多联机运行协调机理及其控制模式的工程应用

摘要 现代化的控制技术将多联机各部件与系统紧密连接，室内、室外机良好协调机制的建立是多联机稳定运行的基础。在工程应用中，通过不同控制模式的合理组合，不仅能满足控制管理要求，还可以实现多联机节能高效运行。
　　关键词 多联机 运行 控制 模式
　　Coordinated operation mechanism for multi-split air conditioneers and its control mode engineering applications
　　Nanjing Metro Co.,Ltd
　　By Hao Sheng
　　Abstract Modern control technology more close to connect various parts of the multi-split air conditioner, good coordination mechanism set up is the stable operation of the indoor and outdoor unit foundation. In engineering applications, through the different control mode of reasonable combination, can not only meet the control management requirements, also can achieve more energy saving efficiency.
　　Keywords multi-split air conditioner operation control mode
　　0引言
　　多联机空调系统（简称多联机）根据《多联机空调系统工程技术规程》JGJ174-2010的定义为一台（组）空气（水）源制冷或热泵机组配置多台室内机，通过改变制冷剂流量适应各房间负荷变化的直接膨胀式空气调节系统，也就是常说的VRV（Variable Refrigerant Volume）。多联机以其冷媒管路直径小、占空间少、易于安装、自动化程度高、便于独立计量、管理方便等特点，在中小型的商用办公楼以及高档别墅等建筑中得到广泛的应用。多联机的出现与其说是新技术，不如说是在智能控制领域不断突破的新的技术与制冷技术的融合，这种融合从应用的角度，给我们带来了新的产品。
　　 1系统原理
　　多联机的工作原理与传统单元式空调机相同，制冷装置中压缩机、节流装置、蒸发器、冷凝器这四大要素，系统中一应俱全，系统分为室内、室外两部分，室外机由室外侧空气热交换热器、压缩机和风机组成，室内机由直接蒸发式热交换热器和风机组成，室内、室外通过冷媒管道连接形成闭式环状管网，制热工况时由四通换向阀完成换向，另外在系统的测控部位安装有温度、压力等传感元件，多联机系统示意图见图1。多联机运行过程中一台（组）压缩机通过管路能够向若干个室内机输送冷媒，依靠冷媒流动进行能量转换，通过电子膨胀阀或其它辅助回路控制压缩机的冷媒循环量和进入室内各换热器的冷媒流量，适时地满足室内冷热负荷要求，室内机可以单独控制，不同的区域可以设定不同的温度，是一种可以根据室内负荷大小自动调节系统容量的节能产品。
　　目前，多联机空调系统主要有单冷型、热泵型和热回收型三种形式。压缩机采用涡旋或双旋转滚动转子压缩机。涡旋压缩机根据调节方式的不同又有变频涡旋和数码涡旋之分。

　　 2协调控制机理
　　多联机虽然从原理上讲与单元机没有差别，但也不能认为是单元机的简单组合和管道延长。多联机与单元机最根本区别在于多联机由多台室内机组成且各室内机的工作状态又相互影响、存在耦合。另外，多联机系统受作用域（如系统配管长度、室内机和室外机高差、室内机之间的高度差等因素）限制使得多联机单系统容量不会很大，各室内机之间分流不平衡对多联机系统的实际运行性能也将产生影响。
　　多联机中，如果一台室内机工况发生了变化，将会影响其它室内机工作的稳定性。文献[2]中石文星博士对冷凝器－电子膨胀阀、电子膨胀阀－蒸发器、蒸发器－压缩机、压缩机－冷凝器等关联部件间的联合调节特性进行了研究。由特性可见，多联机要达到稳定、安全、高效的运行，是离不开控制体系的有力保障，也可以说多联机的成功与否在很大程度上取决于是否采用最佳的系统控制方法。
　　多联机控制系统的首要任务是在负荷及外部条件变化时，及时通过适当的调节作用保证室内舒适性的温控指标，并使系统的工况始终维持在合理、安全范围内。具体到室内机控制的目的，是保持每个房间的室内温度(即室内机的输出能力与室内负荷相匹配)，一般室内机的风量由用户设定，控制系统无法改变，控制变量只能是室内机电子膨胀阀的开度，通过电子膨胀阀的控制完成室内机输出能力或室内温度的控制；而室外机控制的主要任务是保证压缩机容量的输出与室内机的能力总和相匹配，实际运行时，室外机通过室外电子膨胀阀的开度、压缩机的运转频率和台数，以及室外机风扇的转速的控制完成室外机能力的输出控制。另外，对系统来说，压缩机的回油、均油问题也是控制的重点，控制不好会直接带来压缩机的缺油损毁，其它诸如除霜过程也必须有完善的控制方式，才能很好的解决，否则影响冬季的供热性能。
　　因此，多联机控制系统不仅仅是满足室内、室外机组的单独控制要求，还必须做好内外机组间的同步调节的管理，在系统的协调下工作。在调节变量中有的可以通过制冷（或热）循环中热工参数的变化来反映，如压力，有的调节变量则必须通过内、外机组控制器的通讯接口来传递，如室内机的开、关机的状态、电子膨胀阀的开度和运行模式等。
　　多联机控制系统的协调控制目的是使内、外机组的各个环节处在相对独立运行状态，同时又要使内、外机组的各个环节协调控制，对于区域内的负荷变化等系统扰动，内、外机组间是存在协调配合的，它们主动地进行本区城和关联区域的相关调节，而不是任其自然平衡。这显然有利于平衡负荷变化，缩短动态过程，减小控制超调，增加系统运行的动态稳定性。
　　 总之，多联机内、外机间及其内部关联部件间存在的供、需匹配矛盾问题，决定了系统中必须建立起统一的协调控制机制。多联机控制系统是一种功能分散的控制系统，内、外机间必须通过通讯的方式来交换信息，正是有了这种可靠的通讯保障机制，才使得室内机与室外机能协调工作，多联机才能灵活组合且稳定、安全、高效的运行。
　　 3工程应用
　　目前，各品牌产品虽然在内、外机的控制策略上（基于神经网络、模糊逻辑控制技术等）有所区别，但在控制系统的架构上基本一致，都是采用基于现场总线技术的分散式控制系统，如图2所示，在室内机和室外机分别设有自治的控制系统，完成对室内机和室外机分别进行独立的控制。室内机控制器模块主要完成温度检测、电子膨胀阀调节、风机风量控制、摆风风向调节与排水泵控制等；室外机控制器模块主要完成压力检测、冷却风扇控制、电子膨胀阀调节及四通阀模式控制等；室内机与室外机控制器模块间通过总线连接，完成通讯。

