VRV 空調系統(tǒng)特性與控制策略研究（一）――――電子膨脹閥――蒸發(fā)器聯合調節(jié)特性與控(1)

1、    VRV 空調系統(tǒng)特性與控制策略研究（一）電子膨脹閥蒸發(fā)器聯合調節(jié)特性與控(1)    通過對影響蒸發(fā)器換熱量的講因素膨脹閥開度、空氣溫度、風量、蒸發(fā)溫度、和冷凝溫度等參數的分析，得出了不同參數對系統(tǒng)的影響和調節(jié)特性，提出了新的更適合于制冷系統(tǒng)的控制方法風量控過熱度、開度控室內溫度的獨立控制原理和方法，這種控制方法更適合用于制冷空調系統(tǒng)。關鍵詞：蒸發(fā)囂電子膨脹閃工調節(jié)特性控制方法獨立控制     符號CD開度系數Z軸向長度，mTe. Tc蒸發(fā)、冷凝溫度，Tin室內溫度，

2、T換熱器進口風溫，Fi壓縮機頻率，HzGr制冷劑流量，kg/sG風量，m3/hTsu過熱度，Tsb過冷度，Q換熱量，kW介質密度，kg/m3P-壓力，Pah介質焓，J/kgA管內截面積，m2S管內截面周長，mA（z）開度對應的截面積d管徑管內表面切應力，N/m2q熱流密度，W/m22u流速，m/sOv電子膨脹閥開度下標l液相制冷劑v汽相制冷劑a空氣 隨著制冷空調技術的迅速發(fā)展，空調器正在從傳統(tǒng)的單室內機、單室外機的結構逐漸向單室外機多室內機及多室內機和多室外機系統(tǒng)發(fā)展，系統(tǒng)結構逐漸趨于復雜，具有代表性的變流量制冷系統(tǒng)（Variable Refrigerant Volume Air - cond

3、itioning System, 簡稱VRV）也從單元變流量制冷系統(tǒng)（SVRV）向多元變流量制冷系統(tǒng)發(fā)展（MVRV）1-3。對于多室內機的熱回收系統(tǒng)來說，室內機可能同時做冷凝器或蒸發(fā)器使用，而且隨著人民生活水平的提高，對室內熱舒適性也提出了更高的求，傳統(tǒng)的一些控制方法已不能再適應新空調系統(tǒng)的需。由于系統(tǒng)的復雜程度的增加，傳統(tǒng)的一些基于制冷空調系統(tǒng)整體的控制算法都由于其兼容性和可擴展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內機和室外機獨立控制的思想已經被引入到制冷空調系統(tǒng)的控制之中，一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經元算法和模糊控制算法都已經被引用到實際的制冷空調系統(tǒng)中4-8。為使制冷空

4、調系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行，除了在控制技術上提高之外，更注重研究制冷空調系統(tǒng)本身的運行調節(jié)特性。本文在通過分析系統(tǒng)在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內溫度、室內機風量、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度等對室內機換熱的影響的基礎上，得出了室內機的調節(jié)特性，找出了對室內機制冷模式下更合理的控制策略。 2.1 電子膨脹閥電子膨脹閥是通過步進電機等手段使閥芯產生連續(xù)位移，從而改變制冷劑流通面積的節(jié)流裝置。研究表明，電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果9-12，其模型描述為：能量方程： hin=hout (1)動量方程：2.2 蒸發(fā)管路及蒸發(fā)器模型2.2.1管內制冷劑側穩(wěn)態(tài)模型在VRV空調系統(tǒng)中，由于膨脹閥可能設置

5、在離蒸發(fā)器較遠的位置，節(jié)流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進入蒸發(fā)器，所以在該段管路及蒸發(fā)器內部的大部分區(qū)域制劑處于兩相流動狀態(tài)；當液體過冷度較小時，由于管道阻力及上升立管中重力的影響，液態(tài)制冷劑將會出現閃蒸，閃蒸之后管路內的流動也為氣、液兩相流動；當室內換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時，膨脹閥之后的高壓液體管內仍然可能呈氣、液兩相狀態(tài)。在制冷空調領域內，蒸發(fā)管路內制冷劑兩相流呈環(huán)狀流13,14，故本文以環(huán)狀流建模。因制冷劑蒸發(fā)現象可能發(fā)生上述管段的任何位置，建模時必須在動量議程中考慮重力項。能量守恒議程： 整理上述議程，分別得到氣、液兩相流的質量守恒方程和動量守恒方程。質量守恒

