漫谈多联机-----清华大学 彦启森2005年10月

1、漫谈多联机漫谈多联机 清华大学清华大学 彦启森彦启森 20052005年年10 10月月 漫谈多联机漫谈多联机 前前 言言 多联机真完美吗？多联机真完美吗？ 多联机尚需提高多联机尚需提高 结束语结束语 前前 言言 多联机的定义多联机的定义 多联机的分类多联机的分类 多联机的特点多联机的特点 多联机的现状多联机的现状 前言前言 非常熟悉的多联机系非常熟悉的多联机系 统统 前言前言 多联机的定义多联机的定义 Varied Refrigerant Volume，简称，简称VRV 变制冷剂流变制冷剂流 量空调系统量空调系统 学术名称：学术名称：VRF （Variable Refrigerant Flo

2、wrate ） GB/T 18837-2002多联式空调（热泵）机组：多联式空调（热泵）机组：Multi- connected air-condition(heat pump) unit 多联机通过控制多联机通过控制 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冷剂式空调系统或直接蒸发式制冷系统 前言前言 多联机的分类多联机的分类 单冷单冷型：型：仅向室内房间供冷仅向室内房间供冷 热泵型：热泵型：夏季向室内房间供冷、冬季供热夏季向室内房间供冷、冬季供热 热回

3、收型热回收型 ：一部分房间供冷，同时一部分房间供热一部分房间供冷，同时一部分房间供热 2管制系统：管制系统：室外机到室内机之间的连接管为室外机到室内机之间的连接管为2根：根： 气体管、高压液体管气体管、高压液体管 3管制系统：管制系统：室外机到室内机之间的连接管为室外机到室内机之间的连接管为3根：根： 低压气体管、高压气体管、高压液体管低压气体管、高压气体管、高压液体管 蓄热型：蓄热型：利用夜间电力将冷量利用夜间电力将冷量/热量贮存在冰热量贮存在冰/水中，水中， 改善白天运行性能，实现节能与移峰填谷改善白天运行性能，实现节能与移峰填谷 制冷：降低冷凝温度，增大过冷度制冷：降低冷凝温度，增大过冷

4、度 制热：提高蒸发温度制热：提高蒸发温度 2管式热回收型多联式空调机组管式热回收型多联式空调机组 EV1 EV2 EV3EV1 EV2 EV3 V1V1 V3V3 V2 V2 V4V4 室内机组室内机组 室外机室外机冷热冷热 转换器转换器 3 3管式热回收型多联式空调机组管式热回收型多联式空调机组 室内机组 室外机 EV0 EV1 EV2 EV3 前言前言 多联机的特点多联机的特点 4容量自由组合容量自由组合 8 848 48 HPHP 44系统简单系统简单 设计灵活设计灵活 室外机位置任意、作用半径大室外机位置任意、作用半径大 44精确控制室内温度精确控制室内温度 44节能节能 室内机独立控

5、制、室外机变频室内机独立控制、室外机变频 44安装简便安装简便 可靠性高可靠性高 前言前言 多联机的现状多联机的现状 良好的中小型中央空调系统方案良好的中小型中央空调系统方案 几乎誉为可以一统天下几乎誉为可以一统天下 但是：但是： 多联机的发展历程才多联机的发展历程才2020年，一定存在年，一定存在 诸多不明的问题，需要提出加以讨论诸多不明的问题，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，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并在实践中

6、逐步回答并加以解决 多联机真多联机真完美吗？完美吗？ 发展至今发展至今多联机真那么完美吗？多联机真那么完美吗？ 节能节能 精确控制室温精确控制室温 高可靠性高可靠性 是系统本身的问题？还是尚待解是系统本身的问题？还是尚待解 决的问题？决的问题？ 完美吗？完美吗？ 性能系数性能系数 样本样本 ( (配管等效配管等效7.5m7.5m） 0 0 0.50.5 1.01.0 1.51.5 2.02.0 2.52.5 3.03.0 3.53.5 0 020204040 6060 8080100100120120140140 制冷量制冷量(kW)(kW) EER(W/W)EER(W/W) 3.65 3.1

