VRV 空调系统特性与控制策略研究（一）――――电子膨胀阀――蒸发器联合调节特性与控(1)

1、    VRV 空调系统特性与控制策略研究（一）电子膨胀阀蒸发器联合调节特性与控(1)    通过对影响蒸发器换热量的讲因素膨胀阀开度、空气温度、风量、蒸发温度、和冷凝温度等参数的分析，得出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了新的更适合于制冷系统的控制方法风量控过热度、开度控室内温度的独立控制原理和方法，这种控制方法更适合用于制冷空调系统。关键词：蒸发嚣电子膨胀闪工调节特性控制方法独立控制     符号CD开度系数Z轴向长度，mTe. Tc蒸发、冷凝温度，Tin室内温度，

2、T换热器进口风温，Fi压缩机频率，HzGr制冷剂流量，kg/sG风量，m3/hTsu过热度，Tsb过冷度，Q换热量，kW介质密度，kg/m3P-压力，Pah介质焓，J/kgA管内截面积，m2S管内截面周长，mA（z）开度对应的截面积d管径管内表面切应力，N/m2q热流密度，W/m2两相流空泡系数g重力加速度，9.8m/s2u流速，m/sOv电子膨胀阀开度下标l液相制冷剂v汽相制冷剂a空气 1.引言随着制冷空调技术的迅速发展，空调器正在从传统的单室内机、单室外机的结构逐渐向单室外机多室内机及多室内机和多室外机系统发展，系统结构逐渐趋于复杂，具有代表性的变流量制冷系统（Variable Refri

3、gerant Volume Air - conditioning System, 简称VRV）也从单元变流量制冷系统（SVRV）向多元变流量制冷系统发展（MVRV）1-3。对于多室内机的热回收系统来说，室内机可能同时做冷凝器或蒸发器使用，而且随着人民生活水平的提高，对室内热舒适性也提出了更高的求，传统的一些控制方法已不能再适应新空调系统的需。由于系统的复杂程度的增加，传统的一些基于制冷空调系统整体的控制算法都由于其兼容性和可扩展性等因素而受到了很大的局限，因此各室内机和室外机独立控制的思想已经被引入到制冷空调系统的控制之中，一些控制理论和算法如矩阵电子控制算法、人工神经元算法和模糊控制算法都已

4、经被引用到实际的制冷空调系统中4-8。为使制冷空调系统能安全稳定的运行，除了在控制技术上提高之外，更注重研究制冷空调系统本身的运行调节特性。本文在通过分析系统在制冷模式下电子膨胀阀开度、室内温度、室内机风量、蒸发温度、冷凝温度等对室内机换热的影响的基础上，得出了室内机的调节特性，找出了对室内机制冷模式下更合理的控制策略。 2.数学模型 2.1 电子膨胀阀电子膨胀阀是通过步进电机等手段使阀芯产生连续位移，从而改变制冷剂流通面积的节流装置。研究表明，电子膨胀阀的流量特性可借鉴热力膨胀阀的研究成果9-12，其模型描述为：能量方程： hin=hout (1)动量方程：2.2 蒸发管路及蒸发器模型2.2

5、.1管内制冷剂侧稳态模型在VRV空调系统中，由于膨胀阀可能设置在离蒸发器较远的位置，节流后的两相制冷剂沿膨胀阀后的管路进入蒸发器，所以在该段管路及蒸发器内部的大部分区域制剂处于两相流动状态；当液体过冷度较小时，由于管道阻力及上升立管中重力的影响，液态制冷剂将会出现闪蒸，闪蒸之后管路内的流动也为气、液两相流动；当室内换热器制热采用其出口电子膨胀阀控制制冷剂过冷度时，膨胀阀之后的高压液体管内仍然可能呈气、液两相状态。在制冷空调领域内，蒸发管路内制冷剂两相流呈环状流13,14，故本文以环状流建模。因制冷剂蒸发现象可能发生上述管段的任何位置，建模时必须在动量议程中考虑重力项。能量守恒议程： 整理上述议

