基于冷媒流量周期变化的多联式空调温度控制研究.pdf

技术创新/日用电器基于冷媒流量周期变化的多联式空调温度控制研究Research on Multi-Zone Air-Condition Temperature Control Based on RefrigerantFlux Change雷俊杰黄志刚*（广东美的制冷设备有限公司黎顺全佛山528311)李健锋刘记摘要：本文针对多联机搭配多内机在制热达温后精准控温的难题，提出了通过周期性改变达温内机EEV阀来控制冷媒流量的方案，并研究了方案对各系统运行参数的影响进行了研究。结果表明：周期性开启阀的时间越短，对应内机的出风温度波动越小，而且平均出风温度越低，越稳定，其中周期性关阀36 0 s后开阀2 0 s和1 0 s方案，相比于原方案，单位小时房间温升分别下降了8 2.4%和8 5.1%，说明周期性控制制冷剂流量能够很好的降低达温房间温升，提高控温精准度。关键词：多联机；温度控制；冷媒流量；房间温升Abstract:Aiming at the problem of temperature control of VRF in the heating mode,this paper puts forward a schemeto control the opening of the electronic expansion valve of the internal machine by periodically changing,and studies theinfluence of various parameters of the system and the actual control effect when indoor unit reach its set temperature.The results show that the shorter the time of opening the valve periodically,the smaller the fluctuation of the outletair temperature of the corresponding internal unit,and the lower and more stable the average outlet air temperaturecomparing with keeping the standby opening all the time,.The room temperature rise per hour of the scheme of openingthe valve for 20 s and 10 s after closing the valve for 360 s periodically decreases by 82.4%and 85.1%respectively,which indicates that the periodic on-off valve control can reduce the room temperature rise very well,and this sheme canimprove the accuracy of room temperature control.Key words:multi-zone air-condition;temperature control;refrigerant flux;room temperature rise引言近年来，多联机空调越来越受到消费者的青。多联机空调能够根据室外压缩机的变频和各系统制冷剂流量控制来满足不同房间不同负荷的需求，内机数量可根据房间数量灵活组合搭配，占用面积小，舒适性较高2-1。在房间控温精准的研究中，现有大部分内机温度进入设定温度允许偏差范围内，内机风机停止运转或者周期启停或者运行设定风等模式，以此来控制房间温度，防止室内温度过大波动1-1。对于搭配分体内机的用户来说，达温后停风机会由于室内温度传感器靠近换热器，换热器的热辐射而导致控温精度差，风机周期启停会造成风声的不一致，产生不连续噪音影响用户使用，而按照正常模式的吹设定风在听感方面一致性好。但是由于多联机的特性，往往内机不会全部同时进人达温状态，达温内机电子膨胀阀也不会全部关死，因此会造成达温内机有持续的热量输出，在保温环境好的房间内，2023年9 月/Sep.202341技术创新/Technology and Innovation房间温度会比设定温度偏高，控温不精确，甚至造成过热1 2.1 3。