VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)控制策略研究 碩士論文

1、分類號(hào) 密 級(jí) UDC 學(xué)校代碼 10500 工程碩士學(xué)位論文題 目：VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)控制策略研究英文題目：Industrial Ethernet Servo Control based on LINUX System學(xué)位申請(qǐng)人姓名：申請(qǐng)學(xué)位領(lǐng)域名稱：控制工程指導(dǎo)教師姓名：二一五年五月分類號(hào) 密 級(jí) UDC 學(xué)校代碼 10500 工程碩士學(xué)位論文 題 目 VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)控制策略研究 英文題目 Industrial Ethernet Servo Control based on LINUX System研究生姓名（簽名） 校內(nèi)導(dǎo)師姓名（簽名） 職 稱 校外導(dǎo)師姓名（簽名） 職

2、稱 申請(qǐng)學(xué)位領(lǐng)域名稱 領(lǐng)域代碼 論文答辯日期 學(xué)位授予日期 學(xué)院負(fù)責(zé)人（簽名） 評(píng)閱人姓名 評(píng)閱人姓名 2015年 5月 5 日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版

3、，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖北工業(yè)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要 與傳統(tǒng)空調(diào)機(jī)比較，變頻式空調(diào)機(jī)具有提高冷卻效率、省電和溫度控制性能等優(yōu)點(diǎn)。由于同時(shí)在多個(gè)房間提供冷氣服務(wù)已漸成為多數(shù)家庭對(duì)空調(diào)的需求，在價(jià)格、省電效率與空間占用的考量下，變頻空調(diào)機(jī)的市場(chǎng)主流已漸由單機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至一對(duì)多系統(tǒng)，再由一對(duì)多系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)。在 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)中，冷媒透過(guò)分配器分配至各室內(nèi)機(jī)，也可能有一個(gè)以上的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)

4、多個(gè)蒸發(fā)器，其動(dòng)態(tài)較傳統(tǒng)一對(duì)多系統(tǒng)更為復(fù)雜，而控制策略的設(shè)計(jì)難度也更高。在近幾年來(lái)，變速度裝置上的研究有很大的進(jìn)步，因此也能改善與增進(jìn)許多空調(diào)機(jī)性能的空間。為了充分發(fā)揮變頻式空調(diào)機(jī)的性能，本論文引進(jìn)一般在探討空調(diào)機(jī)控制架構(gòu)未加入的室內(nèi)、外風(fēng)扇。室外風(fēng)扇主要影響冷凝溫度，而此溫度亦為決定系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。室內(nèi)風(fēng)扇牽涉層面甚廣，舉凡溫度控制、噪音抑制及濕度調(diào)整等，皆受室內(nèi)風(fēng)扇影響甚大。本論文中，針對(duì)溫度控制的層面進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)扇控制策略探討。目標(biāo)為藉由調(diào)變室內(nèi)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，改善空調(diào)系統(tǒng)的瞬時(shí)反應(yīng)；調(diào)變室外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，提升系統(tǒng)整體的效率。目錄摘 要I目錄II第1章 緒論11.1 研究動(dòng)機(jī)與目的11.2 文獻(xiàn)

5、回顧21.3 本文架構(gòu)4第2章 蒸汽壓縮循環(huán)和即有控制架構(gòu)簡(jiǎn)介52.1 蒸汽壓縮循環(huán)簡(jiǎn)介52.2 串聯(lián)式控制架構(gòu)簡(jiǎn)介8第3章 VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)鑒別103.1 系統(tǒng)鑒別簡(jiǎn)介103.2 VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)機(jī)的模型鑒別113.3房間動(dòng)態(tài)理論模型的推導(dǎo)16第四章 VRF 多聯(lián)式變頻控制器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果18第五章 旁通閥控制器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果27第六章 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)暖氣鑒別406.1 暖氣模型鑒別406.2 房間動(dòng)態(tài)模型的鑒別446.3 暖氣控制架構(gòu)策略466.4 一對(duì)四分流控制機(jī)制48第七章 暖氣控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果507.1 設(shè)定同冷凝相溫，控制相同室溫507.2 控制設(shè)定同室內(nèi)溫55

6、第八章 結(jié)論與未來(lái)工作59參考文獻(xiàn)60 致謝62第1章 緒論1.1 研究動(dòng)機(jī)與目的 由于近幾年在變速度裝置上的研究有很大的進(jìn)步，開啟了以變頻方式改善空調(diào)機(jī)系統(tǒng)性能和效率上的可能性。雖然單機(jī)式變頻空調(diào)機(jī)的性能如省電效率、恒溫控制等已較傳統(tǒng)定頻系統(tǒng)高出甚多，但由于同時(shí)在多個(gè)房間提供冷氣服務(wù)已漸成為多數(shù)家庭對(duì)空調(diào)機(jī)的需求，在價(jià)格、省電效率與空間占用的考慮下，變頻空調(diào)機(jī)的市場(chǎng)主流已由單機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至一對(duì)多系統(tǒng)，再由一對(duì)多系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)在單機(jī)式變頻空調(diào)機(jī)中，為了調(diào)整熱交換器的能力(capacity)去配合實(shí)際的熱負(fù)載，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)整。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可調(diào)整蒸發(fā)器與冷凝器等熱交換器的

7、熱傳率。膨脹閥開口度的變化，使得冷媒的流率和壓力得以改變。結(jié)合這些可變組件所構(gòu)成空調(diào)機(jī)后，系統(tǒng)呈現(xiàn)一多輸入多輸出(multi-input-multi-output)行為，且在輸入、輸出間會(huì)有耦合(coupling)的現(xiàn)象發(fā)生。而在一對(duì)多變頻空調(diào)系統(tǒng)中，單一個(gè)壓縮機(jī)需同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)蒸發(fā)器。以一對(duì)三變頻空調(diào)機(jī)為例，其基本架構(gòu)如圖1.1 所示 圖1.1：一對(duì)三變頻空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)圖 而VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)中，為了減低冷媒在管路傳輸時(shí)的損失，在室入側(cè)設(shè)置了分配器，且冷媒在此分配器中流經(jīng)膨脹閥，進(jìn)行降壓降溫的動(dòng)作；和以往一般變頻空調(diào)機(jī)不同，膨脹閥放置在室外側(cè)，冷媒先在室外進(jìn)行降壓降溫的動(dòng)作后再送至室內(nèi)機(jī)。

