变制冷剂流量系统：综述

1、变制冷剂流量系统：综述TolgaN.Aynur环境能源工程中心，机械工程系，马里兰大学，M 20742，美国3157 格伦马丁建筑大厅，学院公园，文章资讯： 文章历史：2009 九月 13 日收到2010 一月 19 日收到修订后的表格2010 29 关键词：变制冷剂流量、变制冷剂流量、空调、热泵、三管、冰蓄冷摘要本次研究提出了一个变制冷剂流量的室外和室内单元的配置（VRF ）系统的详细介绍，以及它的销售、应用、市场和成本。此外，也提供了一个与VRF 系统相关的实验和数值模拟研究的详细论述。这样做的目的是把一切关于VRF 系统的分散的信息集中放在一起。根据详细的论述，发现压缩机频率和电子膨胀阀

2、开度应同时进行控制，并且且可以得出结论， VRF 系统不比普通的空调系统如变风量系统消耗更少的能量，在风机盘管引入新风量相 同的条件下，也提供了更好的室内热舒适性，只要它是在单独控制模式下运转。研究发现： 虽然VRF系统的主要缺陷是初始成本比一般的空气调节系统高，但由于VRF系统的节能潜力，VRF 年。介绍1.5住宅和商业建筑的空调是生活的必需品，空调的概念已经逐渐从一个房子的一个单元展到同一个房子不同区域的独力单元。一个多联机式空调系统，具有可变制冷剂流量（VRV/VRF ）技术，所谓的多联机 VRF / VRV 系统能满足较小空间的几个独力单元的相同 安装需求，因为该系统囊括一个室外单元和

3、多个室内单元。（VRV 是一家领先的制造商 的商标，VRF 是用于一切的 VRF厂家的通用术语。）基本上，多联机的VRF系统是一种在变频压缩机和位于各室内机的电子膨胀阀（ 统，以保证该空间的冷却或加热负荷相匹配，EEVs ）的帮助下改变制冷剂流量的制冷剂系以及保持区域内的空气温室内设定温度。这个综述论文的目的是把一切关于多联机VRF 系统的分散的信息集中放在一起。2总体概述1 提供了具有四台室内机的典范多联机 VRF 1 所示，室内机（位于每个区域）用制冷剂管道被并且行连接至室外机。经过调节位于室外机的四通阀， 制VRF 系统可根据季节同时用于空调（制冷模式） 和热泵（制热模式）。在制冷模式下

4、，排出的制冷剂经过四通阀从压缩机进入室外换热器（通常是冷凝器）。高压、低温的制冷剂，然后被 EEV 节流为低压并且进入室内机的热交换器（通常是蒸发器）。因此，室内机从室内空气中吸收热量并且使之冷却下来。完成该循环。然后，低压过热制冷剂返回到压缩机，在制热模式中，四通阀，如图 1，相反的的致冷齐路径。从压缩机排出的制冷剂进入室 内机热交换器（用作冷凝器）。因此，室内机向室内空气散热并且使之加热。然后，高压、低 温的制冷剂被EEV 节流成低压状态。低温、低压的制冷剂进入室外机热交换器（用作蒸发 器）。低压过热制冷剂返回到缩机，并且且完成该循环。下面的子章节给出的概述关于多联机 VRF 系统室外和室

5、内机的配置，操作，应用，销售和成本。图 1.具有四个室内单元的多联机 VRF 系统的示意图。室外和室内机的配置室外机配置一个多联机的 VRF 系统的室外机通常囊括两个或三个压缩机，其中一个是可变速的。变频调速压缩机允许关于多联机 VRF 系统高负荷效率的大容量调节。变频器频率通常从 20-30 到 105-120赫兹变化。经过改变变频器频率，室外机改变它的效能经过改变排放的制冷剂质2000 年，一切的多联机 VRV/ VRF 用潜力。根据该定义，风冷多联机 VRF 系统是由环境空气冷却，而水冷2000 年，一切的多联机 VRV/ VRF 用潜力。根据该定义，风冷多联机 VRF 系统是由环境空气

