（土木工程专业论文）数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究.pdf

摘要 摘要 本文建立了数码涡旋多联式空调系统夏季运行状况和能耗特性的实验测试 和数据采集系统。通过实验研究和理论分析，得出了数码涡旋多联式空调系统在 夏季运行时室内机制冷量、系统制冷量以及压缩机输入功率的变化特点和规律。 针对系统的夏季运行状况，本文提出了小时能效比h e e r 的概念并将其作为系统 能耗特性的评价参数。文中分析了小时能效比h e e r 的变化规律并给出了其实测 数据。本文通过d e s t 计算软件对空调建筑的夏季动态负荷以及系统的夏季总制 冷量进行了计算，并在此基础上结合实测h e e r 值计算得到了数码涡旋多联式空 调系统的夏季季节能效比s e e r 。本文按照多联式空调( 热泵) 机组国家标准 ( g b t 1 8 8 3 7 2 0 0 2 ) 中提供的试验和计算方法，对数码涡旋多联式空调系统的综 合性能系数i p l v 进行了计算。本文将数码涡旋多联式空调系统与变频多联式空 调系统在能耗特性方面进行了比较以论证其节能特性。 关键词：数码涡旋压缩机数码涡旋多联式空调系统小时能效比季节能效比 综合性能系数变频多联式空调系统 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ee x p e r i m e n t a la n dd a t ac o l l e c t i o ns y s t e mf o rt h er e s e a r c ho nt h ew o r k i n g p r i n c i p l ea n de n e r g yc o s tc h a r a c t e r i s t i c o f t h e d v m ( dj i g i t a l v a r i a b l e m u l t i ) s y s t e m i n s u m m e ri se s t a b l i s h e d b yt h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h e o p e r a t i o n a lr u l eo ft h ec o o l i n gc a p a c i t yo ft h ei n d o o ra n do u t d o o ru n i ta n dt h ei n p u t p o w e ro ft h ec o m p r e s s o ri ns u m m e ri ss t u d i e d a c c o r d i n gt ot h ew o r k i n gp n 。n c i p a lo f t h es y s t e mi ns u m m e r ，t h e h e e r i si n t r o d u c e dt oj u d g et h ee n e r g yc o s t p e r f o r m a n c eo ft h ed v ms y s t e m t h ed y n a m i cl o a da n dt h et o t a lc o o l i n gv o l u m eo f t h es y s t e mi ns u m m e ra r ec a l c u l a t e db yt h ed e s ts o f t w a r e w i t ht h ee x p e r i m e n t a l d a t ao ft h eh e e r ，t h es e e ro ft h ed v m s y s t e mi ns u m m e ri sa l s og o t a c c o r d i n gt o t h es t a t ep r i n c i p a lo ft h em u l t ic o n n e c t e da i r - c o n d i t i o n ( h e a tp u m p ) u n i t ( g b t 1 8 8 3 7 - - 2 0 0 2 ) ，t h ei p l vo ft h ed v ms y s t e mi sc a l c u l a t e d w i t ht h ec o m p a r i s o no ft h ed v m s y s t e ma n dt h ef r e q u e n c yc o n v e r s i o n m u l t ic o n n e c t e ds y s t e mo ne n e r g yc o s t c h a r a c t e r i s t i c ，t h ee n e r g ys a v i n ge f f e c to ft h ed v ms y s t e mi sa p p r o v e d k e yw o r d s ：d i g i t a ls c