冷能力之和/室外機額定制冷能力。 連接率一般不超過110%左右，并且在確定下連接率后需確認室內機的實際冷熱量是否滿足室內冷熱負荷需求。而當室內機容量總和超過室外機所提供的實際能力時，室內機的實際容量就會有所衰減，特別是在連接率較大時必須考慮這個因素的影響。 由于連接率的不同，帶來機組實際容量的衰減，可以通過查詢多聯(lián)機廠家提供的制冷/制熱容量表（如表1）來計算得到實際的系統(tǒng)實際制冷/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-總容量，KW PI-輸入功率，KW（壓縮機＋室外風扇電機） 4. 室外溫度的影響 室外機運行時,進風溫度通常是周邊環(huán)境空氣溫度。從多聯(lián)式空調系統(tǒng)風冷冷凝器的風量角度來看,有式(3) 所示的關系:                                           （3） 式中　Q_k為冷凝負荷W； L為冷凝器換熱風量,m³ / h ；c_p為空氣的比定壓熱容kJ / (kg ·℃) ；t₂為空氣出口溫度℃；t₁為空氣進口溫度℃； 為進口空氣密度kg/m³ 。 由式(3) 可以看出,當室外機冷凝器進口溫度升高時,勢必將減小室外機的冷凝器散熱量,而冷凝器散熱量的減小將直接導致機組冷凝溫度和壓力的升高。多聯(lián)機的工作原理是建立在單級壓縮制冷循環(huán)的基礎之上的, 于是由室外進風溫度升高引起的室外機冷凝溫度的升高,將使多聯(lián)機制冷系統(tǒng)的制冷性能系數下降及壓縮機功耗增加。     因此在工程設計中，為了提高系統(tǒng)的效率，室外機必須設置在通風良好的場所，避免設置在通風條件不良的半封閉空間等場所^[3]。 5. 室外機冬季融霜的影響     空氣源熱泵機組在冬季運行過程中，當空氣通過室外側換熱盤管時，會有水凝結在盤管表面，進而結成了冰，結在盤管上的冰不僅會減小換熱面積，而且會降低可通過的風量。隨著結霜的不斷增加，會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象，熱泵式VRV空調機組也不例外。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，有時甚至會1～1.5h 融霜一次。由此可知，融霜的時間間隔主要由室外空氣的相對濕度決定的，室外空氣的相對濕度越高，融霜次數越多，反之則越少。     由于室外機進行融霜時是不進行制熱運轉的，故在進行室外機實際制熱容量計算時，應該考慮由于融霜所導致的制熱損失。在計算融霜所導致的制熱損失時，通?？梢愿鶕煌氖彝鉁囟?，通過查詢廠家提供的融霜修正系數來計算得到。 6. 結論     多聯(lián)機系統(tǒng)進入我國的時間還不長,設計師對該系統(tǒng)的了解有待于進一步的深入。這種了解不能只停留在廠家對COP、管長、配比率等的宣傳上,只有對設備性能、制冷原理、控制方式等多方位深入了解才能用好多聯(lián)機,發(fā)揮多聯(lián)機的優(yōu)勢。 本文詳細分析了影響多聯(lián)機運行性能的四大因素，為設計選型計算提供理論依據。     根據本文的闡述,設計多聯(lián)機系統(tǒng)的過程中，應該注意系統(tǒng)配管長度、室內機和室外機高差、室內機之間的高度差、室內外機的連接率、溫度工況、室外機冬季融霜等因素對多聯(lián)機運行性能的影響。在選擇室內機時,應在負荷計算的基礎上進行溫度修正、連接率修正和連接管長修正^[3]；在選擇室外機時,在條件允許的情況下應盡量選擇高效、容量小的室外機,額定制冷量以不大于56KW為好^[4]。 參考文獻： [1] 馬一太,王洪利. 多聯(lián)機空調系統(tǒng)及其能效標準進展[J]. 機械工業(yè)標準化與質量，2008，(2)：21-23. [2] 王志剛. 變頻控制多聯(lián)式空調系統(tǒng)[M]. 北京:化學工業(yè)出版社. 2006 [3] 全國民用建筑工程設計技術措施 節(jié)能專篇暖通空調. 動力[S]. 2007

[4] 彥啟森. 論多聯(lián)式空調機組[J]. 暖通空調, 2002，32 (5)：2-4