6、冷却，而水冷但引入水冷系统能提高应VRF 系统是由水冷却。VRF 系统可以积极应关于空间负荷条不像通常具有翅片管室外机的热交换器的空冷式的多联机VRF系统，水冷式多联机的VRF系统有片式热交换器。 类似于空冷多联机 VRF系统，水冷多联机VRF系统的一个室外机可 以与多个室内机连接。不同于空冷式多联机 VRF系统，水冷式多联机VRF系统的室外机需 要被连接到冷却塔并且且能够被放置在室内。关于水冷式多联机VRF系统水管的长度没有限制，并且且板式换热器提供制冷剂回路和水循环回路的连接。从冷却塔/干式冷却器提供给板式换热器的水的温度通常是 10 45 VRF 系统，液体和室外机。由于水管道不位于空调

7、的空间，所以没有漏水的问题。室内机配置VRF EEV，一个温度传感器和一个风扇。在多联机 VRF 技术中，多台室内机可以被连接到一台室外机上。系统的已 经从一台单独的室外机和一台单独的室外机工作，发展到上世纪 80 年代末的 4-8 台室内机，到 90 年代初的 16 台室内机，到 1999 年的 32 台室内机再到 2003 年的 40 台室内机。当前 的多联机VRF 技术允许多达 60 台或更多的室内机与一台室外机器共通工作。室内机可以具有不同的容量和构造。传统的配置是壁挂式室内机。此外，天花板安装盒，内置式吊顶安装，吊顶式风道和落地式室内机，1.4 至 17.5 千瓦。都在应用。室内机可

8、具有冷却和加热能力为位于室内机的空气温度传感器，被用于与实际空气温度的比较和恒温器温度的设定。根据该温度差，经过室内机的热交换器的制冷剂的流速是经过调节EEV 来调节的。因此，基于恒温室内设定的温度与实际室内空气的温度，各室内机可以单独操作，即其中一些可以被关闭，而其它的还在工作中12。因此，许多区域都可以各别设定温度。室外和室内机被制冷剂配管连接。目前，采用先进的供油电路，反馈和控制，系统总据该温度差，经过室内机的热交换器的制冷剂的流速是经过调节EEV 来调节的。因此，基于恒温室内设定的温度与实际室内空气的温度，各室内机可以单独操作，即其中一些可以被关闭，而其它的还在工作中12。因此，许多区

9、域都可以各别设定温度。操作一般来说，多联机 VRF 系统有两管或三管结构并且且它们的不管有没有蓄冰罐都可运作。两管（高压气体管，低压液管）多联机 VRF系统是通用的，可根据不同的季节用于冷 却或加热另一方面，三管（高压气体管，低压气体管和低压液管）的VRF系统的工作性能是最好的，当在同一个季节期间， 需要关于一些空间进行冷却而另一些空间进行加热。这常发生在冬季的大中型商业建筑的核心部门，如计算机机房10。三管多联机 VRF 系统使用分支选择框（位于各室内机前），他们可以在五种不同的模 式进行操作：冷却模式：一切室内单元的冷却操作。加热模式：一切室内单元处于加热操作。冷却为主模式：冷却是主要模式

10、，加热和冷却同时操作。加热为主模式：加热是主要模式，加热和冷却同时操作。热回收模式：室内机之间热平衡，而室外机热交换器关闭。热回收可以经过室内机冷却和加热之间的传热完成。器来从机器中提取过热，并且导致它进入制冷剂进入加热区。一种方法是在制冷模式下使用换热一个制造商首先把制冷剂送到需要供暖的室内机，使得制冷剂冷凝，在中央点收集它，然后将其发送到室内机热交换器冷却。 大多数的厂家有一个专门的热回收管道设计和特殊的阀门操作安排，换热器，控制器，接受器，和配电箱10 。不管三管多联机 VRF 系统被知道可以同时提供加热和冷却以及热回收 操作，一个制造商有一个双管系统也可以同时提供加热和冷却以及热回收操