　　多联机在不同的控制策略下，系统的运行性能存在差异，对系统的能效也产生不同的影响，但从多联机控制系统工程应用角度，控制系统可分为就地控制、集中控制和基于开放协议的集成管控平台三种形式。
　　3.1就地控制
　　在同一个多联机系统内，根据室内机控制单元的划分情况，就地遥控器设置可采用一个遥控器对应一台室内机（也称独立控制），或一个遥控器对应若干台室内机（也称成组控制）。该控制方式可实现的基本功能有启动/停止，模式切换、温度设定、风向控制、定时功能、过滤网维护等。

　　就地控制控制方式相对简单，经济实用、灵活方便，但因无集中监控管理环节，室内机的温度值设定，开机时间，开机数量随意性比较大，不便于管理，从系统节能的角度，只能靠个人行为来节能。
　　3.2集中控制
　　集中控制可以在远程控制室内对多达128台室内机、32组室外机（品牌不同，数量会有所差异）进行集中或单独控制，控制功能除就地遥控器具有的功能外，还可实现日程控制、故障代码显示、就地遥控器锁定等功能，具备了在远端控制室内实现集中式空调，集中控制管理的要求，同时通过操作权限的部分开放，例如只允许关闭、不允许开启，或只允许开关、不允许调节温度等等，帮助用户进行节能管理。
　　集中控制从管理功能上还解决了集中空调分户计量问题，分户计量以前普遍的做法是根据租赁面积的大小按比例收费，但由于每个租户使用的时间、习惯不同，这样分摊，对于空调使用少的用户极不公平。基于集中控制的多联机电量分户计量系统所具有的电量自动划分功能简化了空调收费的过程，可以根据空调的实际使用情况，如运行时间、设定温度、电子膨胀阀的开启程度、机器容量大小等，计算出每台室内机电量占外机电量的使用比例，使电量划分更合理。
　　3.3基于开放协议的集成管控平台
　　现代化的建筑不断扩展其使用需求，多联机集中控制解决了系统内集中控制管理问题，此方案的不足之处是与建筑物内的其它机电系统无功能关联，尤其在智能化建筑中，不利于机电系统功能的综合集成。随着计算机技术的发展，网络技术已经使楼宇各系统向集成管理的方向发展。
　　集成管理的主要特点是集中管理和分散控制。多联机控制系统一般都专用网络协议，要实现多联机控制系统与楼宇自动化系统（BAS）的集成,或者说被BAS访问和控制，必须解决多联机控制系统的开放性，即接口采用统一的通信协议。通信协议是通信双方的一种约定，它包括数据格式、同步方式、通讯速率、纠错方式及控制字符定义等问题的统一规定，协议在通信时，双方必须共同遵守。
　　BACnet、LonTalk、Modbus等标准协议正被各品牌产品广泛兼容，各品牌产品通过提供相关的中继接口或网关来实现与BAS的互联互通，在管控集成一体化平台上对多联机系统实行状态监测和操作。
　　通过就地控制保证室内舒适的环境，通过集中控制实现集中监控管理、实现系统内的分户计量，通过基于开放协议的集成管控平台不仅能进一步加强空调系统的管理要求，实现楼宇内各自动化系统的综合集成而且可通过Internet实现远程管理，实时地监测多联机的运行状态，实现在线维护和在线故障诊断。因此，根据不同的工程规模，采用灵活多样的控制方式或其组合，不仅可以满足多联机系统自身控制与管理需求，还可以实现系统的高效节能运行。
　　4结论
　　随着人们节能意识的增强，对建筑中空调系统的节能问题提出了更高的控制要求。多联机空调系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，控制节点多，在不同运行工况条件下，调控模式组合多变，如何保证系统能够稳定、高效率运行取决于是否采用最佳的系统控制方法。在工程应用中应注意控制方式的合理选择搭配。