8、另外為了增加分配冷媒流經(jīng)各房間流量的能力，在分配器里加裝了旁通閥，使得空調(diào)機(jī)在泄載時(shí)，可利用旁通閥把多余的冷媒送回室外機(jī)，而不會(huì)經(jīng)過(guò)室內(nèi)機(jī)。圖1.2 顯示具四臺(tái)室內(nèi)機(jī)VRF基本架構(gòu)。 圖1.2：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)圖1.2 文獻(xiàn)回顧 在過(guò)去的文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)1提出一對(duì)三空調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)模型與分析；文獻(xiàn)2提出一個(gè)將子系統(tǒng)分解來(lái)建構(gòu)模型的方法，用于協(xié)助分析可變階數(shù)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)控制器，只是在這篇文章中，并未提及后續(xù)的控制器設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)3為一對(duì)多空調(diào)系統(tǒng)提出一個(gè)新的回授線性化控制器設(shè)計(jì)，當(dāng)中的仿真結(jié)果顯示，此控制器對(duì)于蒸發(fā)器壁溫及過(guò)熱度有良好的控制性能。文獻(xiàn)4以平均空泡分率(mean void f

9、raction)5及移動(dòng)邊界法(moving boundary approach)6為一對(duì)三空調(diào)系統(tǒng)建立模型；這邊文獻(xiàn)的結(jié)果明確地顯示，系統(tǒng)的輸入與輸出間有著強(qiáng)烈的耦合效應(yīng)；同時(shí)也指出，采用多輸入多輸出的設(shè)計(jì)方法，效果較以多個(gè)單輸入單輸出架構(gòu)所設(shè)計(jì)出的控制器好。 以上的研究文獻(xiàn)，皆著重于空調(diào)機(jī)本身的動(dòng)態(tài)控制(蒸發(fā)器過(guò)熱度與蒸發(fā)器兩相區(qū)壁溫)；室內(nèi)房間溫度一律被視為一固定不變的溫度值，而未被當(dāng)成系統(tǒng)的狀態(tài)變量。除了文獻(xiàn)7，其提出模糊邏輯運(yùn)算法(fuzzy control algorithm)，以控制房間溫度達(dá)到不同的設(shè)定值；然而，其控制性能僅以計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證，并沒(méi)有實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外值得一提的

10、是，8 與 9為文獻(xiàn)資料中極少見著眼于 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)的研究，但其主要是利用 EnergyPlus 軟件仿真 VRF 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，控制部份并未作任何探討。發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)不同的壓縮機(jī)頻率，當(dāng) EEV 控制兩個(gè)蒸發(fā)器出口的過(guò)熱度相同（都為 4oC）時(shí)，系統(tǒng)總制冷量都達(dá)到最大。在充灌量一定的情況下，室外機(jī)換熱器出口過(guò)冷度只與運(yùn)轉(zhuǎn)頻率有關(guān)。清華大學(xué)石文星24以單元式變頻空調(diào)為例，對(duì)各種調(diào)節(jié)因素（室外機(jī)風(fēng)量、壓縮機(jī)頻率、電子膨脹閥開度）和擾動(dòng)因素（室內(nèi)、外機(jī)環(huán)境干、濕球溫度、室內(nèi)機(jī)風(fēng)量），對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)（蒸發(fā)、冷凝壓力、過(guò)熱度、過(guò)冷度）和性能參數(shù)（制冷、熱量、耗電量）的影響進(jìn)行了大量的模擬研究，

11、研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行具有重要的意義。此外，石文星也對(duì)多元 VRF 系統(tǒng)各調(diào)節(jié)因素、擾動(dòng)因素對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)和性能參數(shù)的影響進(jìn)行了研究。但由于研究的側(cè)重點(diǎn)不同，其主要研究了給定蒸發(fā)壓力和冷凝壓力的情況下，各性能參數(shù)受調(diào)節(jié)擾動(dòng)因素影響的關(guān)系。這為后續(xù)繼續(xù)研究能耗最小工況點(diǎn)的確定奠定了基礎(chǔ)。邵雙全25通過(guò)模擬的方法，在制冷工況下，對(duì)采用室內(nèi)機(jī)膨脹閥控制制冷量，室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)連續(xù)調(diào)節(jié)控制換熱器出口過(guò)熱度恒定（5），壓縮機(jī)頻率控制總制冷量的解耦控制方法進(jìn)行了研究。指出該控制方法存在多解，在保證最大風(fēng)量的基礎(chǔ)上，蒸發(fā)壓力越高，系統(tǒng)能效比越高。對(duì)于室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)不可調(diào)時(shí)，他指出可以通過(guò)室內(nèi)機(jī)膨脹閥控制制冷量，

12、壓縮機(jī)控制吸氣口過(guò)熱度。為保證壓縮機(jī)吸氣口過(guò)熱度，室內(nèi)機(jī)有的回液，有的過(guò)熱度較大，室內(nèi)機(jī)回液雖然可以調(diào)節(jié)壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度，但會(huì)增加吸氣阻力，使系統(tǒng)的能效比有所降低。兩種控制方法存在節(jié)能的潛力，有待進(jìn)一步研究。對(duì)于能耗最小壓縮機(jī)吸氣壓力如何確定，文中沒(méi)有涉及。VRF 系統(tǒng)整體能耗性能研究文獻(xiàn)中的研究主要涉及到各種外部參數(shù)，如室內(nèi)、外溫度，負(fù)荷特性等因素對(duì)系統(tǒng)能耗性能的影響。而對(duì)于控制策略以及制冷循環(huán)設(shè)定值的影響研究則基本沒(méi)有涉及。薛衛(wèi)華對(duì)一一拖三，采用網(wǎng)絡(luò)控制方法的熱泵式 VRF 空調(diào)系統(tǒng)制熱運(yùn)行能耗進(jìn)行了研究。其得出室外機(jī)輸出功率隨室外溫度的升高而降低，隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而增大。并指出當(dāng)系統(tǒng)

13、部分負(fù)荷率在45%70%變化時(shí)， VRF 空調(diào)系統(tǒng)的能效比最高。薛衛(wèi)華還采用模擬的方法對(duì)某一實(shí)際建筑中的 VRF 空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了全年運(yùn)行季節(jié)的動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算，得到了運(yùn)行季節(jié)的平均季節(jié)能效比SEER，以此來(lái)評(píng)價(jià) VRV 空調(diào)機(jī)組的節(jié)能情況。為了能更有力地說(shuō)明 VRV空調(diào)機(jī)組的節(jié)能性，該文選用普通風(fēng)冷螺桿式熱泵機(jī)組作為冷熱源，對(duì)所選建筑采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并根據(jù)樣本參數(shù)計(jì)算該空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗及季節(jié)能效比 SEER，將其數(shù)值與 VRF 空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)比較可以得到，在冬、夏季運(yùn)行季節(jié)中，VRF 空調(diào)系統(tǒng)的季節(jié)能效比均高于螺桿式風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在部分負(fù)荷時(shí)，VRF空調(diào)系統(tǒng)的