11、作不同的方式来存储的热能，囊括冰。关于电力的需求随着时间很少是恒定的，10。有几种在低需求时期的过量生产可以被用于高需求期来生产冰以供使用。多联机VRF 系统操作与蓄冰罐连接可以经过充电（形成）冰减少高峰时间电力需求在非高峰时间（夜间），在高峰时间（白天）放 电（使用它。冰在充电期间，蓄冰罐作为室内机（实际室内机制冰期间关闭）相比实际冷 却方式具有鲜明较低蒸发温度，在排冰的时期，室外机换热器出口制冷剂有一个额外的过冷度。因此，压缩机的功率消耗能够在高峰时间段被鲜明减少，以使电费减少。50存储能量，在排热时，制冷剂流经罐使蒸发温度升高以使压缩机消耗功率减少。2.3应用适合于多联机VRF系统的应用

12、囊括，任何有优势提供个性化的舒适性空调的地方，如 办公楼，校，酒店和旅馆6,10.医院和养老院，也是多联机 VRF系统很好的候选地，因为它们需要避免区域之间的空气混合。银行看重系统的安全性， 因为出口路径进入银行要最小化由于最小直径较小的管道系统。多联机VRF 系统也可以用于豪华的单户住宅，以及公寓和多户住宅建筑。此外，历史建筑都得益于需要增加一个联机VRF 系统小改变。改造的情况下也可以是好的应用，可以为无管系统，因为相比于管道系统，使用多联机统，额外的管道系统能够被最小化。VRF 系另一方面，水冷多联机 VRF 系统适用于新的和现有的没有屋顶的高层商业建筑或外部 空间没有常规的风冷室外机的

13、情况。它们也可以被安装到有严格噪音规则的建筑物中。2.4 销售大约25年前，第一台多联机 VRF系统在日本推出，之后，他们已经在许多国家流行， 特别是在洲和欧洲。在日本，该多联机VRF系统被用于约50%的中型商业建筑（高达6500平方米）和三分之一的大型商业建筑（6500多平方米）6。然而，它们在美国没有被广为知晓。无管产品在 80 年代初进入美国市场，但市场渗透率很小。是因为缺少日本制造商的 支持，以及不熟悉技术。 此外，臭氧损耗在当时成为人们日益关切的问题冷剂充注量的问题可能是一个强烈的否定10。2003VRF多联机系统的制85,500VRF产品：其中亚洲 69%（ 46.8 %在日本，2

14、2.2 %在中国），欧洲 21.9 %，大洋洲只有 6.3 %，世界的 其他地区2.8%19，这也显示在美国有限的市场。然而，制冷剂的发展，充电管理的优势，控制，和换热技术已经改变了这项技术。因此，亚洲制造商已经单独重新进入美国市场或在过去几年与美国的制造商建立合作伙伴关系。此后，多联机VRF 系统的技术已经逐步扩大其在美国的市场。在2007年，在美国已经卖了不到10000台VRF系统10。2.5 成本多联机 VRF 系统的成本，是这些系统的主要缺陷之一。不管安装成本高度依赖于建筑物上的应用，结构和布局，并且且是否安装新型或改型，不熟悉技术，将增加在美国的多联机VRF 系统的成本6,10。此外

15、，该多联机的 VRF 系统不具有任何通风能力，这就是为什么 额外的通风系统是必要的，这也增加了成本。有几个可用的成本比较：多联机VRF系统的总成本可能比同等容量的冷却水系统高出约5%至20%。VRF 50 %，而超过两倍包装终端机 10。13 SEER 至 14 管道系统更高约 30 %至从VRF制造商的数据相比一组意大利14个建筑物安装和运营成本，冷水机/锅炉系统和多联机 VRF 系统是在 1998 年诀别安装在七个建筑和另外七个建筑物上。在亚热带湿润 气候条件下，人们发现，在多联机的的维持成本。不管，关于于多联机VRF3540%VRF 系统的设备成本比以冷却器为基础的系统的设备成本高，但这

16、个被多联机的 VRF 系统更低的安装成本抵消。在一个通用的商业大厦 200 吨的冷却系统，多联机 VRF 系统可以比鉴于冷水机组的系 统节省高达30-40%的的能源。然而，一个多联机的VRF系统的安装成本会比水冷制冷机高约 8 %，比空冷冷却器高 16 %。接合这些能源的使用和安装成本为多联机1.510 。VRF 系统提供8 个月卡西迪和斯威特比较了四种常见空调系统（变风量与周边加热，四管风机盘管机组，多联机VRF冷冻天花板和辐射周边被动梁加热）的终身花费， 在一个 总建面积为 6500 平方米的现代化新建三层高的商业办公楼的寿命成本分析表明，四管风机盘管的系统比冷冻天花板选择昂贵 74742