r o l lc o m p r e s s o rd v m ( d i g i t a lv a r i a b l em u l t i ) s y s t e m h e e rs e e r i p i f r e q u e n c yc o n v e r s i o nm u l t ic o n n e c t e ds y s t e m 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：橱崩 砌6 年s 月劫日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：袖j 硎 础蟛年0 月0 2 0 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 我国空调器产业的发展 改革开放以来，随着我国综合国力的不断提升，人民生活水平的不断提高。 我国空调器产业得到了长足的发展，特别是进入上世纪9 0 年代以来，我国空调 器的年产量呈现出了倍数级的上升趋势。一般认为，我国的空调器产业于 1 9 9 1 1 9 9 3 年进入了起步阶段；于1 9 9 4 - - 1 9 9 6 年步a 3 n 速发展期；1 9 9 7 年后则 进入了高速发展阶段，生产量平均每年递增2 4 ，到2 0 0 4 年我国仅家用空调器 的产量就已经达到了7 0 4 6 万台。图卜1 反映的是我国近十几年来空调器的年产 量及其发展趋势。 圈卜1 我国空调器的年产量 与我国空调器产量相适应的是，空调器的销量和城镇居民的捌有量也呈现 出不断上升的趋势。我国目前正处于城市化水平不断提高的阶段，城市建设、城 市人口的增加，对于住房和公共建筑的需求都在迅速上升；此外，第三产业的迅 速发展，带动了城市化建设的进程，促进了房地产和建筑业的发展；这些都为空 调器，特别是房间空调器的普及提供了巨大的发展空间。 表卜1 我国家用空调器的销量和全国城镇居民平均每百户拥有量 年度 2 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 项目、 房间空调器销量万台2 2 6 73 1 0 1 4 7 6 85 7 5 0 全国城镇居民平均每百户拥有量台3 5 ，7 5 1 16 1 87 2 1 第一章绪论 第一章绪论 i 1 课题背景 1 1 i 我国空调器产业的发展 改革开放以来，随着我国综合国力的不断提升，人民生活水平的不断提高。 我固空调器产业得到了长足的发展，特别是进入上世纪9 0 年代以来，我国空调 器的年产量呈现出了倍数级的上升趋势。一般认为，我国的空调器产业于 1 9 9 1 1 9 9 3 年进入了起步阶段；于1 9 9 4 - - 1 9 9 6 年步入加速发展期；1 9 9 7 年后则 进入了高速发展阶段，生产量平均每年递增2 4 ，到2 0 0 4 年我国仅家用空调器 的产量就已经达到了7 0 4 6 万台。图i - i 反映的是我国近十几年来空词器的年产 量及其发展趋势。 图i - i 我国空调器的年产赶 与我国空调器产量相适应的是，空调器的销量和城镇居民的拥有量也呈现 山不断上升的趋势。我国目前正处于城市化水平不断提高的阶段，城市建设、城 r h 人口的增加，对于住房和公共建筑的需求都在迅速上升；此外，第三产业的迅 速发展，带动了城市化建设的进程，促迸了房地产和建筑业的发展j 这些都为空 调器，特别是房间空调器的普及提供了巨大的发展空间。 调器，特别是房间空调器的普及提供了巨大的发展空间。 表卜i 我国家用空调器的销量和全国城镇居民平均每百户拥有量 纛弋 2 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 房间空调器销量万台 2 2 6 73 i 0 14 7 6 85 7 5 0 全国城镇居民平均每百户拥有量台 3 67 5 】1 6 1 8 7 2 】 第一章绪论 表卜1 反映的是2 0 0 卜2 0 0 4 年我国家用空调器的销量和全国城镇居民平均每 百户拥有量。 1 1 2 我国的能源形势及空调业的发展对其造成的影响 ( 1 ) 能源资源的储量有限 据有关统计，世界能源的消耗从1 9 7 0 ：年的8 3 亿吨标准煤到1 9 9 5 年的1 4 0 亿吨 标准煤2 5 年间消耗增长t 6 8 7 ，以这样的增长速度走下去，n 2 0 2 0 ：年将达到 1 9 5 亿吨标准煤，5 0 年间增长了1 3 5 倍“1 。地球上能源资源的储量是有限的、不 可再生的，而能源的消耗与闷俱增，最终必然导致枯竭。 ( 2 ) 我国能源利用率低下 以煤为例，我国每吨标准煤的产出率仅为闩本的1 0 3 、欧盟的1 6 8 、 美国的2 8 6 。我国每一美元g d p 的能耗量是世界平均水平的3 倍，是发展中国 家平均水平的2 倍。可见，我国的能源利用率较为低下。 ( 3 ) 能源资源分布不均 我国能源资源的地域分布大体上是8 0 左右分布在当前经济发展落后的 北部和西部地区，如西北、东北地区；而能源消耗6 0 以上是在经济发达的南部 和东部地区“1 ，于是就出现了北电南输、西电东输、北煤南运、西煤东运的能源 资源大搬家现象，加大了能源建设的投入。 ( 4 ) 能源结构不合理 我国长期以来能源消费都是以煤为主，煤在能源消费中一直占7 0 以上。 而世界许多国家都已完成了由煤到石油、天然气的能源结构调整，这就要求我们 应该时刻关注以煤为主的一次能源消费所带来的对环保的压力和影响。 ( 5 ) 空调产业的发展导致我国能源需求迅速增长 如1 1 1 节所述，人民生活水平的提高带来建筑业的发展，与之配套的空 调设备制造业也以同样的速度发展。建筑空调已经是全国电力高峰负荷的主要影 响原因之一。 表1 - 2 2 0 0 1 年一- 2 0 0 3 年我国发电装机的容量以及当年售出空调器总容量在其中所占的比重 芝度 2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 项目 发电装机容量g w 3 3 8 4 23 5 0 0 73 8 0 0 7 当年售出空调器总容量占发电装机容量比重 5 07 19 9 第一章绪论 表卜2 反映的是2 0 0 1 年2 0 0 3 年我国发电装机的容量以及当年售出空调器 总容量在其中所占的比重。从表中看，无论比重还是绝对数值都是在逐年上升的。 2 0 0 3 年我国城市住宅房间空调器拥有量就已经达到了7 4 0 0 万台，空调电力 负荷约为7 5 g w ，2 0 0 3 年夏季，空调用电量占尖峰负荷的4 0 5 0 “1 。空调设 备的增长速度高于我国g d p 的增长速度，增加了电力供应和能源部门的压力。在 我国许多城市，在夏季用电高峰时期，供电部门被迫实施强制性错峰用电措施。 能源资源是有限的，摆在空调行业面前的选择主要有两条，一是开发高效节 能空调设备，二是合理应用制冷空调设备。相比较而言，大力推广和研究节能空 调技术显得更为迫切和重要。 1 1 3 变容量技术与数码涡旋技术 在诸多的空调节能新技术中，以根据负荷变化要求调节制冷剂量为主要特征 的变容量技术占据了重要的地位。空调系统中的变容量技术一般是指有意改变机 组的输出容量以更好地匹配系统的制冷制热负荷的技术。有关的新产品，新技 术直层出不穷，目前已有的技术包括由变频器驱动的可变速压缩机、带旁路的 多级压缩机、双速压缩机和二级容量控制压缩机等技术。1 。 近年来，一种以数码涡旋技术为标志的新一代变容量技术开始崭露头角。数 码涡旋技术作为一项新型技术，有其独特的调节特点。 数码涡旋技术作为一种新型技术，其投入市场的时间并不长，将其应用在空 调系统中的生产厂家目前主要集中于东亚市场，国外的品牌主要是韩国的三星， 国内的品牌主要是美的、春兰和海尔等。 目前数码涡旋技术大多应用于多联式 直接蒸发型的中小型中央空调系统之中，近年来在国内市场上的占有率不断上 升。 1 2 本文的主要研究目的和内容 数码涡旋技术一经投入市场就引起了各方面的关注。但目前对于数码涡旋多 联式空调系统的运行特性仍不甚明确，对于其能耗特性和节能效果仍存在着诸多 争议。有关的研究成果远不如常见的风冷热泵机组和变频空调系统那么丰富。 对于数码涡旋多联式空调系统的研究，目前国内尚处于起步阶段，现有的文 献大体上以性能综述为主，数码涡旋多联式空调系统的生产厂商将其作为一项新 型节能空调系统推入市场，但却并没有相关的较为成熟的研究成果来支撑这一理 念。专业人士和广大消费者对其仍存有疑虑。 第一章绪论 因此本文的主要研究内容就在于通过对某品牌数码涡旋多联式空调系统进 行的实验研究和理论分析，研究实际工作中系统室内外机制冷量以及系统输入功 率的变化情况和运行规律：针对系统的实际工作情况提出合适的能耗特性评价方 法和评价参数，并通过实验得到其具体的数值；通过对实验数据的分析以及处理， 得出系统能耗特性评价参数的变化规律；通过对于系统夏季空调季节能效比 s e e r 以及综合性能参数i p l v 的计算以检验其能耗特性；通过将数码涡旋多联式 空调系统与其它类似系统进行比较来论证其节能效果。 4 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 2 1 数码涡旋压缩机简述 2 1 1 涡旋式压缩机 涡旋式压缩机一般由涡旋型定盘、涡旋式动盘、拨动盘( 防自转机构) 、主 轴电机、机体等少量部件组成。将带有涡旋形叶片的固定涡盘和具有相同形状的 作公转的摆动涡盘相啮合，以相位差1 8 0 。的两个涡旋形叶片组合成一些封闭空 间，即图2 1 中一系列月牙形工作容积。静盘与机壳固定，动盘由一个偏心距很 小的偏心轴带动。绕固定涡盘的涡旋中心以一定半径作公转运动，每转一个角度， 月牙形容积被压缩。不断旋转。使月牙形容积不断被压缩。最后压缩气体从中心 排出。介质的压力在外因处比较低，越到中心处压力越高。涡旋式压缩机的工作 原理如图2 1 所示。 簿擅 ( a ) 吸气维柬( h ) 压鳙行程( c ) 摊f l 开始之i j 盱 图2 - 1 涡旋式压缩机工作原理图 涡旋压缩机作为第3 代压缩机产品，与第1 代往复式压缩机比较，有结构 简单、体积小和重量轻的特点。