多联空调机组运行稳定性分析及试验评价

　　能源和环境问题是当今世界关注的焦点。为了节约能源保护环境，采用变流量以适应空调负荷变化，在制冷空调领域受到广泛重视，变水量、变风量和变制冷剂流量等变流量系统得到应用，在提高调控质量和节约能源两个方面效果突出。

　　随着我国经济建设的发展，住宅建设迅猛增长，为了满足人们对室内外空气环境要求不断提高的需要，近年来出现了所谓"住宅空调"，水--空气系统、空气系统(管道机)和多联式空调机组分别适合不同需要，呈三足鼎立局面。但是，必须注意的是，住宅空调的特点是冷暖两用、调控优良、可靠性高、节约能源，具备上述四方面的空调设备才堪称"住宅空调"，才能在此领域立足壮大。而调控是水-空气系统、空气系统(管道机)当前的薄弱环节，应从速解决。至于多联式空调机组虽然比较完美，但是仍存在标准与难以掌握两大问题，本文将对此进行论述。

　　变制冷剂流量(VRF)空调系统根据室内机数量多少，可分为单元式和多元式两种类型，而多联式空调机组就是多元式变制冷剂流量空调系统，因此，名为机组实际是一套整体系统，必须用整体的系统的观点进行分析研究与试验，才能正确地掌握与评价。

　　1、两相流体网络模拟分析空调系统

　　多联式空调机组由一台或多台室外机与多台室内机组成，依靠制冷剂流动进行能量转换与输送，所以，它是由制冷剂管路将制冷压缩机、室内外换热器、节流装置和其它辅助部件联接而成的闭式管网系统，而室内外换热器又可视为具有扩展表面的传热管，在管内进行着连续冷凝或蒸发过程；这样，多联式空调机组--严格说即变制冷剂流量空调系统，实质上是由制冷压缩机、电子膨胀阀、其它阀件(附件)以及一系列管路构成的环状管网系统。系统中的管路有以下3种类型：

　　①外肋片直管：具有扩展表面的传热管段，承担系统与室内外环境进行热量交换作用；

　　②光管直管：当其外覆保温层时，则视为复合直管，由于布置不同，有上升立管、下降立管和水平管之分；

　　③光管弯管：具有一定弯曲角度的光管。

　　根据上述剖析与归纳，石文星博士率先提出以变容量制冷压缩机为核心的气液两相流体网络模型，从网络拓扑关系描述入手，通过增广关联矩阵，建立了变制冷剂流量空调系统的通用的分布参数模型，采用变步长求解。并以此为手段分析了多联式空调机组的运行特性，研究了系统的调节特性，从而为多元式变制冷剂流量空调系统难以进行分析研究提供了解决方法。

　　以变容量制冷压缩机为核心气液两相流体网络模型，与具有恒压点的单相不可压缩流体网络模型有明显的不同特点：

　　①具有相变过程。制冷剂沿管路流动存在压力损失，且与外界环境发生热交换，会产生相变(冷凝或蒸发)；在稳定工况下，流入与流出节点的质量流量相等，而体积流量不等。

　　②管段阻力特性系统S并非常数。微元管段阻力系数取决于制冷剂状态和流速变化，各管段的阻力特性系数并非管段结构的函数，即管段阻力特性系数不能作为常数处理。

　　③网络系统无恒压点。网络中各点的压力取决于制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀的匹配和调节关系，取决于环境温度和制冷剂流动状态；网络系统通过制冷剂充注量或补充相应的方程封闭求解。

　　④制冷剂的动力特性和传热特性存在耦合关系。各管段制冷剂的温度不仅取决于与外界环境的换热状况，还与该管段的压力密切相关。

　　2、运行稳定性

　　多联式空调机组以节约能源、智能化调节和精确的温度控制著称，但是，是否能真正具备上述三项优越性呢？实际并不一定，而与其容量大小和系统运行稳定性相关。

　　2.1 关于多联式空调机组容量

　　为了宣传多联式空调机组的优越与万能，常用以下几点表达，即：多室外制冷压缩机的单一系统，可联接64台、128台甚至256台室内机，配管最长可达125m，室外机、室内机之间的高差可为50m，室内机之间的高差可达30m。且不论为了实现这种大系统的可靠运行，特别是针对由于环境温度过低与管路过长带来的液体回流、液态制冷剂再闪发和回油困难等问题，需要增加一些辅助回路与附件，致使系统复杂，更重要的是将造成过多能量消耗，以及系统难以稳定运行。

　　为什么能耗增加？一方面由于机组容量增加，实现系统各部件的最优化匹配有难度，致使能耗增加。例如，日本为了实现1997年12月京都会议决议，规定多联式空调机组的制冷能效比(EER)为：制冷量小于等于4kW为4.12，小于等于7kW为3.23，小于等于28kW为3.07，可以说明问题。另一方面，由于管路过长，阻力损失大大增加，也将造成制冷压缩机能耗大为增加，各厂家对此均有说明，故不多述。总之，多联式空调机组容量不宜太大，额定制冷量以不大于56kW为好，而且，室外机就说可能分散布置。

　　2.2 关于系统运行稳定性

　　以制冷工况为例，蒸发温度和冷凝温度是表征系统运行状态的参数。但是，对于室内机来说却不能作为调节参数，为了保证系统稳定运行，需要控制蒸发器制冷剂出口的过热度，以防止回液，因此，室内机的被控参数是室温和蒸发器制冷剂出口的过热度，而调节参数只有室内机的风量和电子膨胀阀的开度。

　　对于室外机来说，其中变频制冷压缩机是VRF气液两相流体网络的动力源，其吸气压力和排气压力的变化是系统稳定运行的关键；但是，尽管制冷压缩机吸气压力和排气压力一定，室外环境温度、压缩机频率和冷凝器风量变化，都直接影响冷凝器制冷剂出口的再冷度，而此再冷度又是系统稳定可靠运行的一个重要参数，因此，制冷压缩机吸气压力、排气压力以及冷凝器风量是调节参数，而这些参数之间又存在充分的耦合关系。

　　根据上述分析，石文星博士提出VRF空调系统的自治协调控制法，即：

　　①在保证室内机蒸发器制冷剂出口具有一定过热度的条件下，应用电子膨胀阀控制室温稳定；

　　②在保证室外机冷凝器制冷剂出口具有一定再冷度的条件下，调节压缩机频率和冷凝器风量控制制冷压缩机吸气压力和排气压力；

　　③在室外机处集中控制压缩机吸气过热度。