17、5 年的经营期限中。整个53 %，比可变空气体积系VRF 系统昂贵 111 %。关于于一个巴西的 17 楼，约 9290 平方米办公楼案例研究，多联机 VRF 系统的安装成本 价被认为是相关于于冷水机组选择的系统与蜗杆、离心式冷却水机组（ 统有 30%的能量节省潜力。15-22 %。然而，全年逐时模拟，把 538 吨的多联机 VRF2*240吨）的最新设计相比，表明夏天的多联机VRF系VRF系统的研究25 VRF 系统在日本推出。的实验和数值模拟研究。实验和数值模拟研究在下面的章节依照时间顺序介绍。实验研究Masua 等人为两台室内机的 VRF 系统研发了一种多控制方法。新的控制方法表明，关于

18、于 室内机安装到一个更高的冷负荷房间制冷剂流量远远大于其它室内 据研究获得，当每个机。房间温度达到设定温度时，压缩机频率降低，而在相反的情况下增加控制方法可以单独控制室内机的制冷剂流量和冷却负荷响应。得出的结论是，新的夏等人关于有五个室内机的多联机三管VRF系统应用了测试方法该测试是在六个量热器中进行的；室外机和室内机诀别放置在每个量热器中。该系统的性能系数COP）被定义为总热负荷与总耗电量的系统的比值。一切的测试是在完全冷却“的模式进行，没有任何潜在的负载。发现该系统的COP根据部分负荷率并且未发生太多变化。|这解释了使用双压缩机“串联”取得了良好的部分负荷性能。系统的COP 为 1.9-2

19、.4，在 “完全冷却“模式下。Choi 和 Kim22研究了具有两个室内机与单独 EEVs 的多联机 VRF 系统的性能经过改 变室内负载，EEV 开口和压缩机速度。有人认为室内机的冷却必需维持在节 EEVs，因此，压缩机的转速应调整到能够为各室内机提供足够的冷却能力。胡和杨23开发了一种高性价比，高效节能，有五个室内机的多联机4 摄氏度经过调VRF 系统。一种变制冷剂容积的的涡旋式压缩机被用来代替变频扶助器。容量控制的压缩机进行 开启/关闭”开关的电磁阀改变位置的静涡旋提供变制冷剂流量。容量控制的压缩机经过一个开启/关闭”转变的电磁阀运行，该电磁阀改变静涡旋的位置来提供制冷剂流量的改变。系统

20、从室温和设定温度之间的差来确定的室内机所需要的负荷，并且调节每个EEV开口，以控制制冷剂的流量和各室内机的蒸发温度。同时，室外机确定运行周期和压缩机中制冷剂的排放时间，根室内机的要求来控制电磁阀“开启、关闭”的循环时间，这就就能控制压缩的制冷剂流量。人们发现，所开发的系统在输入功率为1.3 -4.8 kW,时有，17 -100%的调节能力。在另一方面，在输入功率为 2.5 -6.1 kW 时的调节能力范围为 48 -104%。海等人，研究了一种额定功率为30KW 的多联机三管 VRF 系统。该系统中加入制冷剂R22 并且且有五个不同的功率的室内机。该实验在具有不同的冷却和加热的配置的稳态条件

21、下进行，并且且发现，该系统的冷凝能力和蒸发能力被使用。COP 在“冷却为主“和”加热为主的模式下都增加，因为这海等人。18设计并且研制具有储冰槽的多联机VRF系统。有人提到，有了蓄冰槽，额外的30 摄氏度的过冷度可以实现，便能提高能效比（ EER ）约25%。根据上海电力价格 的经济估，有蓄冰槽的多联机VRF系统的投资回收期被认为少于3年。Aynur系统进行了现场性能测试。 两个不同的控制模式（个体和主体）被应用到该系统。VRF在个体控制模式中，一切室内单元被各自位于每个区的温控器控制。在主控模式下，一切 室内单元仅被一个位于办公套件中心的温控器控制。得出的结论是在该多联机 VRF 系统中，个