14、節(jié)能性能更為顯著。由此說(shuō)明，VRF 空調(diào)機(jī)組的節(jié)能性優(yōu)于螺桿式風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)。莊逸宏30對(duì)熱回收型 VRF 系統(tǒng)在熱濕環(huán)境下的能耗性能進(jìn)行了全年全工況測(cè)量和分析。并與傳統(tǒng) CAV 空調(diào)系統(tǒng)能耗性能進(jìn)行了比較，指出在相同熱負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上，采用 VRF 系統(tǒng)的建筑物其每單位面積空調(diào)年耗電指標(biāo)要比采用 CAV 系統(tǒng)的建筑低 16%，文中未提及控制策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。VRF 系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)研究文獻(xiàn)中 VRF 系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)研究主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是系統(tǒng)初始的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這主要包括對(duì)系統(tǒng)各個(gè)組成部件的優(yōu)化，以提高各部件的性能。以及優(yōu)化系統(tǒng)匹配，充分發(fā)揮各部件的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的效率。二是優(yōu)

15、化系統(tǒng)控制，這主要包括現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用，控制算法的優(yōu)化和控制系統(tǒng)的改善。而對(duì)系統(tǒng)層次的運(yùn)行循環(huán)優(yōu)化則基本沒(méi)有涉及。系統(tǒng)組成部件的優(yōu)化近年來(lái)，這一領(lǐng)域的研究最為活躍也最為見效。其突出成果是變頻技術(shù)、電子膨脹閥在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。它不僅為創(chuàng)造舒適環(huán)境、實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的高效節(jié)能運(yùn)行提供了技術(shù)保證，而且為 VRF 系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)。壓縮機(jī)變?nèi)萘靠刂品椒ㄟ@一領(lǐng)域的研究近年來(lái)較為活躍。首先是對(duì)壓縮機(jī)變?nèi)菪阅艿母纳?；壓縮機(jī)由最初的變?nèi)菪阅懿畹耐鶑?fù)式、滾動(dòng)單轉(zhuǎn)子式發(fā)展到變?nèi)菪阅茌^好的滾動(dòng)雙轉(zhuǎn)子式以及渦旋式。其次，壓縮機(jī)變?nèi)菘刂品绞揭灿梢郧暗?On/Off 控制、熱氣旁通、蒸發(fā)溫度控

16、制、余隙容積控制、多壓縮機(jī)控制和氣缸卸載控制等發(fā)展到壓縮機(jī)變轉(zhuǎn)速控制。 在系統(tǒng)鑒別與實(shí)驗(yàn)方面。文獻(xiàn)8提出由系統(tǒng)鑒別的方法建立出空調(diào)機(jī)的模形，針對(duì)鑒別而模擬出的模形來(lái)設(shè)計(jì)控制器，最后采用內(nèi)外循環(huán)與串聯(lián)架構(gòu)的分流控制器，并利用實(shí)驗(yàn)來(lái)印證結(jié)果。 1.3 本文架構(gòu) 本論文第一章說(shuō)明研究動(dòng)機(jī)與目的，第二章說(shuō)明蒸氣壓縮循環(huán)和現(xiàn)今所用的控制架構(gòu)，第三章說(shuō)明如何做 VRF 的系統(tǒng)鑒別及房間動(dòng)態(tài)推導(dǎo)，第四章說(shuō)明控制架構(gòu)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第五章為旁通閥控制器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第六章為 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)暖氣鑒別，第七章為暖氣控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第八章為結(jié)論與未來(lái)工作。第2章 蒸汽壓縮循環(huán)和即有控制架構(gòu)簡(jiǎn)介 章節(jié)2.1將

17、簡(jiǎn)單介紹蒸汽壓縮循環(huán)及冷媒在各組件中的狀態(tài)。章節(jié)2.2則說(shuō)明串聯(lián)式控制架構(gòu)。 2.1 蒸汽壓縮循環(huán)簡(jiǎn)介 空調(diào)機(jī)主要由下列的幾種基本組件組成：、冷凝器 (Condenser)、蒸發(fā)器 (Evaporator)、 壓縮機(jī)(Compressor)、膨脹閥 (ExpansiveValve)、室內(nèi)風(fēng)扇 (Indoor Fan)、室外風(fēng)扇 (Outdoor Fan)，其為應(yīng)用在蒸汽壓縮循環(huán)(Vapor Compression Cycle)理論下運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器。各組件在蒸汽循環(huán)下示意圖與對(duì)應(yīng)冷媒壓力 -焓值圖，如圖 2.1 與圖 2.2所示：圖2.1：空調(diào)機(jī)各組件示意圖圖2.2：對(duì)應(yīng)圖2.1壓力-焓值圖 接下來(lái)介

18、紹空調(diào)機(jī)中各個(gè)組件在蒸汽壓縮循環(huán)功能簡(jiǎn)介： A. 蒸發(fā)器： 冷媒流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)為等壓吸熱過(guò)程(12)，從房間吸收熱量產(chǎn)生相變化達(dá)到房間降溫目的。在蒸發(fā)過(guò)程中，冷媒流動(dòng)使冷媒從低溫低壓液氣態(tài)吸熱變成低溫低壓氣態(tài)冷媒(如下圖2.3)，最后流入壓縮機(jī)。從下圖2.3得知，冷媒在蒸發(fā)器中流動(dòng)依狀態(tài)可區(qū)分兩相區(qū)(Node 1-液氣共存相)與過(guò)熱區(qū)(Node 2-氣相)。 圖2.3：蒸氣壓縮循環(huán)蒸發(fā)器模型B. 冷凝器： 冷媒在冷凝器中為等壓放熱過(guò)程(34)，利用凝結(jié)的相變化釋放熱量至室外。在冷凝過(guò)程中，冷媒從氣態(tài)高溫高壓放熱成液氣共存態(tài)，然后成液態(tài)高溫高壓，最后流入膨脹閥。從下圖2.4得知，冷媒在冷凝器流動(dòng)從