6、方程： 動量守恒方程： 式中tp=v (1-) l是微元管段中兩相流體單位容積的質量，稱為兩相流體的密度。在式（3）（5）中存在P、uv和u1四個未知數，方程無法封閉求解。傳統(tǒng)的方法采用空隙率經驗公式作為補充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認準確的空隙率模型計算公式；本文采用文獻4所提出的兩相界面關系方程使方程封閉。氣、液兩相界面關系方程： 在式（3）（6）四個方程中，共有P、uv和u1四個未知數，方程組封閉可解。2.2.2 空氣側換熱模型因橫流蒸發(fā)器外側的空氣流速較低，一般Re2000，且蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數較少，故忽略空氣側壓降，只考慮質量守恒和能量守恒方程。質量守恒方程： 能量守恒

7、方程： 數值求解蒸發(fā)管路和電子膨脹閥的數學模型，可以得出系統(tǒng)的仿真特性。對于選定的系統(tǒng)來說，換熱器的幾何參數為定值，是一個不可調的參數。因此，影響電子膨脹閥蒸發(fā)器部分換熱效果的因素主有電子膨脹閥開度、換熱風量、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、室內環(huán)境溫度、換熱器幾何參數。3.1 膨脹閥開度對蒸發(fā)器換熱量的影響如圖1所示，當系統(tǒng)風量為600m3/h其他參數不變時，蒸發(fā)器換熱量隨膨脹閥相對開度的變化曲線。 圖1換熱量隨膨脹閥相對開度變化曲線當電子膨脹閥開度很小時，通過蒸發(fā)器的制冷劑流量也很小，制冷劑很容易在蒸發(fā)器內變成熱氣體，在蒸發(fā)器出口處有一定的過熱度，蒸發(fā)器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因為制冷劑流量隨電

8、子膨脹閥開大而增加，在換熱條件仍能保證蒸發(fā)器出口制冷劑過熱時，出口制冷劑焓值變化不大，所以蒸發(fā)器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當膨脹閥繼續(xù)開大，制冷劑流量增大到一定程度以后，換熱條件已經不能使制冷劑出口有過熱度，出口已經處于兩相區(qū)，管外空氣側的流量和換熱系數基本為定值，制冷劑流量的增大造成出口干度的降低，但管內制冷劑的換熱系數會有所上升，因此，蒸發(fā)器換熱量只隨電子膨脹閥相對開度的增加略有上升。這說明，在蒸發(fā)器出口有過熱度的情況下，通過調節(jié)電子膨脹閥的開度來調節(jié)蒸發(fā)器的換熱量的效果是很明顯的，而當蒸發(fā)器出口已出現回液的情況下，通過調節(jié)電子膨脹閥的開度來調節(jié)蒸發(fā)器的換熱量收效甚微。3.2 室內

9、機風量對蒸發(fā)器換熱量的影響換熱量隨室內機風量的變化曲線如圖2所示，當風量很小時，不能使管內的制冷劑完全蒸發(fā)，蒸發(fā)器出口有一定的回液，隨著風量的增加，管外的換熱系數也逐漸增加，空氣帶走的熱量增多，因此蒸發(fā)器出口處的制冷劑干度也逐漸增加，制冷劑在蒸發(fā)器進出口的焓差逐漸增大，在制冷劑流量不變的情況下，換熱量逐漸增大，當風量增大到一定程度以后，蒸發(fā)器內的制冷劑能夠完全蒸發(fā)，風量增加使制冷劑只能進行顯熱交換，出口焓值變化已經不大，所以換熱量隨風量增大而略有增加。圖2換熱量隨風量變化曲線3.3 冷凝溫度對蒸發(fā)器換熱量的影響在其他因素不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主通過影響制冷劑流量來影響蒸發(fā)器的換

10、熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進出口壓差也隨著增大，在蒸發(fā)器能夠保證制冷劑完全蒸發(fā)的情況下，制冷劑流量的增加也就意味著蒸發(fā)器換熱量的增加。圖3換熱量隨冷凝溫度變化曲線3.4 蒸發(fā)溫度對蒸發(fā)器換熱量的影響在其他因素不變的情況下，蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力的變化從兩個方面來影響蒸發(fā)器的換熱量，一方面隨著蒸發(fā)溫度（蒸發(fā)壓力）的升高，電子膨脹閥的進出口壓差減小，使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減?。涣硪环矫?，蒸發(fā)溫度的升高，使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小，也使換熱效果降低。兩個方面的因素共同使蒸發(fā)器的換熱量隨著蒸發(fā)溫度的升高而降低。如圖4所示。圖4換熱量隨蒸發(fā)溫度變化曲線 

