vrv空调系统特性与控制策略研究（二）(1)

VRVVRV 空调系统特性与控制策略研究（二）空调系统特性与控制策略研究（二） (1)(1) 摘要：通过对影响 VRV 空调系统压缩机-冷凝器模块流 量和换热量的压缩机频率、室外空气温度、冷凝温度、冷 凝器风量、压缩机吸气压力与吸气过热度的模拟分析，得 出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了压缩机频 率控制冷剂流量，室外机风量控过冷度的新的控制原理和 方法，这种方法更适合于 VRV 空调系统。 关键词：VRF 空调系统压缩机冷凝器调节特性控制策略 独立控制 压缩机-冷凝器联合调节特性与控制策略符号 f*-压 缩机的零频率，因压缩机而异 、-常数，且 1，1 、0-在特定的吸气温度、实际吸气温度下的比 容 F-容积效率修正系数 h0、h-在特定、实际吸气温度下等熵压缩至排气 压力时的焓增 H-断面上制冷剂的均相平均密度 hH-断面上制冷剂的均相平均焓 ai、bi、ci、ci-常数 -液面与管道轴心之间所形成的夹角 其它符号同本文（一） 1.引言 在本文（一）的基础上，通过分析 VRV 空调系 统在制冷模式下压缩机频率、室外温度、室外机风量、蒸 发温度、冷凝温度等对室外冷凝器换热的影响，得出了室 外机的调节特性，从而归纳出了制冷模式下对室外机机更 合理的控制策略压缩机频率控制制冷剂流量，室外机 风量控制过冷度。 2.仿真模型 变频压缩机 定速压缩机的建模至今已研究得较为充分，现在普遍 采用图形法和效率法。本文针对 VRV 系统中使用最为广泛 的旋转活塞式变频压缩机建立了图形法仿真模型1。 制冷剂流量： 输入功率： 出口温度： 冷凝管路和冷凝器 管内两相制冷剂稳态模型 制冷剂凝结换热主要在冷凝器内进行，但小负荷制热 运行时，由于压缩机排气温度较低及管路的绝热效果不理 想，制冷剂蒸汽在压缩机至室内冷凝器之间的高压气体管 中也可能出现凝结现象。根据管内流速不同，制冷剂在管 内两相区的流动可能存在三种流型，即雾状流、环状流和 波状流。其流型的划分可根据韦伯数 We 和傅鲁德数 Fr 来 判定2 。 雾状流：We40 及 Fr7 环状流：We40 及 Fr7 波状流：Fr7 对于压缩机至室内冷凝器之间的竖直管段，不存在波 状流流型，波状流将存在于雾状流之后，环状流将靠近冷 凝管的末端。根据以上准则，对可能出现的三种流型分别 给予建模。 环状流 能量守恒方程： 质量守恒方程： 动量守恒方程： 式中 tp=vl，为两相流体的密度。界面 关系方程： 雾状流 假定在雾状流中气、液两相流速相等，即 uv=u1=u,文 献2指出对于雾状流可用均相模型来建模。 质量守恒方程： 动量守恒方程： 能量守恒方程： 波状流 由于策略的影响，气体和液体出现分层，分别在水平 管咱的顶部和底部流动。因气体剪切力的影响，与气相接 触的液 体表面呈波状流动。波状流的质量与能量守恒方程与 环状流相同。 动量守恒方程： 式中 -空隙率， 界面关系方程： 以上是冷凝管路三种流型的封闭方程，用流型判断准 则确定管内流型后，选取相应的方程组进行模拟求解。 管内单相制冷剂稳态模型 对管内过热气体和过冷液体单相流动建模之前作如下 的假设： 制冷剂流动为一维流动； 在管路流动断面上是物性均一的介质； 物性仅在流动方向上发生变化。 质量守恒方程： 动量守恒方程： 能量守恒方程： 空气侧换热模型 由于冷凝管、高压液体管及保温管外侧不存在湿交换， 故只列出能量守恒即可。 能量守恒方程： 3.调节特性 压缩机频率-流量特性 图 1Gr-Fz-Te 关系曲线 当空调系统制冷剂过热度 Tsu5，冷凝温度 Tc50时，制冷剂流量 Gr 与压缩机频率 Fr、蒸发温度 Tc 的关系曲线如图 1 所示。在相同入口状态下，制冷剂质 量流量随压缩机频率的上升而增加；随着蒸发温度的升高， 压缩机的压缩比逐渐变小，压缩机入口制冷剂比容减小， 其流量特性曲线的斜率逐渐增加。 冷凝温度-压缩机频率联合调节特性 在风温 T35，Te7，Tsu5时，冷凝器换 热量 Q 与压缩机频率 Fl、冷凝温度 Tc 的关系曲线如图 2 所 示。 图 2 Q-Fz-Tc 关系曲线 当冷凝压力不变时，在频率很小的情况下，制冷剂流 量也很小，冷凝器出口有很大的过冷度；随着压缩机频率 的上升，制冷剂流量增大，两相区长度相对增加，在仍保 证冷凝器出口制冷剂过冷的情况下，冷凝器的换热量随着 流量的增加而逐渐增大；当流量增大到冷凝器出口制冷剂 为两相状态时，空气侧的换热已达到极限，所以换热量基 本保持不变。当冷凝温度（冷凝压力）上升时，压缩机进 出口压缩比增大，制冷剂质量流量变小；但冷凝温度的升 高，压缩机出口的制冷剂焓值和温度都增大，与外界空气 的换热温差就越大，增大了空气侧的换热极限，所以在冷 凝器出口为过冷时，换热量只有少量增加，而冷凝温度增 加后，增大了过冷段的长度，同时也使最大换热量有了很 大的提高。 冷凝器风量-风温联合调节特性 在 Tc=50,Te=7,Tsu=5,Fz=80Hz 情况下，冷凝器 换热量 Q 与风量 G、风温 T 的关系曲线如图 3 所示。 图 3 Q-Gn-T 关系曲线 当风温不变时，在风量很小的情况下，冷凝器出口制 冷剂为两相状态；随着风量的增加，换热量逐渐增大，冷 凝器出口制冷剂干度和焓值都逐渐减小；当风量增加到冷 凝器出口制冷剂已经过冷后，尽管风量的增加会进一步加 大冷凝器出口制冷剂的过冷度，从而增加换热量，但由于 过冷制冷剂与空气只进行显热交换，换热量增加的速度明 显减小。当风量不变、降低风温时，制冷剂与空气的换热 温差增大，换热量也随之增大；尤其是当增大冷