關(guān)鍵詞 多聯(lián)機 多聯(lián)機作用域 連接率 融霜

1. 引言

多聯(lián)式空調(diào)( 熱泵) 機組(multi-connected air-condition(heat pump) unit)，簡稱為多聯(lián)機。有時也稱VRF (variable refrigerant flow)空調(diào)系統(tǒng)，即可變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，由日本大金公司于1982 年開發(fā)推出，打破了傳統(tǒng)的中央空調(diào)設(shè)計理念，在傳統(tǒng)的房間分體空調(diào)器由一臺室外機連接一臺室內(nèi)機的一對一方式的基礎(chǔ)上，研制出了一(多)臺室外機連接多臺室內(nèi)機的供暖制冷系統(tǒng)。使設(shè)計、安裝、運行及維護管理更為簡單、方便^[1]。

多聯(lián)機以其系統(tǒng)設(shè)置的靈活性、安裝維修的簡單性、使用管理的方便性、控制系統(tǒng)選擇的多樣性、部分負(fù)荷的高能效比等特點,在舒適性空調(diào)中的應(yīng)用越來越多,設(shè)計面積也由幾十平米到幾萬平米 。

然而影響多聯(lián)機運行性能的因素有許多，主要是：1. 多聯(lián)機作用域：①系統(tǒng)配管長度，②室內(nèi)機和室外機高差；③室內(nèi)機之間的高度差；2. 室內(nèi)外機的連接率；3. 室外溫度；4. 室外機冬季融霜。因此在設(shè)計、生產(chǎn)和安裝過程中，若不充分考慮以上因素，則未必能最大程度發(fā)揮多聯(lián)機的優(yōu)點，甚至影響機組的正常運行。這就造成多聯(lián)機具體實施上，特別是將多聯(lián)機用于較大的系統(tǒng)時，各子系統(tǒng)不可避免地發(fā)生藕合和干擾，造成不必要的能量損失。

本文分析了影響多聯(lián)機運行性能的四大因素，為設(shè)計選型計算提供理論依據(jù)。

2. 多聯(lián)機作用域的影響

多聯(lián)機系統(tǒng)的作用域包括系統(tǒng)配管長度、室外機與室內(nèi)機之間的高度差以及室內(nèi)機之間的高度差等因素。一般來說,室外機容量越大,系統(tǒng)作用域越大,管路配置越長。但由于直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)本身的特性,系統(tǒng)的作用域不宜過大。

2.1 系統(tǒng)配管長度的影響

流體在管路中流動時總會產(chǎn)生壓降,對于直接膨脹式空調(diào)系統(tǒng),制冷劑回路中沒有增壓泵來補償吸氣管路和排氣管路中的壓力損失,吸氣管路中的壓力損失會造成壓縮機吸氣壓力下降,壓縮比增大,容積效率下降;同時,吸氣比體積增大,導(dǎo)致制冷劑質(zhì)量流量減小,制冷量減小。所以,如果制冷劑管路過長,則多聯(lián)機的制冷能力下降得非常明顯;同時,較長的管路也會降低多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)的COP ,并消耗更多的電力。

在設(shè)計制冷系統(tǒng)時,一般均對吸氣管和排氣管的壓力損失許可值有限制,對于吸氣管來說相當(dāng)于蒸發(fā)溫度降低了1 ℃,對于排氣管來說相當(dāng)于冷凝溫度升高了1～2 ℃^[2] 。

制冷劑管路中的壓力損失Δp 可由式(1) 計算:         （1）

式中，f為摩擦阻力因數(shù)；Gr為制冷劑的質(zhì)量流量kg/ s ；Vr為制冷劑比體積m³ / kg ；d_i為管道內(nèi)徑m ；L 為管道長度m 。

由式(1) 可以看出,對于長度為L 和制冷劑比體積一定的管路,要減小壓力損失只能增大管道內(nèi)徑或減小制冷劑的質(zhì)量流量。但由于回油要求的限制,管道內(nèi)徑只能適當(dāng)增大,因此唯一可行的方法是減小制冷劑的質(zhì)量流量。但是設(shè)計要求制冷系統(tǒng)的制冷量不能減小,故為了滿足長配管的要求,只能增大冷凝器后制冷劑的過冷度,從而增加制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量。

所以，在進行多聯(lián)機系統(tǒng)的設(shè)計選型計算時，要充分考慮到系統(tǒng)配管長度對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)性能的影響

2.2 室內(nèi)機和室外機高差的影響

2.2.1 室外機高于室內(nèi)機

    制冷運行時,室內(nèi)機的電子膨脹閥起節(jié)流作用, 由于重力的作用,電子膨脹閥前的過冷液體的壓力要高于冷凝壓力,高出的數(shù)值取決于室內(nèi)外機高度差產(chǎn)生的附加壓力。因此,室內(nèi)外機的高度差H應(yīng)有一定的限制,即滿足              （2）