7、2 3.06 4.9 5.27 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 2.5kW3.2kW4.0kW7.1kW28.0kW COP 2.96 3.23 2.76 2.46 2.59 2004R/Y2007R/Y Target COP by “Top Runner Method” Room Air Conditioner Packaged Air Conditioner 完美吗？完美吗？ 性能系数性能系数 多联机 1996year 2001year:COP=4.61 完美吗？完美吗？ 性能系数性能系数 室外机室外机 室内机室内机0 室内机室内机3 室内机室内机2 室内机室内机1 1 室

8、内机室内机4 CH CHCHCHCHCH CH CH CH EV1 EV2 EV5 EV4 EV3 压缩机压缩机r r 换热器换热器 气液分离器气液分离器 高压气管高压气管 低压气管低压气管 液管液管 Tliq,0 Tgas,0 Tliq,1 Tgas,1 Tliq,2 Tgas,2 Tliq,3 Tgas,3 Tliq,4 Tgas,4 Pgas PLiq Pgas PLiq Pgas PLiq PLiq Pgas PLiq Pgas Pliq PHigh,gas PLow,gas Tsu,1 Tsu,2 Tex 5 5个室内机个室内机 制冷剂：制冷剂：R407R407 3 3管热回收型系统

9、管热回收型系统 作用半径约作用半径约40m40m 实验机组实验机组 地点：列日大学地点：列日大学 完美吗？完美吗？ 性能系数性能系数 0.000.00 0.500.50 1.001.00 1.501.50 2.002.00 2.502.50 3.003.00 151520202525303035354040 室外温度室外温度 COPCOP 30% 30% 部分负荷部分负荷 50% 50% 部分负荷部分负荷 = 50%= 50% 50% 50% 部分负荷部分负荷 60% 60% 试验试验: :室外温度室外温度 负荷负荷 COP COP基本不变基本不变 完美吗？完美吗？ 作用范围作用范围 关注压力

10、分布关注压力分布 确定作用半径确定作用半径 实际配管长度实际配管长度 100150m 等效配管长度等效配管长度 115175m 总体高度差总体高度差 50m 室内机间高差室内机间高差 15m 30？ 第一分支至最远第一分支至最远 40m 完美吗？完美吗？ 作用范围作用范围 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 配管长度影响配管长度影响流动阻力流动阻力 R22吸气管阻力吸气管阻力 铜管铜管OD t=0.04/m mm p=731 pa/m 18 5.84 kW ( 7.0m/s) 22 10.31 (1421/11.716.1) 28 20.34 (2836/12.716.3) 35 37.31

11、(4554/12.715.2) 42 61.84 8 . 1 Q Q Ltt 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 配管长度影响配管长度影响系统能力系统能力 制冷量制冷量 蒸发温度蒸发温度t0 te t 压缩机压缩机 室内机（总和室内机（总和, tn） 吸气管阻力吸气管阻力 Qe Q0 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 配管长度影响配管长度影响系统能力系统能力 等效长度等效长度30m30m50m50m80m80m100m100m 120m120m 150m150m 制冷制冷 t 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11t 2.2 3.6 5.8 7.3 8.8 11 0.93 0.93 0

12、.890.89 0.830.83 0.780.78 0.740.74 0.68 0.68 制制 热热0.990.99 0.990.99 0.970.97 0.970.97 0.960.96 0.950.95 吸气管阻力压缩机吸气压力降低，制冷吸气管阻力压缩机吸气压力降低，制冷 能力下降，每能力下降，每约约3的容量修正率：的容量修正率： 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 配管长度影响配管长度影响系统能耗系统能耗 lg p h 流动阻力流动阻力 吸气压力下降、过热增加吸气压力下降、过热增加 系统系统EER相应下降，每相应下降，每约约3% EER 1.9 2.4 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题

13、 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 蒸发温度蒸发温度 20 15 10 5 20 15 10 5 0 0 制冷量制冷量 kWkW A A B B C C 1 1 2 2 2”2” 3 3” ” 3 3 MM E E O O p p p p23 23 p p12 12 室外机室外机 室内机室内机 3 3 室内机室内机 配管阻力的影响配管阻力的影响 室外机：吸气压力降低室外机：吸气压力降低 制冷量减小制冷量减小 室内机：蒸发温度提高室内机：蒸发温度提高 制冷量减小制冷量减小 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 2020 1010 3030 40405050