它的主要零部件仅为往复式的1 1 0 ，体积减小 4 0 左右，噪声也下降5 8 d b ( a ) ；无气阀等易损件，流体的流动损失也减至最 小；转速可在较大范围内调节，且效率变化不大；多腔同时工作，转矩均匀。与 第2 代产品回转式压缩机比较，涡旋压缩机有较高的容积系数，且气流脉动低 1 0 左右。 普通涡旋式压缩机与常用的活塞式及转子式压缩机的能效比、容积效率比 等参数的比较见表2 1 ( 仅作为参考) 。由表2 1 可知，与同规格的活塞式压缩 机相比，涡旋式压缩机可节能1 0 1 5 。 表2 1 涡旋式压缩机与其他压缩机的比较“ 比较项目涡旋式压缩机转子式压缩机活塞式压缩机 能效比( e e r ) 2 9 2 4 2 62 2 2 6 容积效率( 压比4 6 0 h z ) 0 9 9 0 9 40 7 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 2 1 2 数码涡旋压缩机及其工作原理简述 数码涡旋压缩机的外形结构如图2 2 所示 图2 2 数码涡旋压缩机的外形结构图 数码涡旋压缩机除了具有普通涡旋压缩机所具有的共同特点之外，还有其特 别之处。数码涡旋压缩机具有一种性能称为“轴向柔性”。该性能使涡旋压缩机 的静涡旋盘沿轴向可以有很少量的移动，这样能确保用最佳力使固定涡旋盘和动 涡旋盘始终共同加载。同时，这一最佳力在各操作条件下将这两个涡旋盘集合在 一起从而确保了涡旋技术的高能效比【3 】o 数码涡旋压缩机实现容量调节的内部结构及过程如下：固定在顶部固定涡旋 盘处的一个活塞确保了当活塞向上移动时，顶部涡旋盘也随之向上移动。在活塞 的顶部有一个容量调节腔，它通过一个0 6 m m 直径的小孔和排气压力相连。在数 码涡旋压缩机的外部有一个电磁阀，称为p w m ( 脉冲宽度调节) 阀，它将容量调 节腔和吸气侧的压力相连。当p w m 电磁阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为 排气压力，有一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载，容量调节腔具有排气压力和弹 簧压力，确保了两个涡旋盘处于“负载状态”。“负载状态”就像普通涡旋压缩 机运行时的状态，其容量为1 0 0 。当电磁阀通电后，容量调节腔内的排气被释 放至低压吸气管。这使得活塞向上移动，从而使得顶部涡旋盘也一起跟着向上移 动。该动作分隔开两涡旋盘，导致无制冷剂质量流量通过涡旋盘，这是“卸载状 态”。数码涡旋压缩机处于“卸载状态”，其容量为o 。再次让外部电磁阀断 电，使得压缩机又负载，处于1 0 0 负荷状态。这样，数码涡旋压缩机以两种状 态运行：“负载状态”全容量或“卸载状态”无容量。数码涡旋压缩机通过p w m 阀的开启和关闭，不断变换顶部涡旋盘的升起和啮合，实现压缩机的容量调节。 在设定的周期罩，压缩机在“卸载状态”、“负载状态”两种状态之间变换，所 以称为数码涡旋压缩机吼图2 3 是数码涡旋压缩机卸载一负载工作原理图 6 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 图2 - 3 数码涡旋压缩机卸载一负载工作原理图 当压缩机处于卸载状态中时，电机运行功耗很小，约为满载功率的1 0 ，而当 压缩机处于负载状态中时，压缩机将消耗全部负载功率【3 1 。 在数码涡旋技术中，我们一般引入“周期时间”的概念1 3 1 。一个周期时间包 括“负载状态”时间和“卸载状态”时间。这两个时间阶段的组合决定了压缩机 的调节容量。例如，一个2 0 秒的周期时阅，如果负载时间是1 0 秒，卸载时问也是 l o 秒，那么压缩机的容量调节就是5 0 ，如果对于同样的周期时间，负载时间为 1 5 秒，卸载时间为5 秒，那么压缩机的容量调节就是7 5 。对于同样的周期时问， 通过改变“负载状态”时间和“卸载状态”时间，数码涡旋压缩机可以在1 0 1 0 0 的范围内，输出不同大小的容量。周期时间是数码涡旋运行中的一个重要 参数。可用不同的周期时间获得相同的容量。谷轮公司已根据经验为各容量调节 确定了理想的周期时间1 3 1 。如图2 - 4 可知，一般认为“周期时间”和“容量调节 比例”成反比，容量调节比例越低，周期时间越长。这样在各理想的周期时间内 系统能量效率才能最大。 图2 - 4 最佳周期时间一调节容量的关系 此外，数码涡旋系统中还应用了双压缩机的技术q ，即对容量稍大( 额定 制冷量2 2 k w 8 h p 及以上1 6 1 ) 的机组采用两个压缩机( 个数码变容涡旋压缩机， 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 一个定容涡旋压缩机) 。采用两台压缩机并联，具有以下优点：( 1 ) 提供了有效的 容量控制，当制冷剂流量小于单台数码涡旋压缩机的最大运行容量时，只启动数 码涡旋压缩机。