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

1、    VRV 空調(diào)系統(tǒng)特性與控制策略研究（一）電子膨脹閥蒸發(fā)器聯(lián)合調(diào)節(jié)特性與控(1)    通過(guò)對(duì)影響蒸發(fā)器換熱量的講因素膨脹閥開度、空氣溫度、風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、和冷凝溫度等參數(shù)的分析，得出了不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響和調(diào)節(jié)特性，提出了新的更適合于制冷系統(tǒng)的控制方法風(fēng)量控過(guò)熱度、開度控室內(nèi)溫度的獨(dú)立控制原理和方法，這種控制方法更適合用于制冷空調(diào)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)囂電子膨脹閃工調(diào)節(jié)特性控制方法獨(dú)立控制     符號(hào)CD開度系數(shù)Z軸向長(zhǎng)度，mTe. Tc蒸發(fā)、冷凝溫度，Tin室內(nèi)溫度，

2、T換熱器進(jìn)口風(fēng)溫，F(xiàn)i壓縮機(jī)頻率，HzGr制冷劑流量，kg/sG風(fēng)量，m3/hTsu過(guò)熱度，Tsb過(guò)冷度，Q換熱量，kW介質(zhì)密度，kg/m3P-壓力，Pah介質(zhì)焓，J/kgA管內(nèi)截面積，m2S管內(nèi)截面周長(zhǎng)，mA（z）開度對(duì)應(yīng)的截面積d管徑管內(nèi)表面切應(yīng)力，N/m2q熱流密度，W/m2兩相流空泡系數(shù)g重力加速度，9.8m/s2u流速，m/sOv電子膨脹閥開度下標(biāo)l液相制冷劑v汽相制冷劑a空氣 1.引言隨著制冷空調(diào)技術(shù)的迅速發(fā)展，空調(diào)器正在從傳統(tǒng)的單室內(nèi)機(jī)、單室外機(jī)的結(jié)構(gòu)逐漸向單室外機(jī)多室內(nèi)機(jī)及多室內(nèi)機(jī)和多室外機(jī)系統(tǒng)發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜，具有代表性的變流量制冷系統(tǒng)（Variable Refri

3、gerant Volume Air - conditioning System, 簡(jiǎn)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(duì)于多室內(nèi)機(jī)的熱回收系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，室內(nèi)機(jī)可能同時(shí)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(duì)室內(nèi)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(yīng)新空調(diào)系統(tǒng)的需。由于系統(tǒng)的復(fù)雜程度的增加，傳統(tǒng)的一些基于制冷空調(diào)系統(tǒng)整體的控制算法都由于其兼容性和可擴(kuò)展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)獨(dú)立控制的思想已經(jīng)被引入到制冷空調(diào)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(jīng)元算法和模糊控制算法都已

4、經(jīng)被引用到實(shí)際的制冷空調(diào)系統(tǒng)中4-8。為使制冷空調(diào)系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運(yùn)行，除了在控制技術(shù)上提高之外，更注重研究制冷空調(diào)系統(tǒng)本身的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性。本文在通過(guò)分析系統(tǒng)在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)機(jī)風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度等對(duì)室內(nèi)機(jī)換熱的影響的基礎(chǔ)上，得出了室內(nèi)機(jī)的調(diào)節(jié)特性，找出了對(duì)室內(nèi)機(jī)制冷模式下更合理的控制策略。 2.數(shù)學(xué)模型 2.1 電子膨脹閥電子膨脹閥是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)等手段使閥芯產(chǎn)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(dòng)量方程：2.2 蒸發(fā)管路及蒸發(fā)器模型2.2