19、狀態(tài)可分為過(guò)熱區(qū)(Node 1-氣相)、兩相區(qū)(Node 2-液氣共存相)與過(guò)冷區(qū)(Node 3-液相)。 圖2.4：蒸氣壓縮循環(huán)蒸發(fā)器模型上述蒸發(fā)器和冷凝器又統(tǒng)稱為熱交換器(Heat exchanger)與環(huán)境進(jìn)行熱交換。當(dāng)熱交換器對(duì)應(yīng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)空氣作強(qiáng)制對(duì)流。冷媒在熱交換器中吸收或釋放的熱傳量可用(2.1)式簡(jiǎn)化表示： (2.1) 其中為冷媒質(zhì)量流率，為冷媒流經(jīng)熱交換器前后焓值改變量。 C. 壓縮機(jī)： 馬達(dá)將蒸發(fā)器高溫低壓氣態(tài)冷媒，壓縮成高溫高壓氣態(tài)冷媒，此過(guò)程為絕熱壓縮或是等熵壓縮(23)。當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增加，消耗功會(huì)上升，造成蒸發(fā)器冷媒質(zhì)量流率增加但壓力降低；同時(shí)，注入冷凝器冷媒質(zhì)量

20、流率和壓力會(huì)上升。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速上升造成蒸發(fā)器和冷凝器間的壓差增加，導(dǎo)致蒸發(fā)器溫度下降和冷凝器溫度上升，造成熱交換器與環(huán)境的熱交換能力增加。流經(jīng)壓縮機(jī)冷媒質(zhì)量流率可以表示(2.2)式： (2.2)其中為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、Vc 為等效掃氣容積(effective displacement volume)、為壓縮機(jī)入口處冷媒密度、Cc為余隙比(clearance ratio)、Pc 與Pe 分別代表冷凝器與蒸發(fā)器內(nèi)冷媒壓力、k為比熱比。 壓縮機(jī)作功能力可表為(2.3)式： (2.3)其中R為氣體常數(shù)、Ter 為蒸發(fā)器出口冷媒溫度。 由(2.2)式與(2.3)式中也可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮機(jī)作功愈大冷凝器與蒸發(fā)器間壓差

21、也會(huì)愈大，造成熱交換器吸收或釋放能量能力提高。 D. 膨脹閥： 膨脹閥為節(jié)流裝置，藉由調(diào)整開口度大小影響冷媒冷凝器與蒸發(fā)器的壓力差與質(zhì)量流率，此過(guò)程中為等焓膨脹(41)。利用步進(jìn)馬達(dá)調(diào)整開口度。流經(jīng)膨脹閥冷媒質(zhì)量流率可以表示如(2.4)式： (2.4) 為孔口流量系數(shù)(orifice coefficient) 、為膨脹閥開口度、為冷凝器出口冷媒密度 2.2 串聯(lián)式控制架構(gòu)簡(jiǎn)介 對(duì)于運(yùn)作蒸氣壓縮循環(huán)的空調(diào)機(jī)，選取適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度來(lái)維持空調(diào)機(jī)的最佳的效能，也保證無(wú)液態(tài)冷煤進(jìn)入壓縮機(jī)而造成損壞；而蒸發(fā)溫度則代表著空調(diào)機(jī)的吸熱能力，控制架構(gòu)如下圖2.5所示。 圖2.5：文獻(xiàn)8的控制架構(gòu)文獻(xiàn)8串聯(lián)控制架構(gòu)，

22、分成內(nèi)外循環(huán)兩部份，說(shuō)明如下： 外循環(huán)：外循環(huán)控制器藉由房間真實(shí)溫度和使用者設(shè)定溫度( )的差值，計(jì)算出蒸發(fā)溫度設(shè)定值()，進(jìn)而調(diào)節(jié)蒸發(fā)器吸熱能力。內(nèi)循環(huán)： 內(nèi)循環(huán)為控制器為二輸入二輸出(如圖2.6)，由、算出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速()及膨脹閥開口度( )，藉由壓縮機(jī)和膨脹閥去改變蒸發(fā)器過(guò)熱度()和蒸發(fā)溫度( )(如圖2.7)，其中冷媒蒸發(fā)溫度設(shè)定值()則由外循環(huán) 控制器算出。過(guò)熱度的設(shè)定值( ) 為定值，其參數(shù)為空調(diào)機(jī)設(shè)計(jì)者所設(shè)定。 圖2.6：內(nèi)循環(huán)控制器的輸入及輸出圖2.7：空調(diào)機(jī)的輸入及輸出另外，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和膨脹閥開度均有上下限，且內(nèi)循環(huán)控制器都有積分器(I Gain)。當(dāng)壓縮機(jī)和膨脹閥發(fā)生飽和，控

23、制會(huì)造成積分終結(jié)(Integral Windup)的現(xiàn)象，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的瞬時(shí)表顯遲緩，更甚造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了應(yīng)付積分終結(jié)，在控制架構(gòu)中加入反積分終結(jié)補(bǔ)償器(Anti-windup Compensator)(如文獻(xiàn)9)。第3章 VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)鑒別 章節(jié)3.1說(shuō)明系統(tǒng)鑒別的原理及方法。章節(jié)3.2為此空調(diào)機(jī)系統(tǒng)鑒別及其模型。章節(jié)3.3為房間動(dòng)態(tài)模型推導(dǎo)。 3.1 系統(tǒng)鑒別簡(jiǎn)介 為了了解VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，將輸入與輸出間所得到的轉(zhuǎn)移函數(shù)，進(jìn)而用來(lái)設(shè)計(jì)控制器。所使用的系統(tǒng)鑒別方法為連續(xù)時(shí)間模型系統(tǒng)鑒別（Continuous-time model identification）

24、，以下將簡(jiǎn)介基本原理，詳細(xì)過(guò)程可參考文獻(xiàn)8。 假設(shè)物理系統(tǒng)可表示為(3.1)式中的n階的轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中ai ，bi 為系統(tǒng)未知參數(shù)： (3.1)為求得此未知參數(shù)，設(shè)計(jì)低通濾波器如下(3.2)式 (3.2)其中，為一時(shí)間常數(shù)。將(3.2)式代入(3.1)式中得到下式(3.3) (3.3)又其中 (3.4)因此，系統(tǒng)輸入輸出模型可以被簡(jiǎn)化為(3.5)式： (3.5)將(3.5)式重新整理，可將y(t)表示為(3.6)式： (3.6)其中 (3.7)為系統(tǒng)參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)所得輸入輸出數(shù)據(jù)。利用最小平方誤差法(Least-Squares Estimation Method)可得到： (3.8)因此解出，將