式中，p_k為冷凝壓力,MPa ； p₀為蒸發(fā)壓力,MPa ；ρ為液體密度,kg/ m3 ； g 為自由落體加速度,m/ s² ；H 為室內(nèi)外機高度差m ； p_max為電子膨脹閥最高動作壓差MPa 。

制熱運行時,室外機電子膨脹閥起節(jié)流作用,室內(nèi)機電子膨脹閥主要起室內(nèi)機之間的流量平衡作用。制冷劑在上升管內(nèi)流動時,必須考慮重力產(chǎn)生的附加壓降可能會帶來液體閃蒸的問題,保證室外機電子膨脹閥前有一定的過冷度,否則在液體管段內(nèi)產(chǎn)生氣泡,會形成電子膨脹閥前的節(jié)流“氣阻”,導(dǎo)致膨脹閥可能工作不穩(wěn)定。另外,制熱運行時為保證一定的出風(fēng)溫度,必須對冷凝壓力有一定的限制,再加上重力產(chǎn)生的附加壓降使得壓縮機排氣壓力必須要提高。也就是說,壓縮機對排氣壓力的限制決定了室內(nèi)外機高度差不能超過一定范圍。

2.2.2 室外機低于室內(nèi)機

制冷運行時,室內(nèi)機的電子膨脹閥起節(jié)流作用。制冷劑在冷凝器中冷凝后,過冷液體在液管中上升,然后進入電子膨脹閥,由于重力的作用,過冷液體在高壓液管中需克服上升造成的重力損失。為防止液體壓力降低帶來的液體閃蒸,室內(nèi)外機的高度差有一定限制,這與2. 1 節(jié)的分析情況類似。

制熱運行時,室外機電子膨脹閥起節(jié)流作用,制冷劑蒸氣在豎直管中上升至室內(nèi)冷凝器,冷凝后的過冷液體在液管中下降,然后進入室外機電子膨脹閥,節(jié)流后進入室外蒸發(fā)器。如果室內(nèi)外機高度差過大,高溫制冷劑蒸氣可能在管路中冷凝,從而減少室內(nèi)機的制熱量。

綜合前面的分析,為防止液體制冷劑在豎直上升過程中由重力帶來的壓降引起的閃蒸,保證室內(nèi)外機電子膨脹閥的正常工作,防止吸氣過熱、排氣溫度過高,保證吸氣管順利回油,室內(nèi)外機的高度差要盡量減小,最好不要超過40m。

2.3 室內(nèi)機之間的高度差的影響

制冷運行時,室內(nèi)機電子膨脹閥起節(jié)流作用,并且室內(nèi)機之間的流量分配也是由電子膨脹閥來完成的。為了使電子膨脹閥能夠穩(wěn)定工作,具有良好的調(diào)節(jié)作用,電子膨脹閥前制冷劑液體應(yīng)有一定的過冷度。

多聯(lián)機一般都可以長配管、大落差,雖然室外機冷凝器具有較大的過冷度,但是為了克服豎直上升的壓降已經(jīng)損失了絕大部分的過冷度。電子膨脹閥安裝在最低位時,由于重力作用前后壓差最大;安裝在最高位時,前后壓差最小。如果室內(nèi)機之間的高度差較大,安裝在最高位的電子膨脹閥前過冷度最小,容量最小,全開時容量可能不足,而安裝在最低位的電子膨脹閥容量過大,在調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。

2.4 綜述

綜上所述，在進行多聯(lián)機系統(tǒng)的設(shè)計選型計算時，應(yīng)優(yōu)化室外機與室內(nèi)機間的配管布置，減少配管長度，配管等效長度不宜超過70米；或通過產(chǎn)品技術(shù)資料核定，配管實際長度制冷工況下滿負(fù)荷的性能系數(shù)不應(yīng)低于2.80^[3]。

雖然某些空調(diào)公司的多聯(lián)機系統(tǒng)宣傳其最大管長可達165米，等效管長190米，但是隨著管長的增加，系統(tǒng)的制冷或制熱也會產(chǎn)生衰減，所以在設(shè)計時要考慮管長長度帶來的影響。

依據(jù)多聯(lián)機廠家提供的管長修正系數(shù)以及容量系數(shù)修正圖，可根據(jù)室內(nèi)外機的最長等效管長以及室內(nèi)外機的最大高低差來計算得到系統(tǒng)的實際制冷/制熱能力。

3. 室內(nèi)外機的連接率的影響

從經(jīng)濟性和節(jié)能性考慮，需根據(jù)同時使用率來選擇合適的室內(nèi)外機連接率，其中，連接率=室內(nèi)機額定制冷能力之和/室外機額定制冷能力。

連接率一般不超過110%左右，并且在確定下連接率后需確認(rèn)室內(nèi)機的實際冷熱量是否滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷需求。而當(dāng)室內(nèi)機容量總和超過室外機所提供的實際能力時，室內(nèi)機的實際容量就會有所衰減，特別是在連接率較大時必須考慮這個因素的影響。