本文针对多联机搭配分体壁挂式内机制热达温控温不精准的现象提出了通过周期性改变控制达温内机电子膨胀阀开度的方案，并对该方案对系统的影响和实际控制效果进行了研究。1多联机搭配多内机系统简介多联机系统由一个室外机搭配多个室内机构成，系统图如图1 所示。其主要部件由压缩机、四通阀部件、室外换热器、电子膨胀阀组件和多个室内机组成1 4-1 。多联机系统在部分内机制热达温时，电子膨胀阀并不完全关死，而是维持一个较小开度保证系统中冷媒不会大量国积在室内换热器中1 1 6-2 0 。当室内达温风机达温时以设定风速或者低风运行时仍会输出热量，造成房间温度控温不准，甚至引起房间过热。其中大能力外机更容易出现某一内机达温后不停风机的设定而导致室内温度偏高等控温不精准问题，特别是保温效果好的房间较为明显。本文实验采用一拖五的多联机系统进行测试，多联机外机额定能力1 3.5kW，内机为5个2.6 kW的同一型号分体内机。2实验测试和结果分析实验在1 0 匹工况实验室进行测试，实验室测试温度测试范围见表1，各实验的测试工况见表2。2.1不同开关阀参数对出风温度的影响本文研究不同开关阀参数对出风温度的影响，将5台内机一起放在工况实验室内侧，其中4 台内机（A、B、C、D）全部设置30 制热高风，E内机设定1 7 制热高风，让其满足达温条件，测试一个小时，取稳定时达温后内机（E内机）的出风温度进行比较，测试结果如图2 所示。从图2 中可以看出，对应相同的关闭时间，周期性开启阀的时间越短，对应内机的出风温度波动越小，而且平均出风温度越低，越稳定。而维持待机开度不关闭阀，出风温度在35左右，出风温度较高，可能会导致室内温度上升，从而控温不准，甚至过热。对测试结果进行量化，结果如表3所示。不关阀的达温内机出风温度为35.8，关阀36 0 s开6 0 s时平均温度为2 6.3，随着开阀时间的缩短，出风的平均温度也随着降低，在开1 0 s这组参数中，平均出风温度最低为2 2.3，接近室内环境温度2 2。出风温度的波动情况也是随着开阀时间的缩短而降低，开阀6 0 s，达温内机的出风温度波动为6.7，而开阀1 0 s，其出风温度波83-M4M1011111-压缩机2-四通阀部件3-室外换热器5-电子膨胀阀组件610-室内机图1 一拖五多联机系统图表1 1 0 匹工况实验室测试范围测试范围温度/室外侧-2065室内侧050表2 实验测试工况设置室外工况（干球室内工况（干球工况/湿球)出风温度影响实验115/10出风温度影响实验215/10蒸发温度影响实验312/8排气回气影响实验412/8房间温升影响实验515/105器4-节流毛细管湿度/%30923092/湿球）22/1522/1522/1522/1522/158842日用电器/ElectricalAppliances技术创新/日用电器动为0.7 s，出风温度趋于平稳。本文也对达温后内机对应的电子膨胀阀开度进行周期性关开处理是否会影响其他内机的出风温度也做了相关研究。图3展示了不同开关阀参数对其他内机出风温度的影响，从图中可以看出，其他正常运行的内机出风温度受达温内机所对应的电子膨胀开关的影响较小，出风温度一直稳定在4 0 左右。说明，周期性关闭其他内机阀对其他未达温内机的正常运行影响不大，不会对有正常制热需求的房间造成影响。2.2对系统各运行参数的影响电子膨胀阀周期性开关对内机蒸发器各点温度变化的影响测试结果如图3所示。测试工况见表2 中的蒸发温度影响实验设置工况。电子膨胀阀的设置参数为样机达温后，阀周期性关阀36 0 s，开阀到待机开度50 步2 0 s。从图4 中可以看出，内机的整体出风温度保持较低的温度，和当前室温接近。蒸发器入口管温刚开始温度较高，当关阀一段时间后温度开始下降，原因是室内机冷媒开始囤积，冷媒囤积得越多，原先高温的气态冷媒逐步冷凝液态冷媒，人口管温随之下降。当阀一开始打开时，冷媒快速的流出，高温的气态冷媒流入内机，因此人口管温温度迅速上升。内机的出口管温和人口管温趋势相反。蒸发器中部温度跟出风温度相接近，趋势较为稳定。图4 展示了周期性开关阀对排气和回气的影响，测试工况见表2 中的排气回气影响实验4 的工况设置，电子膨胀阀的设置参数为样机达温后，阀周期性关阀36 0 s，开阀到待机开度50 步2 0 s从图5中可以看出，压缩机的排气温度随着电子膨胀阀的周期中关开也出现周期性波动，先降低后升高。原因是当阀刚开始打开时，达温内机囤积的冷媒回到压缩机，系统循环冷媒加大，频率不变的情况下，压缩机排气自然下降2。