14、 6060707080809090100100 Q Qe e/Q/Qe e* * L (m)L (m) Z Z mm 5 5 室内机在上室内机在上 完美吗？完美吗？ 能耗问题能耗问题 10 Z (m) L (m) 20 30 40 5060 708090100 EER/EER* 5 室内机在上室内机在上 完美吗？完美吗？ 性能对比性能对比 比比 类类 型型 系统能效比系统能效比 水风水风 单元机单元机 3.03.43.03.4 水水水水 大型大型 2.83.22.83.2 风风风风 小小 型型 2.83.22.83.2 中中 型型 2.32.62.32.6 多联机多联机 1.92.4 1.92

15、.4 风风水水 中小中小 型型 2.22.5 2.22.5 完美吗？完美吗？ 室温控制室温控制 恒定室内机电子膨胀阀过热度恒定室内机电子膨胀阀过热度 1. 1. 基本不能调节供冷量基本不能调节供冷量 2. 2. 导致导致 ON/OFF ON/OFF 控制控制 3. 3. 未实现精确控制室温未实现精确控制室温 4. 4. 也不能保证低过热度也不能保证低过热度 完美吗？完美吗？ 室温控制室温控制 VRF test bench Evolution of the reference temperatures. 15.0 20.0 25.0 30.0 1.41.61.82.0 Test time (Ho

16、ur) Temperature (C) t_ret_mean_0 t_ret_mean_1 t_ret_mean_2 t_ret_mean_3 t_ret_mean_4 t_ret_mean_outdoor Test: Start hour: Stop hour: 17-12-2001 15:35:05 17-12-2001 17:11:16 TEST_12_011217 室温波动严重室温波动严重 实验：同上实验：同上 完美吗？完美吗？ 室温控制室温控制 VRF test bench Evolution of the relative pressures. 0.0 2.0 4.0 6.0 8.

17、0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 1.41.61.82.0 Test time (Hour) Relative pressure (Bar) p_H_gaz p_L_gaz p_gaz_iu p_liq p_liq_iu Test: Start hour: Stop hour: 17-12-2001 15:35:05 17-12-2001 17:11:16 TEST_12_011217 吸气饱和温度约吸气饱和温度约0oC 吸气饱和温度约吸气饱和温度约40oC 多联机尚需提高多联机尚需提高 提高设计水平提高设计水平

18、提高机组系统水平提高机组系统水平 多联机多联机 缺点、问题缺点、问题 多联机的缺点多联机的缺点 长管路：长管路：导致能力衰减导致能力衰减 制冷剂充灌量大：制冷剂充灌量大：微小泄漏导致系统不能正常运行微小泄漏导致系统不能正常运行 充灌回油：充灌回油：系统运行可靠性系统运行可靠性 目前存在的问题目前存在的问题 能耗问题：能耗问题：能效比普遍偏低能效比普遍偏低 调控问题：调控问题：室内控温精度并非想象那样好室内控温精度并非想象那样好 可靠性问题：可靠性问题：系统的可靠性尚有待于提高系统的可靠性尚有待于提高 容量设计问题：容量设计问题：能否超负荷运行？能否超负荷运行？ 多联机多联机 设计要点设计要点

19、系统布局要思考系统布局要思考 需要考虑室内机和室外机需要考虑室内机和室外机 的相对位置关系的相对位置关系 多联机多联机 设计要点设计要点 制冷模式制冷模式 室外机在下部室外机在下部 上升高压液体管需克服重力损失，防止液体闪发上升高压液体管需克服重力损失，防止液体闪发 制热模式制热模式 室外机在上部室外机在上部 高差越大，要求压缩机排气压力越高高差越大，要求压缩机排气压力越高 高压液体远距离传输高压液体远距离传输 可能出现沿程闪发和液体回流可能出现沿程闪发和液体回流 膨胀阀的容量膨胀阀的容量 要考虑室内机在任何位置都有良好调节特性要考虑室内机在任何位置都有良好调节特性 多联机多联机 设计要点设计