25、此系數(shù)代入原系統(tǒng)，即得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)Go(s)。在后面中，將利用此方法來(lái)建立空調(diào)機(jī)線性系統(tǒng)模型。3.2 VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)機(jī)的模型鑒別 在一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)機(jī)系統(tǒng)中，選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、四個(gè)房間的膨脹閥開口度作為系統(tǒng)輸入，所有的室內(nèi)外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，四個(gè)蒸發(fā)器的兩相區(qū)壁溫及四個(gè)過(guò)熱度作為輸出。 圖3.1：VRF系統(tǒng)鑒別架構(gòu) 在這模型中，由系統(tǒng)的物理特性推導(dǎo)得到，且從文獻(xiàn)8中，可得知每一輸入與每一輸出間相對(duì)次數(shù)為一階。為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如(3.9)式所示： (3.9) 在(3.9)式中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8代表蒸發(fā)器動(dòng)態(tài)的主極點(diǎn)位置，bij(i

26、=18，j=15)為系統(tǒng)控制增益。另外符號(hào)表示此模型對(duì)操作點(diǎn)進(jìn)行線性化，輸入輸出都是相對(duì)于操作點(diǎn)的激發(fā)與響應(yīng)經(jīng)由鑒別實(shí)驗(yàn)可求得模型參數(shù)的和。經(jīng)由鑒別實(shí)驗(yàn)可求得模型參數(shù)的a1a8 和bij。實(shí)驗(yàn)所使用的四個(gè)蒸發(fā)器，吸熱能力皆是3600W，冷凝器的能力則為14000W。所使用冷媒為R-410A。蒸發(fā)器的兩相區(qū)溫度及過(guò)熱度由T-type熱電耦量測(cè)。T-type熱電耦的操作范圍為-270到400間，其精密度為0.1。四個(gè)實(shí)驗(yàn)的房間大小分別為44.16、34.63、40.19、39.69立方公尺。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為1200 rpm至7200 rpm；膨脹閥開口度范圍為0500 Pulses。 進(jìn)行系統(tǒng)鑒別

27、實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們將室內(nèi)風(fēng)扇皆設(shè)定為最大轉(zhuǎn)速，室外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速設(shè)定為780rpm，并選定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速=2000rpm與四個(gè)膨脹閥大小分別為=120 pulses、=100 pulses、=220 pusles、=200 pusles。在系統(tǒng)平衡后，藉由分別提供壓縮機(jī)和各膨脹閥一組方波訊號(hào)(如圖3.2)來(lái)激發(fā)各個(gè)房間的蒸發(fā)器兩相溫度及過(guò)熱度，記錄輸入輸出對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)，其響應(yīng)結(jié)果如圖3.3所示。將這些記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)，由3.1節(jié)所介紹鑒別方法，可估測(cè)出模型中的各個(gè)參數(shù)，而所得到系統(tǒng)模型如(3.10)式所示：圖3.2：系統(tǒng)鑒別輸入圖 圖3.3：系統(tǒng)鑒別輸出圖 為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，以相同的實(shí)驗(yàn)輸入代入(3.10)

28、式中進(jìn)行模擬，將實(shí)驗(yàn)與模擬輸出比較，由圖3.3藍(lán)線與紅線所示，其趨勢(shì)大致上合乎實(shí)際輸出值，故經(jīng)由系統(tǒng)鑒別實(shí)驗(yàn)所得模型，可表現(xiàn)出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。 3.3房間動(dòng)態(tài)理論模型的推導(dǎo) 由于房間大小及各種物理?xiàng)l件，皆會(huì)因人、因時(shí)、因地而異；因此，以物理定律推導(dǎo)出一個(gè)具有一般性的房間模型。 由能量守恒定律，蒸發(fā)器所在的房間動(dòng)態(tài)可以(3.11)式所式： (3.11) 其中T表示室內(nèi)溫度，C表示房間的熱容，為相對(duì)應(yīng)熱負(fù)載，為蒸發(fā)器吸熱率(heat transfer rate)，其表示如(3.12)所示：(3.12) 其中 為蒸發(fā)器兩相區(qū)與相對(duì)應(yīng)房間的熱對(duì)流系數(shù)，為蒸發(fā)器過(guò)熱區(qū)與室內(nèi)房間的熱對(duì)流系數(shù)。(假設(shè)室內(nèi)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

29、固定、為定值)，De為蒸發(fā)器外徑，le為蒸發(fā)器兩相區(qū)長(zhǎng)度，Le為蒸發(fā)器總長(zhǎng)度，Te、Tes為蒸發(fā)器兩相區(qū)溫度及過(guò)熱區(qū)的溫度，又其中Te、Tes可以表示如下： (3.13)將(3.13)代入(3.11)、(3.12)式，則房間的動(dòng)態(tài)可以改寫如下： (3.14) 其中 (3.15) (3.16) 假設(shè)房間熱容主要成分為空氣，可將C近似為，其中為空氣密度1.2Kg/m3，為房間體積，四個(gè)房體積分別為44.16m3、34.63m3、40.19m3、36.96m3，且其空間配置如圖3.4所示，為房間內(nèi)空氣比熱1000kj/kg.K，Le為蒸發(fā)器總長(zhǎng)為22.4m，De為蒸發(fā)器外徑7mm，蒸發(fā)器總長(zhǎng)及蒸發(fā)器

30、的外徑四個(gè)房間皆為相同的規(guī)格。假設(shè)兩相區(qū)長(zhǎng)度占蒸發(fā)器總長(zhǎng)90%以上，則過(guò)熱度對(duì)房間動(dòng)態(tài)的影響可以忽略，故(3.15)改寫成： (3.17) 估計(jì)為75Wm-2 K-1 ，經(jīng)由面參數(shù)帶入后得到四個(gè)房間的動(dòng)態(tài)方程式(3.18)。 (3.18) 圖3.4：空間配置圖在硬件的空間配置上(如圖 3.4)，二個(gè)分配器分別放置在房間 B 及房間 C 里，其中房間 B 的分配器把冷媒再配給房間 A 及房間 B 的室內(nèi)機(jī)；而房間 C 的分配器則把冷媒分配給房間 C 及房間 D 的室內(nèi)機(jī)。也就是說(shuō)房間 A、B 共同一個(gè)分配器；房間 C、D 共同一個(gè)分配器。而分配器中放置了二個(gè)膨脹閥分別控管冷媒流量給對(duì)應(yīng)房間。四個(gè)

