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制冷模式下部分负荷VRV的变蒸发温度控制策略

目录

制冷模式下部分负荷VRV的变蒸发温度控制策略1

Abstract2

1.介绍2

2.制冷控制策略5

2．1控制准则摘要5

文章信息2015-1-29

Keywords:

VRVVariableevaporatingtemperaturePartloadconditionControlstrategy

Abstract

Controlstrategyiskeytechnologyforefficientandreliable

控制策略对于空调系统的效率和可信度来说起着重要作用

operationofairconditioningsystem.

AlthoughVRVresearchisboominginrecentyears,

尽管近些年来VRV的研究开始广泛起来

thegeneralcontrolstrategyofVRVsystemisstilltoregulate

VRV系统的整体控制策略仍然是固定蒸发温度或者

refrigerantflowratewhilekeepingevaporatingtemperatureor

在空调工作过程中保持排气压力恒定调节制冷剂的流量

dischargepressureconstantduringcool-ingorheatingprocess.Inthispaper,anovelcontrolstrategywithvariable

在本文中提出了一种新型的控制策路，在部分负荷下改变蒸发温度。

evaporatingtemperatureisexploredunderpartloadconditions.

Basedonrunningpointdeterminedbyoriginalcontrolstrategy,

基于原始控制策略下的运行点，新策略在同样的负荷条件下减少了

Thenewstrategyfurtherreducesrunningfrequencyunderthe

运行效率

samepartloadconditions.Correspondingly,energyconsumption

相应的，能耗减少，蒸发温度上升。

reducesandevaporatingtemperaturerises.Theoreticalanalysisprovesitsfeasibilityofenergysaving.Further

从理论上证明了节能的可行性。

experimentalresultsshowthatthenovelcontrolstrategywould

进一步的实验结果显示新型的控制策略提高了VRV系统的能效比

helptoimproveVRVsystemenergyefficiencyandreduce

尤其是50%负荷以下能量的消耗。

coolingenergyconsumptionespeciallyforpartloadconditionslowerthan50%.©2015ElsevierB.V.Allrightsreserved.

1.介绍

Withseveralcharacteristicsincludingexcellentindividual

由于各独立参数的良好控制，部分负荷下性能良好，易安装维护。

control,goodpartloadperformance,easyinstallation&maintenanceetc.,nowadaysmoreandmorebuildingspreferto

现在，越来越多的建筑选择VRV系统作为冷热源设备来调节空气以满

selectvariablerefrigerantvolume（VRV）systemasheatingorcoolingsourceequipmenttosupplyconditionedairtomeet

使用者的热舒适度。

occupant’sthermalcomfort.Accordingly,VRVsystemisenjoyingspiralgrowthinrecentyears,andevensharesabout35%in

VRV系统近年的使用正在螺旋式增长，在2013年的商业空调市场份

commercialaircon-ditioningmarketofChinain2013,inthe

额达到了35%，同时，市场上卖的94%的VRV系统采用的是变频驱动

meantime,about94%ofVRVsystemsoldinmarkettakes

技术来改变制冷剂流量以至于满足空调的多元化需求。

inverter-driventechnologytoegulaterefrigerantflowratetomeetdiversifieddemandsofaironditioning[1].

VRVsystemisattractingmoreandmoreattention

越来越多的研究人员开始关注VRV系统。

esearchers.VRVreview[2]andotherrelatedliteratures

VRV综述和先关的文献表明，研究员主要关注以下4个方面：

1.

indicatehatfourmainsubjectsarefocusedonbyresearchers,（a）refrig-erationcomponents&systemsimulationandtest[3–8],制冷阀件和系统模拟的测试

（b）fieldperformancetestandintegrationwithadditionalHVACsystem[9–15],现场性能测试与HVAC系统一体化

（c）comparisonsbetweenVRV&otherairconditioningsys-tems[16–18],比较VRV与其他空调系统

（d）controlstrategyofcompressororEEVsorVRVsystems.∗

压缩机，EEV，VRV系统的控制策略。

ControlstrategyisakeytechnologyforinverterVRVsystemnotonly

对于VRV变频系统来说，控制策略很重要，这不仅仅是对于高的EEV和COP，

forhighEERorCOPbutalsoforsystemreliability.