6、程，分别得到气、液两相流的质量守恒方程和动量守恒方程。质量守恒方程： 动量守恒方程： 式中tp=v (1-) l是微元管段中两相流体单位容积的质量，称为两相流体的密度。在式（3）（5）中存在P、uv和u1四个未知数，方程无法封闭求解。传统的方法采用空隙率经验公式作为补充方程，使方程封闭。但目前还不存在公认准确的空隙率模型计算公式；本文采用文献4所提出的两相界面关系方程使方程封闭。气、液两相界面关系方程： 在式（3）（6）四个方程中，共有P、uv和u1四个未知数，方程组封闭可解。2.2.2 空气侧换热模型因横流蒸发器外侧的空气流速较低，一般Re2000，且蒸发器沿气流方向的管排数较少，故忽略空气

7、侧压降，只考虑质量守恒和能量守恒方程。质量守恒方程： 能量守恒方程： 3.调节特性数值求解蒸发管路和电子膨胀阀的数学模型，可以得出系统的仿真特性。对于选定的系统来说，换热器的几何参数为定值，是一个不可调的参数。因此，影响电子膨胀阀蒸发器部分换热效果的因素主有电子膨胀阀开度、换热风量、冷凝温度、蒸发温度、室内环境温度、换热器几何参数。3.1 膨胀阀开度对蒸发器换热量的影响如图1所示，当系统风量为600m3/h其他参数不变时，蒸发器换热量随膨胀阀相对开度的变化曲线。 图1换热量随膨胀阀相对开度变化曲线当电子膨胀阀开度很小时，通过蒸发器的制冷剂流量也很小，制冷剂很容易在蒸发器内变成热气体，在蒸发器出

8、口处有一定的过热度，蒸发器两端的制冷剂焓差基本为一定值。因为制冷剂流量随电子膨胀阀开大而增加，在换热条件仍能保证蒸发器出口制冷剂过热时，出口制冷剂焓值变化不大，所以蒸发器的换热量也随流量的增加而逐渐增加。当膨胀阀继续开大，制冷剂流量增大到一定程度以后，换热条件已经不能使制冷剂出口有过热度，出口已经处于两相区，管外空气侧的流量和换热系数基本为定值，制冷剂流量的增大造成出口干度的降低，但管内制冷剂的换热系数会有所上升，因此，蒸发器换热量只随电子膨胀阀相对开度的增加略有上升。这说明，在蒸发器出口有过热度的情况下，通过调节电子膨胀阀的开度来调节蒸发器的换热量的效果是很明显的，而当蒸发器出口已出现回液的

9、情况下，通过调节电子膨胀阀的开度来调节蒸发器的换热量收效甚微。3.2 室内机风量对蒸发器换热量的影响换热量随室内机风量的变化曲线如图2所示，当风量很小时，不能使管内的制冷剂完全蒸发，蒸发器出口有一定的回液，随着风量的增加，管外的换热系数也逐渐增加，空气带走的热量增多，因此蒸发器出口处的制冷剂干度也逐渐增加，制冷剂在蒸发器进出口的焓差逐渐增大，在制冷剂流量不变的情况下，换热量逐渐增大，当风量增大到一定程度以后，蒸发器内的制冷剂能够完全蒸发，风量增加使制冷剂只能进行显热交换，出口焓值变化已经不大，所以换热量随风量增大而略有增加。图2换热量随风量变化曲线3.3 冷凝温度对蒸发器换热量的影响在其他因素

10、不变的情况下，冷凝温度、冷凝压力的变化主通过影响制冷剂流量来影响蒸发器的换热量，如图3所示。随着冷凝压力的升高，电子膨胀阀的进出口压差也随着增大，在蒸发器能够保证制冷剂完全蒸发的情况下，制冷剂流量的增加也就意味着蒸发器换热量的增加。图3换热量随冷凝温度变化曲线3.4 蒸发温度对蒸发器换热量的影响在其他因素不变的情况下，蒸发温度、蒸发压力的变化从两个方面来影响蒸发器的换热量，一方面随着蒸发温度（蒸发压力）的升高，电子膨胀阀的进出口压差减小，使得通过电子膨胀阀的制冷剂流量减小；另一方面，蒸发温度的升高，使得制冷剂与空气的换热温差减小，也使换热效果降低。两个方面的因素共同使蒸发器的换热量随着蒸发温度