5、.1管內(nèi)制冷劑側(cè)穩(wěn)態(tài)模型在VRV空調(diào)系統(tǒng)中，由于膨脹閥可能設(shè)置在離蒸發(fā)器較遠(yuǎn)的位置，節(jié)流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進(jìn)入蒸發(fā)器，所以在該段管路及蒸發(fā)器內(nèi)部的大部分區(qū)域制劑處于兩相流動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)液體過(guò)冷度較小時(shí)，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(huì)出現(xiàn)閃蒸，閃蒸之后管路內(nèi)的流動(dòng)也為氣、液兩相流動(dòng)；當(dāng)室內(nèi)換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過(guò)冷度時(shí)，膨脹閥之后的高壓液體管內(nèi)仍然可能呈氣、液兩相狀態(tài)。在制冷空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)，蒸發(fā)管路內(nèi)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(xiàn)象可能發(fā)生上述管段的任何位置，建模時(shí)必須在動(dòng)量議程中考慮重力項(xiàng)。能量守恒議程： 整理上述議

6、程，分別得到氣、液兩相流的質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程。質(zhì)量守恒方程： 動(dòng)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(zhì)量，稱為兩相流體的密度。在式（3）（5）中存在P、uv和u1四個(gè)未知數(shù)，方程無(wú)法封閉求解。傳統(tǒng)的方法采用空隙率經(jīng)驗(yàn)公式作為補(bǔ)充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認(rèn)準(zhǔn)確的空隙率模型計(jì)算公式；本文采用文獻(xiàn)4所提出的兩相界面關(guān)系方程使方程封閉。氣、液兩相界面關(guān)系方程： 在式（3）（6）四個(gè)方程中，共有P、uv和u1四個(gè)未知數(shù)，方程組封閉可解。2.2.2 空氣側(cè)換熱模型因橫流蒸發(fā)器外側(cè)的空氣流速較低，一般Re2000，且蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數(shù)較少，故忽略空氣

7、側(cè)壓降，只考慮質(zhì)量守恒和能量守恒方程。質(zhì)量守恒方程： 能量守恒方程： 3.調(diào)節(jié)特性數(shù)值求解蒸發(fā)管路和電子膨脹閥的數(shù)學(xué)模型，可以得出系統(tǒng)的仿真特性。對(duì)于選定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，換熱器的幾何參數(shù)為定值，是一個(gè)不可調(diào)的參數(shù)。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(fēng)量、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度、換熱器幾何參數(shù)。3.1 膨脹閥開度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響如圖1所示，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量為600m3/h其他參數(shù)不變時(shí)，蒸發(fā)器換熱量隨膨脹閥相對(duì)開度的變化曲線。 圖1換熱量隨膨脹閥相對(duì)開度變化曲線當(dāng)電子膨脹閥開度很小時(shí)，通過(guò)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(nèi)變成熱氣體，在蒸發(fā)器出

8、口處有一定的過(guò)熱度，蒸發(fā)器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因?yàn)橹评鋭┝髁侩S電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(guò)熱時(shí)，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(dāng)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(jīng)不能使制冷劑出口有過(guò)熱度，出口已經(jīng)處于兩相區(qū)，管外空氣側(cè)的流量和換熱系數(shù)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(nèi)制冷劑的換熱系數(shù)會(huì)有所上升，因此，蒸發(fā)器換熱量只隨電子膨脹閥相對(duì)開度的增加略有上升。這說(shuō)明，在蒸發(fā)器出口有過(guò)熱度的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來(lái)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量的效果是很明顯的，而當(dāng)蒸發(fā)器出口已出現(xiàn)回液的

9、情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來(lái)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量收效甚微。3.2 室內(nèi)機(jī)風(fēng)量對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響換熱量隨室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的變化曲線如圖2所示，當(dāng)風(fēng)量很小時(shí)，不能使管內(nèi)的制冷劑完全蒸發(fā)，蒸發(fā)器出口有一定的回液，隨著風(fēng)量的增加，管外的換熱系數(shù)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(jìn)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(dāng)風(fēng)量增大到一定程度以后，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑能夠完全蒸發(fā)，風(fēng)量增加使制冷劑只能進(jìn)行顯熱交換，出口焓值變化已經(jīng)不大，所以換熱量隨風(fēng)量增大而略有增加。圖2換熱量隨風(fēng)量變化曲線3.3 冷凝溫度對(duì)蒸發(fā)器換熱量的影響在其他因素