对于系统的可靠性更是如此。

实验验证了VRV系统在低效率的时候EEV将会变大

Linetal.[19]verifiedbyexperimentsthatVRVsystemwouldgetahighEERwhenrunningwithlowfrequency.Actuallywithexcellentcontrolstrategy,VRVsystemwouldreduceitsrunningfrequencywhenPLR

事实上，在良好的控制策略下，当部分负荷减少至系统可行性的最低值，VRV

decreasesuntilreachestheminimumfrequencyvaluewhichislimitedbysystemduetoreliability.Lesson-offloss,betterthermalcomfortwith

系统的运行效率会降低。

减少开关损耗，在高效下提高热舒适度

higherefficiency[20],thesecharacteristicsaretherootcauseforenergysavinginyear-roundrunning.

这些值都是一年中运行的节能根据。

ThegeneralcontrolstrategyofVRVsystemistoadjusttherefrigerant

VRV系统的总体控制策略是在制冷模式下，恒定蒸发温度，通过调节制冷剂流

flowratetomeetcoolingloadwhilekeepingevapo-ratingtemperatureasconstantincoolingmodeandmeetheatingloadwhilekeepingdischarge

达到冷负荷；或者是在制热模式下，恒定排气压力达到热负荷。

pressureasconstantinheatingmode[21,22].Withincreaseofnominalcapacity,theoutdoorunitsofVRVsystemarecomposedofmulti-modules

在名义能力增大的条件下，VRV系统的室外机也是多模块的一部分

withseveralcompressorsingeneral,sothecontrolstrategyismore

一般有多个压缩机，所以控制策略相比单模块就复杂的多。

com-plicatedthanthestrategyofsingle-module.Inorderto

realizestablerunning,Tuetal.[23]proposedcontrolstrategyof

为了使机组稳定运行Tuetal.提出了一种控制策略是在制热模式下恒定冷凝温

度下分配各模块之间的频率，后

fre-quencyallocationbetweenmodulesinheatingmodeintermsofacertainconstantcondensationtemperatureandverifiedbyexperiments.Tuetal.

被实验所证实。

Tuetal还提出另一种控制策略改变冷凝温度保证与VRV系统

[24]alsoproposedcontrolstrategyofvari-ablecondensationtemperaturetoensuretheoutletfreshairtemperatureofanairprocessorcoupledwith

配套的空调机的出口新风温度达到要求。

VRVsystem,andZhuetal.[25]proposedanoptimalcontrolstrategyforVRVsystemconnectingwithVAVsystem.Itisobviousthattheywerethe

Zhu等人提出了VRV与VAV联合的优化控制策略。

很明显这些控制策略适用于两

strategiesforcouplesystembutnotforindividualVRVsys-tem.Jainetal.[26]exploredpartiallydecentralizedcontrolstrategy

两个系统而不是单独的VRV系统。

Jainetal.[26]exploredpartiallydecentralizedcontrolstrategy

Jainetal.等人提出了部分分散的VRV系统的控制策略。

用带有5台室内机的

forVRVsystem.Thestrategywasvalidatedtoberobustandeffi-cientbyonesystemwith5indoorunits.Butitmainlyfocusedonthelogicitself

系统验证该策略是高效的，局限性在于该策略更多的关注逻辑本身而与制冷系统

andhadnorelationshipwithrefrigerantsys-tem.Xuetal.[27]didan

本身关系不强。

Xu等人基于一套有2台室内机的VRV系统进行了关于新型的流量控制算法的实验性研究

experimentalstudyofanewcapacitycontrolalgorithmforonesetofVRVsystemwith2indoorunits.Throughon-offofEEVsconnectedtoeveryindoorunits,totalcapacitydemandwerecalculated,compressorchanged

尽管每一个室内机都有EEV开关控制，总流量是计算得到的，压缩机会相应

itsrunningfrequencyaccordingly.Itwasvalidatedtoberobustand

改变频率，该研究被实验验证有效。

但是实验中观察到了温度的波动，对于大型的系统来说还有很多工作要做

efficientbyexperiments.Buttemperaturefluctuationswereobserved

andmoreworkwithlarge-scaleVRVsystemshouldbedone.Linetal.[28].

Linetal.等人提出了一种制冷剂流量分配的新型控制策略。

研究发现这种控制策略对于不同的热需求有很好的性能。

proposedanovelcontrolstrategyforrefrigerantflowdistri-bution.Experimentsfoundthatthenewstrategypossessedgoodperformanceofflowallocationaccordingtodifferentkindsofther-maldemands.Butthecontrolstrategystillwasbasedonpresetvaluesofevaporating

但是控制策略始终是基于预置的蒸发温度，假设所有的室内机都运行正常。

temperatureandtheassumptionthatallindoorunitswereoperatingduringcontrolprocesswasalsoinap-propriate.Accordingtoliteraturereview,