当制冷剂流量大于数码涡旋压缩机最大运行容量时，启动定容涡 旋压缩机和数码涡旋压缩机同时运作，定容压缩机定容运行，数码涡旋压缩机承 担其余流量的制冷剂；( 2 ) 提高了机组的可靠性，较单台大压缩机的情况停开次 数大为减少；( 3 ) 启动负荷降低，单台压缩机的启动时间可以分别用时间延迟方 法分开；( 4 ) 具有备用性，如果一台压缩机损坏，还有部分容量可以得到保证； c 5 ) 置换费用减少，如果一台压缩机损坏，可花较少的费用去更换压缩机。图 25 是单、双台压缩机的工作原理图。 启啦霉 0 0 8 0 e 0 4 0 2 0 0 图2 - 5 单台压缩机系统和双压缩机系统的比较 2 2 户式中央空调系统与多联式空调系统简述 按照目前流行的说法，所谓户式中央空调系统一般指可满足6 0 m 2 - 6 0 0m 2 之间的各种户型多个房间的要求，带有集中冷热源的空调形式【”。户式中央空调 被广泛应用于各种别墅、大面积住宅、各类区域分隔式办公建筑等。户式中央空 调系统一般由一台主机带多台终端设备，可以同时调节多个房间的温度。它是一 种介于大型中央空调与普通户式壁挂机，柜式机中的一种小型中央空调。 相对于传统的分散式户用空调形式，户式中央空调具有节能、舒适、容量调 节方便、噪声低、振动小、不破坏建筑外观及安全隐患小等优点。因此日益受到 市场的青睐和生产厂家的重视。 常见的户式中央空调可以分为三种主要形式【9 l 。 1 ) 风管式系统 风管式系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 本相同。它利用室外主机集中产生冷热量，将从室内引回的回肛l ( 或回风和新 风的混合风) 进行冷却或加热处理后，再送入室内消除其空调冷热负荷。 相对于其它的户式中央空调形式，风管式系统初投资较小。如若引入新风， 其空气品质能得到较大的改善。但风管式系统的空气输配系统所占用的建筑物空 间较大，一般要求住宅要有较大的层高。而且它采用统一送风的方式，在没有变 风量末端的情况下，难以满足不同房间不同的空调负荷要求。 2 ) 冷热水机组 冷，热水机组的输送介质通常为水。它通过室外主机产生出空调冷、热水， 由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷，热水与室内空气进行热 量交换，产生出冷，热风，从而消除房间空调负荷。它是一种集中产生冷，热量， 但分散处理各房间负荷的空调系统型式。该系统的室内末端装置通常为风机盘 管。目前风机盘管一般均可以调节其风机转速f 或通过电动阀调节经过盘管的水 量) ，从而调节送人室内的冷，热量，因此该系统可以对每个空调房间进行单独 调节，满足各个房间不同的空调需求，同时其节能性也较好。此外，由于冷，热 水机组的输配系统所占空间很小，因此一般不受住宅层高的限制。但此种系 统一般难以引进新风，因此对于通常密闭的空调房间而言，其舒适性较差。 3 ) 多联式空调系统 多联式空调系统以制冷剂为输送介质。室外主机由室外侧换热器、压缩机和 其他制冷附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机。一台 室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂，通过控制压缩机的制冷剂循环 量和进入室内各换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷、热负荷要求。 多联机系统具有节能、舒适、运转平稳、噪声低等优点，而且各房间可独立 调节，能满足不同空调负荷的需求，但该系统控制复杂，对管材材质、制造工艺、 现场焊接等方面要求非常高，且其初投资比较高。 2 3 数码涡旋多联式空调系统简述 数码涡旋多联式空调系统是指使用了数码涡旋压缩机，并利用变容量方式调 节冷媒输出量的一拖多型的多联式空调系统。其主要通过数码涡旋压缩机周期性 的负载一卸载来实现变容量的冷媒控制。通过控制卸载与负载时间的比例来表达 不同的冷媒输出量。 数码涡旋多联式空调系统除了能体现出数码涡旋压缩机所具有的优点之外， 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 其特点还在于： 1 ) 采用制冷剂直接蒸发式制冷，减少了能源损失： 数码涡旋多联式空调系统直接以制冷剂作为传热介质。传送的热量几乎是水 的1 0 倍、空气的2 0 倍，而且不需庞大的风管和水管系统，减少了输送耗能及冷 媒输送中能量的损失【5 1 。由于采用制冷剂直接蒸发制冷，不像传统中央空调系统 中将水作为载冷剂，有先把冷量传结水，再由冷水传给室内空气这一中间过程。 直接蒸发制冷减少了一个能量传递环节，从热量传递的网络图上看就是减少了一 项传热热阻，当然也就减少了能量的损耗。 2 ) 具有精确的冷媒流量控制技术1 6 】 数码涡旋变容量压缩机加电子膨胀阀组成的制冷系统，可实现大范围内流量 的调节，以适应整体负荷的变化。电子膨胀阀具有流量调节范围宽、控制精度高 和适于电路控制等特点，可以根据负荷变化而改变系统的流量，保证蒸发器在很 小的出口过热度下稳定工作。 室内机的冷媒流量通过电子膨胀阀进行控制，其控制主要取决于两个因素 ( 1 ) 室内蒸发器出口和入口温差。 空调能感应到蒸发器出口和入口温差，并以此进行调节。 ( 2 ) 室内温度和设定温度的温差 空调可以计算出过热和室内的温度状况，通过逐步开启p _ l v m 管后调节冷媒流 量。 f b ) 以蒸发器进出u 澄差为被控糕参数 i 日 0 5 o - 0 1 ie ln ，l j 哆i，i 舭 l 埘i l 、ij ， l 国 0 熏酐降 0 赛鬻土升 0 目电 麟髑 0 蓑翔自f 垂雕自 图2 - 6 电子膨胀阀的控制 电子膨胀阀按理想方式分配各个房间的制冷剂流量，由模糊控制将舒适度调 整至最佳。如图2 - 6 ，空调系统得到蒸发器进口和出口温差，再加上室温和设定 温度的温差，计算出过热量和室温状态，然后启动阀门来控制制冷剂流量。通过 对电子膨胀阀开度的控制可以实现制冷剂在各室内机蒸发器的智能分配。 1 0 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 3 ) 有多种机型可供自由选择和组合7 】 ( 1 ) 数码涡旋多联式空调系统室内外机均有多种形式和容量可供选择。具体型 号详见表2 2 、表2 3 。 表2 - 2 室外机型号 l u n i t2 一u n i t3 1 j n i t 型号 1 6 k w2 8 k w4 0 k w4 5 k w5 1 k w5 6 k w6 1 5 k w6 8 k w7 3 k w7 8 5 k w8 5 k w 6 h p i o h p1 4 h p1 6 h p1 8 h p 2 0 h p 2 2 h p2 4 h p 2 6 h p2 8 h p 3 0 p 额定额 制冷能1 62 84 04 55 15 66 1 ，5 6 87 37 8 58 5 力( k w ) 额定制 热能力 1 83 1 54 45 05 6 56 36 97 58 1 58 89 4 5 ( k w ) 容量制1 0 l o 5 4 4 4 3 3 3 2 2 御范同 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 9 61 0 0 1 0 0 1 0 0 表2 - 3 室内机型号 多向气流5 2 k w ，7 o k w ，1 0 5 k w 天花板嵌入式 单向气流 2 o k w ，2 6 k w ，3 5 k w 低静压 5 2 k w ，7 o k w 风管式高静压 1 0 5 k w ，1 2 8 k w 内藏式 2 o k w ，2 6 k w ，3 5 k w ，5 2 k w ，7 o k w 天花板悬吊式 5 2 k w ，7 o k w 壁挂式2 o k w ，2 6 k w ，3 5 k w ，5 2 k w ，7 o k w 柜式 6 o k w ，7 o k w ，8 2 k w ( 2 ) 一台室外机( 2 8 k w l o h p ) 最多可连接1 6 台室内机，系统配置自由，具有 很大的灵活性，这样就能更好适应现代家居环境的个性化。 4 ) 采用超长配管设计： 数码涡旋多联式空调系统采用了超长的配管设计，使得系统尽可能多地应用 于各种规模建筑物。其配管长度的要求详见表2 - 4 第二章数码涡旋多联式空调系统简述 表2 4 数码涡旋多联式空调系统配管长度的要求1 6 1 4 0 k w 一5 6 k w 6 1 5 k w 8 5 k w 项目1 6 l 州6 i p 2 8 k w 1 0 h p 1 4 h p 2 0 h p ，2 2 h p 3 0 h p 总& 度 1 4 01 8 03 0 03 5 0 实际 最大 室外机到最 7 01 0 01 2 01 2 0 长度 k 度远端室内机 等价 的距离8 71 2 51 5 01 5 0 长度 室外机与室内机的 3 05 05 05 0 最大高度差 高度 室内机与室内机的 1 51 5 1 51 5 高度差 从第一分支到最远端室内从第一分支到最远端室内机的距 机的距离不超过3 0 m 离不超过4 0 m 分支屙最大长度 同一分支管的最远端与最 同一分支管的最远端与最近端长 近端k 度著不超过2 0 m度差不超过3 0 m 5 ) 结构紧凑，安装方便 三星数码中央空调系统集约化程度高，且使用制冷剂直接蒸发冷却技术。相 比其他采用全空气系统或空气一水系统的大型中央空调系统，无需设置专用机 房，无需布置水系统，无需布置大型风管。故其安装较为方便，且为业主节省了 很多的空间，带来更多的效益。 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 本章的主要目的在于通过实验手段对数码涡旋多联式空调系统的夏季运行 特性进行了解和分析，研究的内容主要是制冷量( 包括室内机制冷量和系统制冷 量) 、压缩机输入功率在系统实际工作过程中的运行状况和变化规律。 3 1 实验用机组和实验用房 本实验所选用的实验机组为某品牌的数码涡旋多联式空调机组。整个系统 共包含1 台室外机和4 台室内机。室外机的型号为r v m h l 0 0 g a m o ，在额定工况下， 其制冷量为2 8 k w ，制热量为3 1 5 k w 。