11、的升高而降低。如图4所示。图4换热量随蒸发温度变化曲线            摘通过对影响蒸发器换热量的讲因素膨胀阀开度、空气温度、风量、蒸发温度、和冷凝温度等参数的分析，得出         本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。 

12、0;  摘 针对天津市一实际地下耦合地源热泵示范工程，在对所采用的地源热泵机组中的单螺杆式压缩机产品样本数据分析的基础上，具体拟合出了单螺杆式压缩机运行的输气系数和绝热效率与压缩比之间的关系式，并与往复活塞式压缩机相比较，结果表明单螺杆式压缩机可获得较高的输气系数。同时分析了不同工作温度对单螺杆式压缩机循环性能的影响，所得结论为单螺杆式热泵系统数值模拟和运行特性分析提供了基础数据。 关键词： 单螺杆压缩机 地源热泵 循环性能Study on Performance of Single Screw Compressor in a Closed-circuit Ground C

13、oupled Heat Pump with R22Abstract: The volumetric efficiency and isentropic efficiency curves of single screw compressor in a closed-circuit ground coupled heat pump were fitted. The results demonstrate that the Performance coefficient of single screw compressor can excel to that of the reciprocator

14、. The paPer also studies the cycle Performance of screw compressor under different work temperature, all results provide fundamental datum to numerical simulation and operating analysis of GCHP with single screw compressor.Key words: Single Screw Compressor; Closed-circuit Ground Coupled Heat Pump;

15、Cycle performance 0. 前言单螺杆压缩机是近十几年发展起来的新型容积式压缩机。它具有重量轻、体积小、结构简单、运转可*、振动噪声小、维护简便等优点，在日本被誉为新时代的压缩机。单螺杆压缩机主用于冷冻机组、空调机和热泵1。以往地源热泵机组大都采用往复压缩式，随着压缩机技术的发展，近几年来，单螺杆式压缩机在热泵系统中尤其在大型系统中得到了较多的推广和应用。与往复活塞式压缩机相比，在同样的工况条件下，它可获得较高的输气系数。压缩机性能，尤其是输气系数和总效率是热泵和空调系统循环分析和运行动态特性分析的基础数据。鉴于单螺杆式压缩机性能的定量分析和研究少有文献报道，本文结合天津市一地下

16、耦合地源热泵实际示范工程，对所采用地源热泵机组中的单螺杆式压缩机产品样本数据分析的基础上，具体拟合出了单螺杆式压缩机运行的输气系数和绝热效率与压缩比之间的关系式，并分析了工作温度的变化对压缩机循环性能的影响。 1. 输气系数和总效率所研究的热泵机组采用的是MS-14M半封闭单螺杆式压缩机，压缩机的理论排量为158.24m3/h, ARI额定工况下的制冷量为159.3KW，制冷剂为R22，压缩机电机输入功率为35.84KW，电机转速为2880rpm。 1.1 输气系数压缩机输气系数（亦称容积效率）是指制冷压缩机的实际输气量与理论输气量之比2，即。根据产品样本提供的冷凝温度分别为35、40、45、

17、50、55，蒸发温度在-1510范围内的制冷量，利用作者自己编制的制冷剂物性参数计算程序和公式(1)分别计算出相应的输气系数，计算结果见图1。（Qes）/(Vn/3600)qe)(1)式中Qe蒸发器吸热量，kWVn理论排量，m3/hs吸气状态的比容，m3/kg拟合出关联Pc/Pe的输气系数表达式（2）,关联式的线性相关度为93.6，均方差为2.1×10-2。    1.06165-0.02411（Pc/Pe）-0.00383（Pc/Pe）2（2）由图1可见，压缩机工作时其压力比Pc/Pe不能太高，即冷凝压力Pc（也就是冷凝温度tc）不宜太高，蒸发压力Pe（也就是蒸发温度te）不宜太低，否则，输气系数就会降低。对于单螺杆式压缩机输气系数在压缩比为3时可达0.95。图2给出了单螺杆式压缩机与活塞式压缩机的对比曲线，其中活塞式压缩机输气系数按(3)式计算2。可以看出，在常用的热泵运行工况范