而当达温内机阀关闭一段时间后，系表3平均出风温度和温度波动关阀时间不关阀60平均值/35.8最大值/37.1最小值/34.9波动/2.25040030201000图3开关阀对其他内机出风温度的影响3026.324.930.927.124.224.16.73.0室内温度B内机D内机200400600800100012001400时间/s2022.324.321.92.4A内机C内机E内机1022.322.722.00.7B内机A内机二C内机D内机?E内机室内温度403520150图2 不同开关阀时间参数对出风温度的影响不关阀20500时间/s6010100030301020150050400./30201000图4 电子膨胀阀周期性开关对蒸发器各点温度的影响蒸发器入口管温蒸发器出口管温蒸发器中部温度出风温度蒸发器出口管温蒸发器中部温度蒸发器入口管温出风温度5001000时间/s150020002023年9 月/Sep.202343技术创新/Technology and Innovation统循环冷媒变少，排气自然会升高，直到下一次开阀时间到来后排气再下降，如期周期性的波动。回气的变化趋势是：在关阀期间波动不明显，在开阀的短时间内有较为明显的波动，原因是在开发瞬间进入回气口的冷媒量较关阀有了较大的变化，从而导致回气温度的波动。2.3对系统各温度的影响本文对不同开关阀周期参数对房间温升影响进行了研究，测试结果如图6 所示。工况设置见表1 实验五，样机设置情况为：4 台（AD内机）全部设置30 制热高风，且将这四台放置在室外侧，不影响达温内机对室内侧的加热，E内机设定1 7 度制热高风放于内侧实验室，关阀时间固定为36 0 s，开阀时间是变量，根据不同开阀时间进行测试。测试时，初始温度稳定后开机测试，室内侧停工况，测试一个小时。样机压机运行频率为7 6 Hz。从图6 中可以看出，不关阀的情况，室内温度上升幅度最大，而后随着开阀时间的缩短，室内温升幅度越来越小。具体房间温升情况见表4，不关阀的达温内机的60min房间温升为7.4，而开阀参数为2 0 s的6 0 min房间温升为1.3，1 0 s阀的6 0 min房间温升为1.1，相比不关阀6 0 min房间温升分别下降了8 2.4%和8 5.1%。说明对达温内机进行周期性开关阀控制能够很好的降低房间温升，提高房间的控温精准度。3结论本文对多联机制热达温后内机控温不精准问题进行了研究，提出了通过达温内机电子膨胀阀周期开关阀的方案，并对开关阀参数对内机出风温度、对其他正常有制热需求的内机的出风温度、系统各温度点的影响进行了实验研究，并用房间温升进行了对比验证，得出结论如下：1）周期性开启阀的时间越短，对应内机的出风温度波动越小，而且平均出风温度越低，越稳定。2）开关一台达温内机的电子膨胀阀对其他有正常制热需求的内机出风温度影响较小。3）性开关阀对系统各温度点会有影响，蒸发器入口、出口和排气会随着开关阀周期性波动，蒸发器中部T2温度和回气温度受其影响较小；4）阀的情况，室内温度上升幅度最大，而后随着开阀时间的缩短，室内温升幅度越来越小。总而言之，对多联机搭配挂壁室空调而言，对达温内机进行周期性开关阀控制能够很好的降低房间温升，提高房间的控温精准度。65605550454035300图5开关阀对排气和回气温度的影响40不关阀3035一：1 0302520150图6 不同开关阀周期参数对房间温升的影响表4 不同开关阀周期参数的房间温升情况参数设置/s不关阀6020min温升/4.260min温升/7.4108642回0-25001000时间/s排气温度回气温度一60-2010002000时间/301.522.52.915003000200.61.32000不关阀306020104000100.31.144日用电器/ElectricalAppliances技术创新/日用电器（上接4 0 页）参考文献：【1 刘华，熊建国，余凯，等，“双碳”背景下多联机技术发展探讨J.制冷与空调，2 0 2 2,2 2(3)8 4-9 2.2袁文昭，梁勇超，高旭，等分体式空调制热模式温度控制研究C/2021年中国家用电器技术大会论文集，2 0 2 1:7 2 7-7 30.3霍廖然.从专利申请看中国多联机控制技术的发展现状J.制冷与空调，2 0 2 1,2 1(7):1-3+9.【4 田野户式分体全空气空调系统节能控制仿真研究D.青岛大学，2021.5龚家俊.户式中央空调系统性能综合评价D.安徽工业大学，2 0 2 1.6李健，矫晓龙，赵腾，中国家用多联机的使用偏好研究【C/.2020年中国家用电器技术大会论文集，2 0 2 0 8 7 7-8 8 4.7高德福，喷气增烩变频多联机系统性能提升的方法与实验研究D.华南理工大学，2 0 2 0.8刘旭.