四台室内机均为多向气流天花板嵌入式， 共分为三种型号，其中一台的型号为a v m c h 0 5 2 e a 3 ，在额定工况下，其制冷量为 5 2 k w ，制热量为5 6 k w 。另一台的型号为a v m c h 0 7 0 e a 3 ，在额定工况下，其制 冷量为7 o k w ，制热量为7 6 k w 。其余两台的型号为a v m c h l 0 5 e a 3 ，在额定工况 下，其制冷量为i 0 5 k w ，制热量为1 1 4 k w 。 本实验用房间位于同济大学某新建实验办公大楼的二楼内，其本身为该学院 的实验设备用房。本实验所使用的实验用房共有4 问，其中实验用房i ( 2 1 8 室) 的建筑面积为7 2 m x 6 m = 4 3 2 甜；实验用房2 ( 2 2 0 室) 的建筑面积为3 6 m x 6 m = 2 1 6 m 2 ：实验用房3 ( 2 2 2 室) 的建筑面积为3 6 m x 6 m = 2 1 6 m 2 ：实验用房4 ( 2 2 4 室) 的建筑面积为6 m x 6 m = 3 6 m 2 。实验用房的朝向均为朝北向。 e b um * ”x m c 。l ，” 1 同_ _ _ 旷2 = = |f = 二1 r ：翻广2 _ = l 配t h l 引博 ；峨 节 i ( 2 * l ，1 i 蘸 h f 1 | | 2 2 1 i 图3 - 1 实验用房及实验机组的布置 4 台实验用室内机分别置于4 问实验用房内，其中两台型号为a v m c h l 0 5 e a 3 的室内机分别置于实验用房1 ( 2 1 8 室) 和4 ( 2 2 4 室) 内，一台型号为 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 a v m c h 0 7 0 e a 3 的室内机置于实验用房2 ( 2 2 0 室) 内，一台型号为a v m c h 0 5 2 e a 3 的室内机置于实验用房3 ( 2 2 2 室) 内。室外机最于同层的阳台内。 实验用房的平面布置图见圈3 一l 。 3 2 实验测点的布置及实验设备 结合本实验的实际实验条件，为了实现本章开头所述的实验目的，本实验的 主要测试对象为室内机的实际制冷量、系统压缩机的输入功率以及系统各部件的 总能耗。 本文中采用焓差法来对室内机的实际制冷量进行测量，即通过测量室内机进 出口空气的干湿球温度来得到相应的空气焓值，通过测量室内机实际的处理风量 并结合计算所得到的室内机进出口空气焓差来得到相应的制冷量。 为此本实验中在每台室内机的回风口处设一对p t l 0 0 热电阻，用于测定室内 机入口处空气的干湿球温度( t 。t 。) 。每台室内机送风口处设一对p t l 0 0 热电阻， 用于测定室内机出口空气干湿球温度( t 。t ，：) 。每台室内机回风口处均分网格， 用热球风速仪测定各点风速并求其平均值。再乘以回风口净面积，这样就能得出 室内机的实际处理风量q 。”“。 为了了解系统压缩机的输入功率的变化状况，在压缩机的输入电线上设一只 互感线圈。通过互感线圈的输出电压的变化来感知压缩机输入功率的变化。 此外，为了累计得到系统各部件的总能耗以便于同后能耗特性的研究，本实 验设有2 只三相四线有功电能表分别用于测量系统的总耗电量及室外机压缩机 的耗电量。设有5 只单相电度表分别用于测量室外机风机及四台室内机的耗电 量。 为了了解系统工作过程中的实际室外空气状况，室外机进风口处设一对 p t i 0 0 热电阻，用于测定室外机入口空气的干湿球温度( t 。，t ，) 。 为了了解系统在运行过程中的液气管压力和室内机进出口的制冷剂的状态 以便于日后的分析研究，每台室内机进出口处的制冷剂气管和液管上各设一只压 力传感器，用于测定进出室内机的气管及液管中制冷剂的压力( p 、p 2 ) 。同处 的制冷剂气管和液管管道外表面贴管壁各设一只p t l 0 0 热电阻，如忽略管壁热 阻，可近似测定进出室内机的气管及液管中制冷剂的温度( t 、t 2 ) 本实验中所有测点的数据( 除电表由人工读数外) 均通过数据采集模块连接 至电脑，用于数据的自动采集和储存。数据自动采集的时间间隔为1 秒。 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 本实验中选用的p t l 0 0 热电阻测量温度范围为一2 0 0 。c - - 2 0 0 。c ；测量精度为 0 5 级；其延长导线为三线制，外含绝缘层和保护层 压力传感器的型号为2 c p 5 4 7 1 ，测量范围：o - - 5 0 0 p s i a ( 0 3 4 5 m p a ) 两只三相四线有功电能表的型号为d t 8 6 2 - - 4 。单相电度表的型号为d d 8 6 2 - - 2 ( 用于测量室外机风机的耗电量) 及d d 8 6 2 - - 4 ( 用于测量各台室内机的耗电 量) 。 数据采集模块采用的是某公司生产的a d a m 4 0 0 0 系列模块。其中的4 0 1 5 模块 用于p t l 0 0 热电阻的输出信号采集，4 0 1 7 模块用于压力传感器及互感器输出电 压的采集。 