31、房間大小分別為：房間 A 4.958 平方米、房間 B 3.91 平方米、房間 C 4.537 平方米、房間 D 4.172 平方米，并且四個(gè)房間的高度皆相同，都為 2.68 米。四個(gè)房間內(nèi)的熱交換器能力值皆為 3.6Kw；而室外機(jī)的能力值則為 14kW。第四章 VRF 多聯(lián)式變頻控制器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果由蒸氣壓縮循環(huán)的鑒別及室內(nèi)動(dòng)態(tài)鑒別可以得到線性低階的 DEAC 模型，動(dòng)態(tài)模型可以寫成狀態(tài)方程式如下式：在分流控制的架構(gòu)下，利用壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速()控制蒸發(fā)器入口溫度(Te)，膨脹閥開口度()去控制過(guò)熱度(Tsh)。首先，把壓縮機(jī)和蒸發(fā)器入口溫度間的回授控制寫成方程序，如下式： （8）其中，是回授增益矩

32、陣，把(8)式代入(7)式得到(9)式： （9）消除在上并由B22非對(duì)角項(xiàng)輸入的影響。將原本耦合的輸入，轉(zhuǎn)換成由 表示的新輸入矢量其中，是新的輸入矢量。使用此一新定義的輸入矢量(10)和壓縮機(jī)的控制法則(8)，則整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可轉(zhuǎn)換成： 其中，且其相對(duì)應(yīng)控制簡(jiǎn)圖如圖 2 所示圖 4.1：一對(duì)四 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)分流控制簡(jiǎn)圖在圖 4.1 中, 子系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)組成：暫時(shí)假設(shè)有邊界，把看成有邊界的噪聲。外循環(huán)根據(jù)室內(nèi)溫度設(shè)定值控制室內(nèi)溫度，并且經(jīng)由控制器計(jì)算出過(guò)熱度設(shè)定值。經(jīng)由外循環(huán)所計(jì)算出的過(guò)熱度設(shè)定值，再由內(nèi)循環(huán)進(jìn)行過(guò)熱度的控制。此處針對(duì)動(dòng)態(tài)采用這個(gè)內(nèi)外循環(huán)架構(gòu)的理由，主要是因?yàn)檫^(guò)熱度

33、的動(dòng)態(tài)的時(shí)間常數(shù)，遠(yuǎn)較房間動(dòng)態(tài)的時(shí)間常數(shù)小，因此采用將兩個(gè)循環(huán)串聯(lián)的架構(gòu)。直觀地，若內(nèi)循環(huán)控制器K2(s) 可使內(nèi)循環(huán)的動(dòng)態(tài)更快，則當(dāng)于設(shè)計(jì)外循環(huán)控制器K2(s) 時(shí)，便可以合理忽略和間的動(dòng)態(tài)，并簡(jiǎn)單地視室內(nèi)動(dòng)態(tài)為受控體(plant)。制冷運(yùn)行時(shí)室內(nèi)機(jī)出口過(guò)熱度和制熱時(shí)室內(nèi)機(jī)出口過(guò)冷度對(duì)換熱器換熱性能影響較大。當(dāng)換熱器出口過(guò)熱（冷）度增加時(shí)，換熱器換熱量減小，這一方面是由于隨著出口過(guò)熱（冷）度的增加，換熱器兩相區(qū)換熱面積減少，單相區(qū)換熱面積增加，制冷劑側(cè)換熱系數(shù)減少造成的；另一方面則是由于，隨著過(guò)熱（冷）度的增加，制冷劑側(cè)和空氣側(cè)換熱溫差減小。傳統(tǒng)單元式空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)機(jī)換熱器運(yùn)行工況較為單一，

34、換熱器出口過(guò)熱（冷）度在各種不同運(yùn)行工況下保持恒定，因此在一些研究中可采用集總參數(shù)模型進(jìn)行模擬分析。一拖多 VRF 系統(tǒng)中，室內(nèi)機(jī)換熱器在不同的運(yùn)行工況下，換熱性能變化較大。因此為使換熱器模型更具有通用性，有必要建立分段參數(shù)模型。采用分區(qū)的方法，對(duì)換熱差異較大的.其中，A 2、B22、A3都斜對(duì)角化，所以中兩個(gè)子系統(tǒng)間是解耦，而動(dòng)態(tài)的解耦允許控制器K2和K3是解耦的。同時(shí)注意到，從到和到的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，都是一階系統(tǒng)。因此，為了簡(jiǎn)化控制器設(shè)計(jì)與降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，K2和K3控制器皆以比例式積分控制的形式實(shí)現(xiàn)(PI control)。由于的內(nèi)外循環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)使然，K2和K3的設(shè)計(jì)方法不是相當(dāng)直觀。下面提

35、出的定理，可以用來(lái)設(shè)計(jì)確保系統(tǒng)穩(wěn)定的K2和K3。 根據(jù)文獻(xiàn)8所提出的控制架構(gòu)，在此設(shè)計(jì)出一組控制器，并為了驗(yàn)證控制器性能在一對(duì)四 VRF 多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)，在以下的實(shí)驗(yàn)中，其控制器K1、K2、K3的設(shè)定控制參數(shù)如下： 若設(shè)定溫度為：A房間=26，B房間=26，C房間=26，D房間=26。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.1、4.2、4.3、4.4所示。由圖4.1可知，控制能快速的將A、B、C、D房間溫度由一開始的3031，控制到使用者所設(shè)定溫度，且能達(dá)到恒溫控制。從其相對(duì)應(yīng)膨脹閥開度可知，膨脹閥一開始開度較大，隨著溫度漸漸到達(dá)后，其開度會(huì)緩緩下降。當(dāng)系統(tǒng)全體制熱，且部分負(fù)荷比大于 60%時(shí)，可以得到與上節(jié)描

36、述的全體制冷工況下相同的結(jié)論：在相同室內(nèi)機(jī)負(fù)荷率下，不同的運(yùn)行時(shí)間段，室外機(jī)運(yùn)行工況可能存在顯著差異。但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，各室內(nèi)機(jī)啟停狀態(tài)趨向于交錯(cuò)進(jìn)行，室外機(jī)運(yùn)行工況趨于平穩(wěn)。圖 2.17 為系統(tǒng)部分負(fù)荷比為 53%全體制熱工況下（工況 5），室內(nèi)溫度變化和室外機(jī)運(yùn)行工況。在該部分負(fù)荷比下，大部分時(shí)間里各室內(nèi)機(jī)啟停運(yùn)行狀態(tài)交錯(cuò)，室外機(jī)運(yùn)行工況較為穩(wěn)定；但在某些時(shí)間段，出現(xiàn)所有室內(nèi)機(jī)同時(shí)處于停止運(yùn)行狀態(tài)，室內(nèi)瞬時(shí)總負(fù)荷為 0 的情況。此時(shí)室外機(jī)壓縮機(jī)先工作在最小運(yùn)行頻率下，當(dāng)吸氣口壓力低于保護(hù)壓力時(shí)，則壓縮機(jī)停止運(yùn)行。 圖4.1：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)房間溫度結(jié)果 圖4.2：一對(duì)四V