多联机与空气源热泵空调系统舒适性及经济性.煤气与热力，2 0 2 0,4 0(6):1 2-1 4+4 2.9张进，湿热地区街区式商业建筑室外热舒适度和空调节能优化设计研究D.华南理工大学，2 0 2 0.10王海荣.VRV多联机空调系统在公共建筑中的应用优势J.居业2020(1):79-82+84.10张浩，曹昊敏，黄志刚，等.变蒸发温度的多联机节能控制策略J.制冷技术,2 0 2 1,4 1(5):1-7+2 5.11张鹏.中央空调节能自动控制设计D.中国矿业大学，2 0 1 9.12孔国生.多联机空调技术及其设计分析J.电子测试，2 0 1 8(Z1):123+91,12王琳.基于热舒适指标的空调系统实时节能舒适控制方法研究D.湖南大学，2 0 1 7【1 3 宋维阳，姜欢，多联机空调技术及其设计探讨J.工程技术研究，2016(6):63.14邓雅静.家用小型多联机：小荷才露尖尖角J.电器，2 0 1 6(9 :36-37.【1 5 黄志刚，冯静娅，黎顺全.变频空调器性能影响因素的正交试验研究J.日用电器，2 0 2 0(4)：34-37.【1 6 武连发，熊建国，余凯，等.高温多联机空调系统的控制方式研究.制冷技术，2 0 1 6,36(4):2 0-2 3.【1 7 侯志辉，刘清明，胡滨，等，动态制冷剂控制技术在多联机中的应用C/2015年中国家用电器技术大会论文集，2 0 1 5:4 30-4 37.18陈树勇家用中央空调的优化设计研究J.信息通信，2 0 1 3(4)：281-282.19杨天.基于变蒸发与冷凝温度的变频多联空调系统能耗仿真分析和实验验证D.上海交通大学，2 0 1 1.20陈茂科：多联式空调系统全年动态能耗分析研究D.青岛理工大学，2 0 0 8.21郑坤.空调多联机系统优化研究D.西安建筑科技大学，2 0 0 7.作者简介：雷俊杰（1 9 8 8-），男，硕士，热能与动力工程专业，中级工程师，主要从事多联机产品设计和开发工作。通讯作者：黄志刚（1 9 9 2-），男，硕士，动力工程专业，中级工程师，主要从事多联机系统优化和控制工作。下都能实现稳定燃烧，存在一个过量空气系数使得多孔介质燃烧器能稳定燃烧。3）通过在预混腔与多孔介质中间错层分布水管的结构可以有效的防止燃烧器回火。4）多孔介质稳定燃烧产生的CO和NOx的排放量明显低于燃气热水器的国家标准。参考文献：1段毅.内嵌换热面多孔介质燃烧与传热研究D.浙江：浙江大学，2017.2吴雪松，程乐鸣，闫珂，等，工业级多孔介质低氮燃烧器试验研究.浙江大学学报（工学版），2 0 1 8,52(1 1)：2 1 36-2 1 4 1+2 1 7 0.3】康淑慧，王恩宇，赵春腾，等，超低热值多孔介质燃烧器积木型内芯结构的试验研究J.河北工业大学学报，2 0 1 8.4 7(3)：8 0-8 5+1 2 2.4】秦朝葵，郑璐.多孔介质燃烧技术现状J.城市燃气，2 0 1 5(7):7-11.5】王恩宇，陈苗苗，史忠天，等，积木型多孔介质燃烧器的辐射输出效率及CO排放J.燃烧科学与技术，2 0 2 2,2 8(3):32 2-32 8.6饶文涛，第三代燃烧新技术-多孔介质燃烧技术研发及应用【J.四川冶金，2 0 1 0,32(6):1-7.7郭健洪，林川红，陈斌，等多孔介质燃气热水器性能试验分析1 .日用电器，2 0 1 6(8）：4 7-508】孙颖楷，顾玉强，周奋，燃气热水器用多孔介质无焰燃烧技术研究J.日用电器，2 0 2 2(9:30-33+55,9谢芳芳.一种螺旋管式多孔介质燃气热水器的设计J.节能，2 0 1 3,32(7):68-71.【1 0 】朱本奥，匡勇，刘柳，等.多孔介质燃烧器研究J.应用能源技术，2015(2):30-33.【1 1 王恩宇，程乐鸣，骆仲决，等，天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧J.燃烧科学与技术，2 0 0 4,1 0(1):1-6.【1 2 刘明侯，许胜，陈靖，等，多孔介质钝体火焰稳定性【J.燃烧科学与技术，2 0 1 2,1 8(2):1 1 1-1 1 6.13曾琦，吴雾薇，徐遵宏，等，多孔介质数值仿真模型研究J.长江大学学报（自科版），2 0 1 6,1 3(2 8）：4 6-4 9.【1 4 黄杰，许学成，陈元元，等，多孔介质燃烧器系统设计及实验研究J.材料与冶金学报，2 0 2 0,1 9(1):7 1-7 7.作者简介：施敏（1 9 8 9-）男，工程师，硕士，主要研究方向为机械自动化、机电工程。2023年9 月/Sep.202345