10、不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主通過(guò)影響制冷劑流量來(lái)影響蒸發(fā)器的換熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進(jìn)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(duì)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(gè)方面來(lái)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(jìn)出口壓差減小，使得通過(guò)電子膨脹閥的制冷劑流量減小；另一方面，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(gè)方面的因素共同使蒸發(fā)器的換熱量隨著蒸發(fā)溫度

11、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            摘通過(guò)對(duì)影響蒸發(fā)器換熱量的講因素膨脹閥開度、空氣溫度、風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、和冷凝溫度等參數(shù)的分析，得出         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。 

12、0;  摘 針對(duì)天津市一實(shí)際地下耦合地源熱泵示范工程，在對(duì)所采用的地源熱泵機(jī)組中的單螺桿式壓縮機(jī)產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，具體擬合出了單螺桿式壓縮機(jī)運(yùn)行的輸氣系數(shù)和絕熱效率與壓縮比之間的關(guān)系式，并與往復(fù)活塞式壓縮機(jī)相比較，結(jié)果表明單螺桿式壓縮機(jī)可獲得較高的輸氣系數(shù)。同時(shí)分析了不同工作溫度對(duì)單螺桿式壓縮機(jī)循環(huán)性能的影響，所得結(jié)論為單螺桿式熱泵系統(tǒng)數(shù)值模擬和運(yùn)行特性分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞： 單螺桿壓縮機(jī) 地源熱泵 循環(huán)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. 前言單螺桿壓縮機(jī)是近十幾年發(fā)展起來(lái)的新型容積式壓縮機(jī)。它具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)可*、振動(dòng)噪聲小、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在日本被譽(yù)為新時(shí)代的壓縮機(jī)。單螺桿壓縮機(jī)主用于冷凍機(jī)組、空調(diào)機(jī)和熱泵1。以往地源熱泵機(jī)組大都采用往復(fù)壓縮式，隨著壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近幾年來(lái)，單螺桿式壓縮機(jī)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(yīng)用。與往復(fù)活塞式壓縮機(jī)相比，在同樣的工況條件下，它可獲得較高的輸氣系數(shù)。壓縮機(jī)性能，尤其是輸氣系數(shù)和總效率是熱泵和空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)分析和運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鑒于單螺桿式壓縮機(jī)性能的定量分析和研究少有文獻(xiàn)報(bào)道，本文結(jié)合天津市一地下

16、耦合地源熱泵實(shí)際示范工程，對(duì)所采用地源熱泵機(jī)組中的單螺桿式壓縮機(jī)產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，具體擬合出了單螺桿式壓縮機(jī)運(yùn)行的輸氣系數(shù)和絕熱效率與壓縮比之間的關(guān)系式，并分析了工作溫度的變化對(duì)壓縮機(jī)循環(huán)性能的影響。 1. 輸氣系數(shù)和總效率所研究的熱泵機(jī)組采用的是MS-14M半封閉單螺桿式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的理論排量為158.24m3/h, ARI額定工況下的制冷量為159.3KW，制冷劑為R22，壓縮機(jī)電機(jī)輸入功率為35.84KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2880rpm。 1.1 輸氣系數(shù)壓縮機(jī)輸氣系數(shù)（亦稱容積效率）是指制冷壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量與理論輸氣量之比2，即。根據(jù)產(chǎn)品樣本提供的冷凝溫度分別為35、40、45、

17、50、55，蒸發(fā)溫度在-1510范圍內(nèi)的制冷量，利用作者自己編制的制冷劑物性參數(shù)計(jì)算程序和公式(1)分別計(jì)算出相應(yīng)的輸氣系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見圖1。（Qes）/(Vn/3600)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(guān)聯(lián)Pc/Pe的輸氣系數(shù)表達(dá)式（2）,關(guān)聯(lián)式的線性相關(guān)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(jī)工作時(shí)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(shù)就會(huì)降低。對(duì)于單螺桿式壓縮機(jī)輸氣系數(shù)在壓縮比為3時(shí)可達(dá)0.95。圖2給出了單螺桿式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)的對(duì)比曲線，其中活塞式壓縮機(jī)輸氣系數(shù)按(3)式計(jì)算2。可以看出，在常用的熱泵運(yùn)行工況范