由于連接率的不同，帶來機組實際容量的衰減，可以通過查詢多聯(lián)機廠家提供的制冷/制熱容量表（如表1）來計算得到實際的系統(tǒng)實際制冷/制熱容量。

表1：某品牌10HP制熱容量表（局部）

注：DB-干球溫度，℃

WB-濕球溫度，℃

TC-總?cè)萘浚?span>KW

PI-輸入功率，KW（壓縮機＋室外風(fēng)扇電機）

4. 室外溫度的影響

室外機運行時,進風(fēng)溫度通常是周邊環(huán)境空氣溫度。從多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器的風(fēng)量角度來看,有式(3) 所示的關(guān)系:

                                          （3）

式中　Q_k為冷凝負(fù)荷W； L為冷凝器換熱風(fēng)量,m³ / h ；c_p為空氣的比定壓熱容kJ / (kg ·℃) ；t₂為空氣出口溫度℃；t₁為空氣進口溫度℃； 為進口空氣密度kg/m³ 。

由式(3) 可以看出,當(dāng)室外機冷凝器進口溫度升高時,勢必將減小室外機的冷凝器散熱量,而冷凝器散熱量的減小將直接導(dǎo)致機組冷凝溫度和壓力的升高。多聯(lián)機的工作原理是建立在單級壓縮制冷循環(huán)的基礎(chǔ)之上的, 于是由室外進風(fēng)溫度升高引起的室外機冷凝溫度的升高,將使多聯(lián)機制冷系統(tǒng)的制冷性能系數(shù)下降及壓縮機功耗增加。

    因此在工程設(shè)計中，為了提高系統(tǒng)的效率，室外機必須設(shè)置在通風(fēng)良好的場所，避免設(shè)置在通風(fēng)條件不良的半封閉空間等場所^[3]。

5. 室外機冬季融霜的影響

    空氣源熱泵機組在冬季運行過程中，當(dāng)空氣通過室外側(cè)換熱盤管時，會有水凝結(jié)在盤管表面，進而結(jié)成了冰，結(jié)在盤管上的冰不僅會減小換熱面積，而且會降低可通過的風(fēng)量。隨著結(jié)霜的不斷增加，會影響到空氣和盤管的熱交換效果，也就是和制冷劑的熱交換效果。因此，融霜是空氣源熱泵在冬季特有的現(xiàn)象，熱泵式VRV空調(diào)機組也不例外。在晴朗的天氣里，大約8h 融一次霜，一天融霜三次左右；而在雨雪的天氣中，大約2～3h 融霜一次；最惡劣的工況是0～5℃之間的雨雪天氣，有時甚至?xí)?～1.5h 融霜一次。由此可知，融霜的時間間隔主要由室外空氣的相對濕度決定的，室外空氣的相對濕度越高，融霜次數(shù)越多，反之則越少。

    由于室外機進行融霜時是不進行制熱運轉(zhuǎn)的，故在進行室外機實際制熱容量計算時，應(yīng)該考慮由于融霜所導(dǎo)致的制熱損失。在計算融霜所導(dǎo)致的制熱損失時，通�？梢愿鶕�(jù)不同的室外溫度，通過查詢廠家提供的融霜修正系數(shù)來計算得到。

6. 結(jié)論

    多聯(lián)機系統(tǒng)進入我國的時間還不長,設(shè)計師對該系統(tǒng)的了解有待于進一步的深入。這種了解不能只停留在廠家對COP、管長、配比率等的宣傳上,只有對設(shè)備性能、制冷原理、控制方式等多方位深入了解才能用好多聯(lián)機,發(fā)揮多聯(lián)機的優(yōu)勢。

本文詳細(xì)分析了影響多聯(lián)機運行性能的四大因素，為設(shè)計選型計算提供理論依據(jù)。

    根據(jù)本文的闡述,設(shè)計多聯(lián)機系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該注意系統(tǒng)配管長度、室內(nèi)機和室外機高差、室內(nèi)機之間的高度差、室內(nèi)外機的連接率、溫度工況、室外機冬季融霜等因素對多聯(lián)機運行性能的影響。在選擇室內(nèi)機時,應(yīng)在負(fù)荷計算的基礎(chǔ)上進行溫度修正、連接率修正和連接管長修正^[3]；在選擇室外機時,在條件允許的情況下應(yīng)盡量選擇高效、容量小的室外機,額定制冷量以不大于56KW為好^[4]。

參考文獻：

[1] 馬一太,王洪利. 多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)及其能效標(biāo)準(zhǔn)進展[J]. 機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008，(2)：21-23.

[2] 王志剛. 變頻控制多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2006

[3] 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 節(jié)能專篇暖通空調(diào). 動力[S]. 2007