22、体控制模式相比于主控制模式具有更高的效率，为多个房间提 供了好的热舒适性。Aynur等人研究了通风关于室内温度的控制，热舒适，室外机的能量消耗的影响以及一个多联机VRF 系统在不同的室外条件下，关于热回收通风系统现场性能 测试综合率的影响。据观察，通风不影响室内温度的控制；相反，它的增加室 内的湿度比导致室内环境不舒适，根据 ASHRAE夏季热舒适区规则。同时还发 现，不管通风增加室外机组的能耗由于通风负荷（通风扶助多联机VRV系统比不通风的消耗多 27.8%以上的能源），它没有关于多联机 VRV 系统的效率有很大 的影响。Aynur等研究了一个多联机的VRF系统的集成与换气单元，一个自发电热

23、泵除湿 单元，在一个现场的性能测试中。人们发现，热泵除湿单元比热回收换气单元能 提供更好的室内热舒适由于更好的室内湿度控制。同时，由于热泵除湿单元考虑 部分冷负荷，多联机VRF系统的室外机连接热泵除湿单元相比于连接热回收通风 装 置，所消耗的能量会少26.3%。三种不同的工作模式；不通风、热泵除湿换气 扶助和热泵除湿换气-除湿扶助的VRF系统被Aynur等人在研究中进行了调查。 26，这是参考文献的扩展研究。25。结果发现，VRF 系统在热泵除湿通风辅 助模式下供的总冷量平均为 97.6%。其余的是在通风时被热泵除湿机组回收的 冷量。另一方面，VRF 系统关于热泵除湿通风除湿的扶助模式提供平均

24、 78.9%的 总冷量。其余的由提供额外的显热和潜冷的热泵除湿机组覆盖。Aynur等人5 研究了通风和多联机VRV系统在办公套件中使用加热方式热收通风系统的综合性能的控制模式的影响。结果发现，热回收通风系统经过引入低湿度比的室外空气到室内， 从而产生干燥的室内环境降低室内湿度比。同时还发现，由于额外的通风负荷；通风扶助的多联机VRV 系统比不通风的消多35.2%以上的能源。Aynur 等人27VRF 节的现场性能测试。热泵除湿机组只使用室外空气中的水分和返回空气加湿 室内的采暖季通风进程中，消除了热回收装置的缺陷，如提供室内干燥环境，引 入额外的通风负荷5 。热泵除湿机组只使用室外空气中的水分

25、和返回加湿室内 的空气在取暖季通风进程中，因此消除了热回收装置的缺陷，如使室内环境干燥， 引入额外的通风负荷5 。三种不同的操作模式；不通风，热泵除湿通风扶助系 统和热泵除湿通风加VRF 系统被调查。其余是通气期间由热泵除湿单元 回收的热量。另一方面， VRF 系统在热泵除湿通风加湿扶助模式下提供平均 46.8%的总加热量。其余的是由热泵除湿机组提供的额外显热和潜热。3.2 建模研究Park 等人根据压缩机频率、总冷负荷、和两个区域（定义为第一区的冷负荷与总冷负荷的 比值）的冷负荷部分研究了系统性能。结果发现，压缩机功率随着二阶压缩机频率和减少而增加。在额定 6 千瓦总冷负荷的系统中，得出的功

26、率消耗随COPCOP 减少各区域之间的负载差异的增大而增大。所增加的功率消耗的原因是，由于增加了压缩机的工作频率。据观察，当负载比从 50%变化到 100%，压缩机频率改变的只有 30%，但电子膨胀 阀开启改变约92%。得出的结论是主要的控制参数是多VRF 系统的电子膨胀阀开启而是压缩机运行频率时的负载比的改变。夏7 等人研究了多联机三通道 VRF 系统。相反，每一个室内机有 开/关” 操作，传热系数方法的连续响应被应用到保持过热度，在 ”开”期间。在这种控制 方法中，为了每个室内机能保持恒定的室内温度每个电子膨胀阀单独调整来分配 合适的制冷剂质量流量。石等人14开发了一种流体网络模型来模拟具