20、要点 制冷剂远距离传输制冷剂远距离传输 的必要条件的必要条件 液体过冷液体过冷 过冷方法过冷方法 回热循环回热循环 液体旁通节流液体旁通节流 冰蓄冷应用冰蓄冷应用 室外机室外机室内机室内机 室外机室外机室内机组室内机组 再冷器再冷器 多联机多联机 设计要点设计要点 作用半径适当作用半径适当 控制吸气管阻力损失控制吸气管阻力损失 作用半径对比作用半径对比 供热供热 2.42.4 2.452.45 2.52.5 2.552.55 2.62.6 2.652.65 2.72.7 2.752.75 2.82.8 2.852.85 0 02020404060608080100100 多联机系统多联机系统冷

21、热水系统冷热水系统 COPCOP m m 作用半径对比作用半径对比 制冷制冷 0 0 0.50.5 1 1 1.51.5 2 2 2.52.5 3 3 0 02020404060608080100100 多联机系统多联机系统冷热水系统冷热水系统 EEREER m m 多联机多联机 设计要点设计要点 各房间空气参数各房间空气参数 应相差不大应相差不大 否则：适应低参数否则：适应低参数 增加能耗增加能耗 多联机多联机 设计要点设计要点 各房间负荷基本均匀调节各房间负荷基本均匀调节 能效好，除湿不保能效好，除湿不保 避免台数启避免台数启/ /停控制停控制 能效较差，除湿好能效较差，除湿好 多联机多联

22、机 提高机组水平提高机组水平 R410A 均油与回油措施均油与回油措施 系统的控制问题系统的控制问题 控制策略：控制策略：兼容性、可扩展性、经济性兼容性、可扩展性、经济性 室内机的调控精度：室内机的调控精度： 系统的稳定性：系统的稳定性：调节过程有无振荡现象调节过程有无振荡现象 关于数码涡旋压缩机关于数码涡旋压缩机 多联机多联机 R410AR410A R410A R410A的的配管配管 15.88 7.114.0 kW 7.9315.86 m/s 19.05 25.5 18.84 22.22 28.0/25.5 14.64/13.40 25.40 33.5 40.0 / 28.0 13.031

23、5.59 / 10.93 28.58 45.0 68.0/ 33.5 40.0 13.7020.56 / 10.1012.08 31.80 73.5 96.0 /45.0 68.0 17.6423.09/ 10.916.35 38.10 101136.0 /73.5136.0 17.2823.18/12.5 多联机多联机 R410AR410A R410A R410A 制冷剂吸气管路流速与制冷剂吸气管路流速与R22R22系统基本相当系统基本相当 吸气管路流动阻力也基本相当吸气管路流动阻力也基本相当 但是：吸气管制冷剂温度但是：吸气管制冷剂温度77时，每变化时，每变化11 R22R22的压力变化为

24、的压力变化为 约约 18720 Pa18720 Pa R410A R410A 约约 29590 Pa29590 Pa 二者之比约为二者之比约为 0.65 0.65 因此：吸气管等效长度因此：吸气管等效长度100m100m 修正系数约修正系数约0.850.85 大大提高系统能效大大提高系统能效 多联机多联机 回油问题回油问题 No.1 No.2 去冷凝器去冷凝器 来自气液分离器来自气液分离器 均压管均压管 均油管均油管 No.1 No.2 去冷凝器 来自气液 分离器 均压管 均油管 油分离器 No.1 No.2 去冷凝器 来自气液分离器 电磁阀 均油管 油分离器 E E No.1No.2 去冷凝

25、器 来自气液分离器 No.1No.2 去冷凝器 来自气液分离器 No1No2 来自蒸发来自蒸发 器器 去冷凝器去冷凝器 富油：关闭；缺油：开启富油：关闭；缺油：开启 多台并联压缩机的自动均油方案多台并联压缩机的自动均油方案 多联机多联机 回油问题回油问题 变频多联机运行过程中的回油措施（例）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压缩机出口加装高效油分离器 回油运转：启动后回油运转：启动后x x h h 及此后每运转及此后每运转y y h h 进行进行 z z min min 的回油运转（高频运转）的回油运转（高频运转） 室外机：室外机： 风机停，电子膨胀阀全开风机停，