37、RF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)控制輸入結(jié)果 圖4.3：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)器入口溫度控制結(jié)果圖4.4：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)熱度控制結(jié)果為了測(cè)詴控制器在不同設(shè)定溫度下強(qiáng)健性，在以下的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定溫度為：A房間與C房間皆設(shè)定為26，B房間與D房間皆設(shè)定為24。其實(shí)驗(yàn)如圖4.5、4.6、4.7、4.8所示。由圖4.5可知，控制器在設(shè)定各分配器溫度差 2時(shí)，仍能將各個(gè)室內(nèi)溫度控制至使用者設(shè)定值。在時(shí)間約為 15 分鐘后，各間溫度皆能到達(dá)設(shè)定值。各個(gè)相對(duì)應(yīng)膨脹閥開度也隨著溫度漸漸到達(dá)后，其開度會(huì)緩緩下降，最后到達(dá)一穩(wěn)定的開度值。圖4.5：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)房間溫度控制結(jié)果(

38、不同設(shè)定溫度)圖4.6：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)控制輸入結(jié)果(不同設(shè)定溫度)圖4.7：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)器入口溫度控制結(jié)果(不同設(shè)定溫)圖4.8：一對(duì)四VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)熱度控制結(jié)果(不同設(shè)定溫度)第五章 旁通閥控制器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)中，與一般的一對(duì)多空調(diào)系統(tǒng)最大的不同點(diǎn)就在于旁通閥的設(shè)計(jì)。在一般的一對(duì)多空調(diào)系統(tǒng)中，利用前一章節(jié)所提到的控制架構(gòu)，可將各個(gè)房間溫度控制在使用者的設(shè)定下，且各個(gè)房間可依照使用者的習(xí)慣各自設(shè)定不同的溫度，套用在VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)系統(tǒng)上亦可執(zhí)行。然而在實(shí)際的使用空調(diào)機(jī)上，并不是所有的室內(nèi)機(jī)都是開機(jī)的，也有可能各個(gè)房間

39、的空調(diào)機(jī)使用時(shí)間也不盡相同。故在文獻(xiàn)8中，就已做了對(duì)房間的空調(diào)機(jī)作關(guān)機(jī)動(dòng)作，并加入旁通閥控制的實(shí)驗(yàn)，由該文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知，未加入旁通閥的控制時(shí)，在某一房間膨脹閥關(guān)閉的同時(shí)，另外三個(gè)房間的過(guò)熱度有降低的現(xiàn)象，并且其房間溫度也有過(guò)冷的趨勢(shì)，在此吾人有重做文獻(xiàn)8中旁通閥的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件：四個(gè)房間設(shè)定溫度均26，當(dāng)時(shí)的室外環(huán)境溫度為30并且各房間加上了1000W的熱負(fù)載，并且在大約35分鐘時(shí)，將已到達(dá)設(shè)定溫度的C房間進(jìn)行關(guān)機(jī)的動(dòng)作，針對(duì)旁通閥的設(shè)計(jì)，我們是以PI控制法計(jì)算旁通閥開度，而我們回授的溫度是未關(guān)機(jī)室內(nèi)機(jī)D房間的蒸發(fā)器入口溫度，并將此溫度控制在關(guān)機(jī)前的溫度大??；待該溫度穩(wěn)定后，大約在42

40、43分左右，再將旁通閥以Ramp方式逐漸關(guān)閉，Ramp的速度為每分鐘降8 pulses。關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)如圖5.1、5.2、5.3、5.4所示，旁通閥鑒別實(shí)驗(yàn)如圖5.5、5.6，旁通閥控制實(shí)驗(yàn)如圖5.7、5.8、5.9、5.10所示。而該情況是可以預(yù)期的，因?yàn)橐宰匀坏奈锢憩F(xiàn)象來(lái)看，當(dāng)某一房間的膨脹閥被關(guān)閉后，原本應(yīng)該流經(jīng)該房間的冷媒便會(huì)流至其他三個(gè)房間，而使得其他房間的冷媒流量突然增加。在過(guò)熱度的響應(yīng)結(jié)果有降低的現(xiàn)象，這也是因?yàn)槔涿搅髁康耐蝗辉黾?，在熱?fù)載沒(méi)有改變的情況下，造成過(guò)熱度的下降。房間溫度的部份也是因?yàn)槔涿搅髁康脑黾佣斐蛇^(guò)冷的現(xiàn)象。由于過(guò)冷現(xiàn)象對(duì)使用者來(lái)說(shuō)可能會(huì)造成不舒適的感覺，因此在后加

41、入旁通閥的控制器設(shè)計(jì)，該文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知將會(huì)避免過(guò)冷的現(xiàn)象發(fā)生；吾人重做文獻(xiàn)8旁通閥實(shí)驗(yàn)的PI控制參數(shù)：，旁通閥鑒別的轉(zhuǎn)移函數(shù)：在此我們進(jìn)行關(guān)兩個(gè)房間的實(shí)驗(yàn):四個(gè)房間設(shè)定溫度均26，當(dāng)時(shí)的室外環(huán)境溫度為30并且各房間加上了1000W的熱負(fù)載，并且在25分鐘左右時(shí)，將已到達(dá)設(shè)定溫度的C房間和D房間進(jìn)行關(guān)機(jī)的動(dòng)作，我們是以PI控制法計(jì)算旁通閥開度，而我們這次回授的溫度是未關(guān)機(jī)室內(nèi)機(jī)(A,B房間)的分配器的入口溫度，并將此溫度控制在關(guān)機(jī)前的溫度大?。淮覝胤€(wěn)定后再將旁通閥以Ramp方式逐漸關(guān)閉。由圖1.2的架構(gòu)圖所示，關(guān)C和D房間，則我們要避免A和B房間有過(guò)冷現(xiàn)象，所以我們是用該兩房間所屬的分