27、有两个室内机的多联机三管 VRF系统的性能。结果发现，系统的能效比在热回收方式下是高于约2倍能比在只冷却”或只加热”方式，由于使用冷却和加热能力。夏等人。28 研究了具有三个室内机的多联机 VRF 系统运行特性。结果发 现，电子膨胀阀开度越大， 经过室内机的流量越大。 得出关于于相同的压缩机转速， 经过调整压缩机转速， 同时保持吸入压力不变， 各蒸发器的冷却能力可以 改变而没有其它影响。Shah 等人。29 开发了一种多联机 VRF 系统的动态建模的新方法。 膨胀比的函数的。结果发现，压缩机可用于多联机 VRF 系统的控制执行机构由于 关于制冷虑电子膨胀阀以保持第二蒸发器的压力满足所需的值。吴

28、等人。 30提出了一种有三个室内机的多联机 VRF 系统控制方法。吸气与模糊控制算法可以实现关于控制参数所需的控制精度。周等人。31 研究了多联机 VRF 系统的性能与 EnergyPlus 动态建筑能耗 拟程序。一种多联机 VRF 系统模块被开发和导入 EnergyPlus 。模块（验证周 等人的实验结果 32,33）可以提供室外室内机的电力和能源的消耗，以及COP和部分负荷率。 结果发现，该多联机 VRF 系统的 COP 增加，当系统在部分负 荷条件下工作，由于高的部分负载效率。此外，该模型被用于在上海的一个 10 层的办公楼进行了关于比研究。得到结论，相比变风量系统，多联机 VRF 系统

29、节 省 20% 以上的能源，相比风机盘管加新风系统，节省 10%以上。林和叶研究了三蒸发器空调的反馈控制设计。 关于于所提出的控制结构， 三个 蒸发温度是由电子膨胀阀开口控制以保持室内温度在设定点，无稳态误差控制。 此外， 压缩机的转速被用来控制与三个蒸发器相关的三个过热温度。 所提出的控 制方法进行了实验验证。2007 在制冷季节， Aynur 2 研究了两个 VRF 系统的综合性能，用能源部的建筑模拟软件包得到的热回收通风装置的数值， 在一个总面积 167.3 平方米现 有温度从冷到热和天气干燥到潮湿，寒冷温和湿润气候（洛杉矶， CA），温和气候（学院公园，M），炎热和潮湿气候（休斯顿，德

30、克萨斯州），炎热干 燥气候（亚利桑那州凤凰城）。 2007 年 6 月至 8 月期间，洛杉矶被认为是最凉 爽的地方，17.7C （6 月），20.5 C （7 月）21.2 （8C 月）的月平均室外温度， 而凤凰被发现是最炎热的地方，34.2 C （6 月），35.4 C （7 月）35.5 C （8 月）0.0171 kg/ kg （6月），0.0176kg/kg（7月）0.0182kg/kg的（月），0.0041kg/kg的月平均室外湿度比（6月），0.0103kg/kg（7月）0.0116 kg/kg（8月）。总体而言，选定的位置覆盖了范围很广的室外温度（10.6 45.6 C）和湿度比

31、（从 0.0015 0.0216 kg/ kg ）。VRF 成了热回收通风装置 ,每天 24 小时运行，每周 7 天，在 2007 年 6 月至 8 月 期 CA27C3200.5它增加了 12.9 27 27C25 C和 23 C。另一方25 CM , TXAZ的季节性总能量消 耗被认为是 46%， CA2.082.45 倍。Aynur 等人35 耗， 多联机 VRV VRV 模块被使用。 多联机 VRV 系统集成热回收通风单元的控制方法， “省煤器 与17%-28%Aynur等36VRFVRF系统的次要组件（）38- 83.4%节能潜力取决于系统配置，室内和室外条件下，相比于变 风量系统的次要的部（加热器和风机）VRF27.1-57.9%节能潜力取决于系统配置，室内和室外条件下，相比于变风量系统。李等人为水冷多联机 VRF 系统开发了 EnergyPlus 模块。建模和测试新的 模式之后， 在典范的上海办公楼的基础上， 月、季制冷能耗和总功耗的