11、0;          摘通過對影響蒸發(fā)器換熱量的講因素膨脹閥開度、空氣溫度、風量、蒸發(fā)溫度、和冷凝溫度等參數的分析，得出         本篇論文是由3COME文檔頻道的網友為您在網絡上收集整理餅投稿至本站的，論文版權屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，否者后果自負，如果此文侵犯您的合法權益，請聯系我們。    摘 針對天津市一實際地下耦合地源熱泵示范工程，

12、在對所采用的地源熱泵機組中的單螺桿式壓縮機產品樣本數據分析的基礎上，具體擬合出了單螺桿式壓縮機運行的輸氣系數和絕熱效率與壓縮比之間的關系式，并與往復活塞式壓縮機相比較，結果表明單螺桿式壓縮機可獲得較高的輸氣系數。同時分析了不同工作溫度對單螺桿式壓縮機循環(huán)性能的影響，所得結論為單螺桿式熱泵系統(tǒng)數值模擬和運行特性分析提供了基礎數據。 關鍵詞： 單螺桿壓縮機 地源熱泵 循環(huán)性能Study on Performance of Single Screw Compressor in a Closed-circuit Ground Coupled Heat Pump with R22Abstract: Th

13、e 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. The paPer also studies the cycle Pe

14、rformance 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; Cycle performance 0. 前言單螺桿壓縮機是近十幾年發(fā)展起

15、來的新型容積式壓縮機。它具有重量輕、體積小、結構簡單、運轉可*、振動噪聲小、維護簡便等優(yōu)點，在日本被譽為新時代的壓縮機。單螺桿壓縮機主用于冷凍機組、空調機和熱泵1。以往地源熱泵機組大都采用往復壓縮式，隨著壓縮機技術的發(fā)展，近幾年來，單螺桿式壓縮機在熱泵系統(tǒng)中尤其在大型系統(tǒng)中得到了較多的推廣和應用。與往復活塞式壓縮機相比，在同樣的工況條件下，它可獲得較高的輸氣系數。壓縮機性能，尤其是輸氣系數和總效率是熱泵和空調系統(tǒng)循環(huán)分析和運行動態(tài)特性分析的基礎數據。鑒于單螺桿式壓縮機性能的定量分析和研究少有文獻報道，本文結合天津市一地下耦合地源熱泵實際示范工程，對所采用地源熱泵機組中的單螺桿式壓縮機產品樣本數

16、據分析的基礎上，具體擬合出了單螺桿式壓縮機運行的輸氣系數和絕熱效率與壓縮比之間的關系式，并分析了工作溫度的變化對壓縮機循環(huán)性能的影響。 1. 輸氣系數和總效率3/h, ARI額定工況下的制冷量為159.3KW，制冷劑為R22，壓縮機電機輸入功率為35.84KW，電機轉速為2880rpm。 1.1 輸氣系數壓縮機輸氣系數（亦稱容積效率）是指制冷壓縮機的實際輸氣量與理論輸氣量之比2，即。根據產品樣本提供的冷凝溫度分別為35、40、45、50、55，蒸發(fā)溫度在-1510范圍內的制冷量，利用作者自己編制的制冷劑物性參數計算程序和公式(1)分別計算出相應的輸氣系數，計算結果見圖1。（Qes）/(Vn/3

17、600)qe)(1)式中Qe蒸發(fā)器吸熱量，kWVn理論排量，m3/hs吸氣狀態(tài)的比容，m3/kg擬合出關聯Pc/Pe的輸氣系數表達式（2）,關聯式的線性相關度為93.6，均方差為2.1×10-2。    1.06165-0.02411（Pc/Pe）-0.00383（Pc/Pe）2（2）由圖1可見，壓縮機工作時其壓力比Pc/Pe不能太高，即冷凝壓力Pc（也就是冷凝溫度tc）不宜太高，蒸發(fā)壓力Pe（也就是蒸發(fā)溫度te）不宜太低，否則，輸氣系數就會降低。對于單螺桿式壓縮機輸氣系數在壓縮比為3時可達0.95。圖2給出了單螺桿式壓縮機與活塞式壓縮機的對比曲線，其中活塞式壓縮機輸氣系數按(3)式計算2?？梢钥闯觯诔Ｓ玫臒岜眠\行工況范圍內，單