数据采集器的二次处理软件采用的是北京三维力控科技有限公司生产的 p c h u t o 软件3 6 版本。用于实验界面的制作，数据的存储和输出。 3 3 实验数据的处理 3 3 1 室内机送回风焓值h 。、h ：的计算 由室内机送风口处设置的一对p t l 0 0 测量得到的空气干湿球温度( t 。t ，) 可以计算得到送风的焓值h 。由室内机回风口处设置的一对p t l 0 0 测量得到的空 气干湿球温度( t d 。，l 。) 可以计算得到回风的焓值h ：。其具体的计算方法为： 1 ) 水蒸气分压力p 。的计算 p 。= p q b a ( t t 。) b ( 3 - 1 ) 式( 3 1 ) 中：p 。一水蒸气分压力p a ； a 一可根据风速大小v 计算，t - - - - ( 6 5 + 6 7 5 v ) 1 0 一，一般计算中 可取t = o 0 0 0 6 6 7 ； b 一大气压力，上海地区冬季工况下取b = 1 0 2 5 1 k p a ；夏季工况下 取b = 1 0 0 5 3 k p a ； t 一干球温度： t ；一湿球温度： p 。一饱和水蒸气分压力p a 可按式( 3 - 2 ) 计算 i n ( p 。) = c 。t + c 。+ c 3 t + c 。t 2 + c 。t 3 + c a n ( t ) ( 3 - 2 ) ( 3 - 2 ) 式中c = 一5 8 0 0 2 2 0 6 ；c 2 = 1 3 9 1 4 9 9 3 ；c 。= 一0 0 4 8 6 0 2 3 9 ； c 。= 0 4 1 7 6 4 7 6 8 x1 0 。：c ；= 一0 1 4 4 5 2 0 9 3 1 0 ；t = 2 7 3 1 5 + t 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 2 ) 含湿量d 的计算 d = 0 6 2 2 xp ( b p 。) ( 3 3 ) 式( 3 - 3 ) 中：d 一含湿量k g k g + ； p 。一水蒸气分压力p a ； b 一大气压力，上海地区冬季工况下取b = 1 0 2 5 1 k p a ：夏季工况 下取b = 1 0 0 5 3 k p a ； 3 ) 定压比热c 。的计算 干空气的定压比热可以近似认为等于1 o l k j ( k g ) ，水蒸气的定压比 热可以近似认为等于1 8 4 k j ( k g ) ，因此湿空气的定压比热c 。可由( 3 - 4 ) 式 计算： c p = 1 0 1 + 1 8 4 d ( 3 4 ) 式( 3 4 ) 中：c 。一湿空气的定压比热k j ( k g ) d 一湿空气的含湿量，k g k g 十 4 ) 湿空气焓值h 的计算 h = 1 0 1 t + 0 0 0 1 d ( 2 5 0 1 + 1 8 4 t ) ( 3 5 ) 式( 3 - 5 ) 中h 一湿空气的焓值k j k g ； t 一湿空气的温度。c ： d 一含湿量g k gf 3 3 2 室内机夏季实际制冷量q 。- 的计算 室内机夏季实际制冷量q 。可由式( 3 - 6 ) 计算得到 q 。，= g 。x ( h 2 一h 。) ( 3 - 6 ) 式( 3 6 ) 中q 。，一室内机的实际制冷量k w ； g 。一室内机制冷条件下的处理风量k g s ；由实测得到 h 2 - 室内机回风焓值k j ( k g ) ； h 。一室内机送风焓值k j ( k g ) 3 3 3 室内机实际制热量q 。的计算 室内机的实际制热量q 。可由式( 3 7 ) 计算得到 a 。，= g 。x c p ( t l - - t ：) ( 3 7 ) 式( 3 7 ) 中q 。，一室内机的实际制热量k w g h t - 室内机制热条件下的处理风量k g s ； 第三章数码涡旋多联式空调系统夏季运行特性的实验研究 c p 一空气的定压比热k j ( k g ) ； t 。一室内机的送风温度： t ：一室内机的回风温度； 3 4 实验结果 3 4 1 室内机制冷量的变化规律 图3 2 至图3 5 反映的是室外温度2 2 。c ，室内设定温度2 0 。c ，四台室内机 全开，当系统进入稳定运行时，2 1 8 室- - 2 2 4 室( 实验用房1 一实验用房4 ) 室 内机制冷量及相应的室内温度在1 小时内随时间的变化。 由图3 2 至图3 - 5 可知，当系统进入稳定运行状态之后，各台室内机的实际 制冷量随时间发生近似等周期的波动，即室内机不断发生着最大出力一不出力的 转换过程，对应的室内温度也发生近似等周期性的波动。当室内机制冷量处于峰 值时，其对应的室内温度处于谷值。反之亦然。 嘶。一j 鼍毫。j叠一 k 一 噼一_ _ _ 譬i 。 曩、i i 愿； 麓謦：；鬈一。o 一 ，、醪￥謦 j ： 。毫叠；： ；j 誊誊叠董j i i i 囊 ：；j i 瀛z 蓦囊、ii 赢。一“。两量曩：； t i 飘i 一 u _ _ _ i 鹱j 弧。j 蠢麓警燧蓥漤畿瓣；慰：麴； 鬻 ： ；辫i + ；：翘： 8 譬蠹导g 譬曷! 搴g 时间宣鲁毒鲁鲁兽黉黉景 ooooooooo 譬磊辱8 譬