26、电子膨胀阀全开 室内机：室内机： 制冷工况：运转的室内机，制冷工况：运转的室内机，电子膨胀阀全开电子膨胀阀全开 停运停运的室内机，风机停，的室内机，风机停， 电子膨胀阀开电子膨胀阀开7070 制热工况：全部室内机的电子膨胀阀全开制热工况：全部室内机的电子膨胀阀全开 多联机多联机 室温控制问题室温控制问题 室内机风速由用户设定，不能作为调节手段室内机风速由用户设定，不能作为调节手段 （自动模式除外）（自动模式除外） 目前控制策略普遍存在的问题目前控制策略普遍存在的问题 基本不能调节制冷量基本不能调节制冷量 实际表现为实际表现为ON/OFFON/OFF控制控制 控温精度不高控温精度不高 最小过热度

27、不能保证，导致回液，增大吸气管的沿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程阻力，使室内外机组的制冷能力均下降 多联机多联机 室温控制问题室温控制问题 室温控制的稳定性室温控制的稳定性 控制策略确定：规则控制控制策略确定：规则控制 控制算法设计：了解换热器、膨胀阀特性控制算法设计：了解换热器、膨胀阀特性 电子膨胀阀的选择电子膨胀阀的选择 与室内机设计容量、室内机的安装位置有关与室内机设计容量、室内机的安装位置有关 制冷时制冷时 安装在最低位时，前后压降最大，膨胀阀容量安装在最低位时，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？增大

28、，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，或采取其它措施制热时：需急开型膨胀阀，或采取其它措施 多联机多联机 数码涡旋数码涡旋 Scroll 6 确保涡旋盘接触确保涡旋盘接触 允许涡旋盘向一侧分离允许涡旋盘向一侧分离 使杂质和流体通过使杂质和流体通过 而不损坏涡旋盘而不损坏涡旋盘 径向柔性径向柔性 多联机多联机 数码涡旋数码涡旋 维持涡旋盘端面恒维持涡旋盘端面恒 定、均匀的压力定、均匀的压力 浮动密封是关键浮动密封是关键 优化端面负荷优化端面负

29、荷 维持压力平衡维持压力平衡 消除泄漏消除泄漏 浮动密封浮动密封 上涡旋盘上涡旋盘 ( (静盘静盘) ) 下涡旋盘下涡旋盘 ( (动盘动盘) ) 轴向柔性轴向柔性 多联机多联机 数码涡旋数码涡旋 卸载控制卸载控制吸气旁通的吸气旁通的 极限情形极限情形 数码涡旋数码涡旋 PWM电磁阀电磁阀 On:加载加载 Off:卸载卸载 动、静涡旋盘间分离动、静涡旋盘间分离1 1亳米亳米 多联机多联机 数码涡旋数码涡旋 数码涡旋的卸载控制数码涡旋的卸载控制 最佳周期时间：最佳周期时间：与容量调节比例呈反比趋势，与容量调节比例呈反比趋势， 容量调节比例越低，最佳周期时间越长容量调节比例越低，最佳周期时间越长 1

30、0 9 11 12 13 14 15 16 17 18 最佳周期时间最佳周期时间 /s 容量比率容量比率/% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (c) 最佳周期时间曲线最佳周期时间曲线 (a) 固定周期时间固定周期时间 100% 0% 10s 5s 5s (b) 可变周期时间可变周期时间 10s 5s 5s 20s 10s 10s 加载加载卸载卸载 多联机多联机 数码涡旋数码涡旋 数码涡旋的卸载控制数码涡旋的卸载控制 通过压缩机控制周期性地加载通过压缩机控制周期性地加载/卸载卸载 （on/off）时间的比例（占空比）时间的比例（占空比） 调节压缩机容量调节压缩机容量 实现压缩机实现压缩机10%100%无级容量调节无级容量调节 周期时间（周期时间（T T2020秒）秒） 多联机多联机 数码涡旋