42、配器里面的旁通閥去做控制，而選擇控制的溫度是該分配器的入口溫度，故是控制在未關(guān)機(jī)前的入口溫度，進(jìn)而達(dá)到未關(guān)機(jī)房間無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象。因此在考慮到使用者使用空調(diào)機(jī)會(huì)有對(duì)某一間關(guān)機(jī)的狀況下，再做了以下的實(shí)驗(yàn)，四個(gè)房間設(shè)定溫度為A、C間27，B、D間26，并且在30分鐘左右時(shí)，將已到達(dá)設(shè)定溫度的C房間進(jìn)行關(guān)機(jī)的動(dòng)作(如圖5.3所示)。在此我們利用控制器的計(jì)算使C房間的膨脹閥關(guān)閉，同時(shí)也關(guān)閉C房間的室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇。由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知，在C房間膨脹閥關(guān)閉的同時(shí)，另外三個(gè)房間的過(guò)熱度有降低的現(xiàn)象(如圖5.2所示)，并且其房間溫度也有降低的趨勢(shì)。這情況是可以預(yù)料的，因?yàn)橐宰钪庇^的物理觀點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)C房間的膨脹閥被關(guān)

43、閉后，原本應(yīng)該流經(jīng)C房間的冷媒便會(huì)流至其他三個(gè)房間，而使得其他房間的冷媒流量突然增加。在過(guò)熱度的響應(yīng)上可以看出有降低的現(xiàn)象，這也是因?yàn)槔涿搅髁康耐蝗辉黾?，在熱?fù)載沒(méi)有改變的情況下，造成過(guò)熱度的下降。房間溫度的部份也是因?yàn)槔涿搅髁康脑黾佣斐蛇^(guò)冷的現(xiàn)象。另外圖5.4也可看出因過(guò)冷而使其他仍開機(jī)的膨脹閥開度持續(xù)減少，壓縮機(jī)也因蒸發(fā)器入口溫度降低而降低。由于過(guò)冷現(xiàn)象對(duì)使用者來(lái)說(shuō)可能會(huì)造成不舒適的感覺，因此在后加入旁通閥的控制器設(shè)計(jì)，將會(huì)避免過(guò)冷的現(xiàn)象發(fā)生。 圖5.1：關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)器入口溫度控制結(jié)果圖5.2：關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)器過(guò)熱度控制結(jié)果 圖5.3：關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)房間溫度控制結(jié)果圖5.4：關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)控制輸入結(jié)果

44、 在VRF多聯(lián)式變頻空調(diào)里旁通閥的設(shè)計(jì)是為了泄載多余的冷媒用的，特別是在上述關(guān)機(jī)的情況下，可將多余的冷媒利用旁通閥直接流至壓縮機(jī)，而不經(jīng)過(guò)室內(nèi)的蒸發(fā)器。如圖1.2的架構(gòu)圖所示，一旦某房間膨脹閥關(guān)閉后，相對(duì)應(yīng)分配器中的旁通開便可以打開好以泄載冷媒用。以下我們對(duì)旁通閥做了個(gè)簡(jiǎn)單的鑒別實(shí)驗(yàn)，由于開啟旁通閥的時(shí)機(jī)都是在某一個(gè)房間處于關(guān)機(jī)的狀態(tài)，因此在一個(gè)分配器里，選擇了旁通閥和沒(méi)關(guān)機(jī)房間的膨脹閥對(duì)沒(méi)關(guān)機(jī)房間的室內(nèi)機(jī)做鑒別。圖5.6為此鑒別實(shí)驗(yàn)的輸入，由于只開一間的室內(nèi)機(jī)，因此壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是處于低轉(zhuǎn)速的速域。壓縮機(jī)設(shè)定在1400rpm，房間C膨脹閥設(shè)定為400pulses，旁通閥100pulses，并分

45、別給予一組方波來(lái)激發(fā)房間C的過(guò)熱度及蒸發(fā)器入口溫度，記錄輸入輸出對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)，其響應(yīng)結(jié)果如圖5.5所示。最后可得到加入旁通閥后的系統(tǒng)模型(如式5.1所示)。 （5.1） 圖5.5：旁通閥系統(tǒng)鑒別輸出圖圖5.6：旁通閥系統(tǒng)鑒別輸入圖圖 5.7：旁通閥控制蒸發(fā)器入口溫度控制結(jié)果圖 5.8：旁通閥控制蒸發(fā)器過(guò)熱度控制結(jié)果圖5.9：旁通閥控制房間溫度控制結(jié)果圖 5.10：旁通閥控制控制輸入結(jié)果由圖 5.6 可看出加入旁通鑒后的鑒別結(jié)果，一般的壓縮機(jī)跟室內(nèi)側(cè)的膨脹閥給予該房間的溫度響應(yīng)是可以預(yù)期的；而旁通閥給予房間溫度的響應(yīng)卻是比前二者還來(lái)的小。因此我們想運(yùn)用旁通閥這種特性來(lái)進(jìn)行關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)中，其他無(wú)關(guān)機(jī)房

46、間溫度響應(yīng)的細(xì)微調(diào)整，以達(dá)到既使關(guān)機(jī)也能保持恒溫的效果。圖 5.7 至圖 5.10 是加入旁通閥的實(shí)驗(yàn)，四個(gè)房間的設(shè)定溫度為 A、C 間 27，B、D 間 26，當(dāng)時(shí)的室外環(huán)境溫度為 35并且各房間加上了 750W 的熱負(fù)載。由圖 5.9 可得知，在 20 分鐘左右各房間皆到達(dá)設(shè)定溫度后，便使 C 房間關(guān)機(jī)?？刂破饔?jì)算室內(nèi)膨脹閥至關(guān)閉，同時(shí)也計(jì)算旁通閥至開啟。在旁通閥開啟的期間，沒(méi)有關(guān)機(jī)的另外三間房間，其室內(nèi)溫度皆保持與設(shè)定溫度在0.2左右，并沒(méi)有像上述關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)中，因某一間室內(nèi)膨脹閥的關(guān)閉，而使多余無(wú)處泄載的冷媒流至其他間造成室內(nèi)溫度過(guò)冷的現(xiàn)象。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，說(shuō)明目前廣泛采用的 VRF 系統(tǒng)啟?？刂品绞较?，系統(tǒng)能耗較高，且運(yùn)行工況具有隨機(jī)性特點(diǎn)，尤其在部分負(fù)荷工況下，該隨機(jī)性特點(diǎn)更為突出。很難有效的進(jìn)一步節(jié)能，因此需尋求更為有效的室內(nèi)機(jī)控制方法。研究結(jié)果表明：1) 采用室內(nèi)機(jī)通斷控制方法，室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，舒適性程度有待提高；2) 室外機(jī)運(yùn)行工況受室內(nèi)機(jī)影響較大，在一定程度上具有不確定性，當(dāng)室內(nèi)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)較少，負(fù)荷率較低時(shí)，室外機(jī)控制器失調(diào)，很難維持恒定的制冷循環(huán)控制目標(biāo)