根据文献综述，还没有论文是关注VRV系统变蒸发温度的。

近年来，中国的建筑面积急速增加，我们应该更加关注VRV系统的节能潜力。

itisconcludedthatthereisstillnopapersfocusedoncontrolstrategywithvariableevaporatingtemperatureforVRVsystem.ConsideringrapidgrowthofbuildingareainrecentyearsinChina[29],energysavingpotentialshouldbepaymoreattentiontoVRVsystem.ExploringnewcontrolstrategytofurtherimproveenergyefficiencyofVRVsystemisessential.ThispaperexploresanovelVRVsystemcontrolstrategyunderpartloadconditionsincoolingmode,throughtheoreticalanalysisandfurtherverifiedbyexperiments,conclusionswereconductedthatthenewstrategycanhelpreduceenergyconsumptionespe-ciallyinlowpartloadconditions.

寻找新型的控制策略大幅提高VRV系统的效率。

本文通过理论分析，实验验证，结论推导找到一种制冷模式下部分负荷VRV的变蒸发温度控制策略，该策略尤其可以减少低部分负荷条件的能耗。

2.制冷控制策略

2．1控制准则摘要

VRVisacomplexsystemwithevenupto64setsofindoorunitsnowadaysconnected

由一台室外机连接64台室内机的VRV系统是相当复杂的，由于环境温度的变化

byonesetofoutdoorunit[2,30].Duetovaria-tionofambienttemperature,differenttypesofbuilding,diversifiedworkingschedule,dailycoolingloadoftenchangesdramatically.AsshowninFig.1,VRVsystemmainlychangesits

建筑类型的不同，变化的工作的条件，工作任务的不同，每日冷负荷变化是很剧烈的，如表1所示，为了匹配不同的冷负荷，VRV系统主要通过改变压缩机的频率来调节制冷剂流量。

compressors’runningfrequencytomodulaterefrigerantflowratetomatchdiversifiedcoolingload.Duringthiskindofregulationprocess,onlyrefrigerantflowrateisvariablewhichmakescontrolstrategyrel-ativelyfeasibleandrobust.SincethefirstVRVunitwasborninJapanin1982[2],VRVsystemexperiencesACinvertertechnol-ogy,digitalvariabletechnologyandDCinvertertechnologyandstillkeepsrefrigerantflowrateastheonlyvariabletobeadjustedintoday.

在这种控制过程中，只有制冷剂流量这一个变量使得控制策略可行。

自1982年大金生产第一台VRV机组，VRV系统经历了交流变频调速技术，数字变频技术，这些技术同样只有制冷剂流量这一个变量。

2.2部分负荷下的流量调节

Zhouetal.[6]pointedoutthatVRVsystemrunwithPLRof30–90%inmost

operationhours.Withoriginalcontrolstrat-egy,fixedevaporatortemperaturewouldenlargepressureratioofcompressorandincreaseenergyconsumptionofVRVsystemespeciallyinpartloadconditions.Lowevaporatingtemperaturewoulddecreaserefrigerantdensity,andthecompressorhadtoincreasecompressorrunningfrequencytogetthesamerefrig-erantflowrateinsamecase,soenergyconsumption

周等人指出VRV系统大多数维持部分负荷在30–90%。

用原有的控制策略，在部分负荷的条件下，耦合的蒸发温度会增加压缩机的压比，从而增加VRV系统的能耗。

低蒸发压力降低制冷剂的密度，在同样的制冷剂流量下，压缩机必须提高工作频率，相应增加了能耗。

increasedcorrespondingly.Fig.2showscapacityregulationprocessofVRVsystem.Curve1&2representcapacityvariationalongwithTe,dif-ferencebetweenthemiscurve1withconstant_Tsh（usually3–5◦C）andcurve2withvariablevalueof_Tsh.SimilartoShi’sanaly-sis[31],withthedecreaseofcoolingload,workingpointwouldchangefromAtoBalongwithrunningfrequencycurvef1.InordertokeepTeasthesame,compressorrunningfrequencywoulddownfromcurvef1tof2andcorrespondingworkingpointwouldchangefromBtoC.Withthenovelcontrolstrategy,workingpointwouldcontinuetochangefromCtoDwhilstevaporat-ingtemperatureincreasesfromTe1toTe3.ItisconcludedthatworkingpointDisbetterthanoriginalworkingpointC,firstislowerfrequencywhichmeanslowerenergyconsumption,secondislowervalueof_Tshwhichhelptomakecompressorworkingenvironmentbetterandimproveworkingreliabilitycorrespond-ingly.

表2显示了VRV系统流量调节的过程。

曲线1,2是随蒸发温度变化的流量变化，不同在于，曲线1的过