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户用变频风冷冷水(热泵)机组制冷系统设计中的若干问题
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内容提示：改革开放20多年来，我国人民的生活质量日益提高，居住条件明显改善。随着节能、环保、美化的要求，原有房间空调器（分体式空调器），由于其送风温差大，室内空气品质较差，室外气温低时、供热大大下降，室外机多、影响美观等不足，已难以满足人民生活的要求。人们向往“星级住宅”,户用中央空调这一集大型中央空调与房间空调器优点于一体的小型独立空调系统，代表了21世纪人民居住环境空调的发展趋势。变频风冷冷（热）
摘要：改革开放20多年来，我国人民的生活质量日益提高，居住条件明显改善。随着节能、环保、美化的要求，原有房间空调器（分体式空调器），由于其送风温差大，室内空气品质较差，室外气温低时、供热大大下降，室外机多、影响美观等不足，已难以满足人民生活的要求。人们向往“星级住宅”,户用中央空调这一集大型中央空调与房间空调器优点于一体的小型独立空调系统，代表了21世纪人民居住环境空调的发展趋势。变频风冷冷（热）水机组的设计与传统定频制冷系统设计有相同的地方也有不同的地方。本文结合作者的设计经验提出了变频空调制冷系统设计应注意的若干问题。
关键词：变频空调 制冷剂 毛细管节流 埃克尔 EER
1、前言改革开放20多年来，我国人民的生活质量日益提高，居住条件明显改善。随着节能、环保、美化的要求，原有房间空调器（分体式空调器），由于其送风温差大，室内空气品质较差，室外气温低时、供热大大下降，室外机多、影响美观等不足，已难以满足人民生活的要求。人们向往“星级住宅”,户用中央空调这一集大型中央空调与房间空调器优点于一体的小型独立空调系统，代表了21世纪人民居住环境空调的发展趋势。户用中央空调按技术路线不同分为风冷冷（热）水系统、VRV或VRF变工质流量的多联机系统、风管式系统（管道机）。其中风冷冷（热）水系统又分为定频冷（热）水系统和变频冷（热）水系统。变频冷（热）水系统具有节能、舒适、环保的优点，越来越受到用户的欢迎。变频风冷冷（热）水机组的设计与传统定频制冷系统设计有相同的地方也有不同的地方。本文结合作者的设计经验提出了变频空调制冷系统设计应注意的若干问题。（参考《建筑中文网》）
2、户用变频风冷冷水（热泵）机组的原理及总体结构户用风冷冷水(热泵)机组主要由压缩机、风冷冷凝器、电磁四通换向阀、节流膨胀机构、板式换热器及附属部件气液分离器、油分离器、过滤器以及单向阀等各部件所组成。夏季制冷循环，系统内制冷剂按实线箭头所标的方向流动；冬季制热循环，系统内制冷剂按虚线的箭头所标方向流动。制冷剂方向的改变是由四通换向阀控制的。风冷冷凝器由轴流式风扇进行冷却，夏季为放热，冬季则相反。板式换热器夏季由制冷剂蒸发而变冷,其冷冻水由水泵抽送至室内的风机盘管，由风机盘管内的离心式风扇向室内吹冷风。冬季则相反，板式换热器变为加热器，热水由水泵抽送至室内的风机盘管，由风机盘管内的离心式风扇向室内吹热风。系统中的高低压开关起到压力保护作用，当压力过高或过低时，压力开关动作，将压缩机电路断开保护压缩机不致损坏。气液分离器的作用是使液态制冷剂和气态制冷剂分离以避免压缩机发生液击（湿冲程）。
3.1关于小冷量变频空调制冷系统采用毛细管节流的可行性
节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用主要是节流降压、调节流量和控制过热度。小型制冷系统节流机构主要采用热力膨胀阀、毛细管、电子膨胀阀。
变频变频制冷系统之所以能够高效节能是由于可以根据负荷变化随时对压缩机实行无级能量调节。这就要求制冷剂供液量的调节范围宽。电子膨胀阀具有流量调节范围大、控制精度高和适于智能控制等特点，是变频制冷系统上理想的节流机构。然而，其价格较高，导致产品成本升高。注意到户用变频风冷冷水（热泵）机组大部分时间工作在一段频率范围区间内，而且毛细管的价格低，我们就能否在户用变频风冷冷水（热泵）机组上采用毛细管节流这个问题进行了电子膨胀阀与毛细管节流的性能对比分析。结果表明，以埃克尔HLRD16/BP为例，各运行频率下，采用电子膨胀阀时系统制冷性能均优于采用毛细管，在30Hz、75Hz、100Hz时，前者的制冷量、EER比后者分别高出14.6%、10%，5%、6%，和17%、16%。由此可见，在常用频率区间（40Hz-80Hz），采用毛细管节流也具有可以接受的性能，说明户用变频风冷冷水（热泵）机组采用毛细管节流是可行的。但应谨慎选择毛细管的结构参数 。其长度、内径、根数等是否合适对变频制冷系统的性能有相当大的影响。我们采用经过实验验证的计算模拟方法揭示了不同频率时小冷量变频空调制冷系统的制冷量、输入功率、EER、质量流量、蒸发温度、冷凝温度、排气温度和过冷度随毛细管长度（内径为1.42mm）的变化规律，分析了产生这些变化的原因。在此基础上，提出了确定小冷量变频空调制冷系统单根或多根毛细管尺寸应考虑的主要因素。对于采用排气冷却电机方式的变频压缩机的系统而言，应综合考虑制冷量、EER、排气温度和蒸发温度等因素。
3.2、要仔细确定变频制冷系统的制冷剂充灌量
我们就充灌量的改变对变频空调制冷系统各运行参数及性能参数的影响进行了分析，发现各个频率下制冷量及EER随充灌量的改变存在一个最佳值，并且最佳值的出现具有以下规律：①随着充灌量的改变，制冷量和EER几乎同时达到最佳值；②在各个频率下，与最佳充灌量相对应的蒸发器出口制冷剂状态为：过热度为0，干度为1；③高低频时所需的最佳充灌量不相等，并且高频时所对应的最佳充灌量比低频所对应的最佳充灌量大。变频空调制冷系统最佳充灌量的确定原则可以总结为：①应能使最大运行频率下蒸发器出口刚好达到饱和状态；②系统必须在压缩机入口配备足够大的气液分离器，否则低频时，压缩机将出现湿压缩现象；③在实际运行时，考虑到启动及停机过程的不稳定因素的影响，如有可能，气液分离器的有效容积应是最大液体量的1.5～2倍。
3.3、要充份考虑系统的回油
油在制冷系统中最基本的作用是润滑压缩机的运动部件。第二个重要的用途是有助与运动部件之间的密封，从而防止压缩机中的制冷剂从高压侧向低压侧渗漏。理想情况下润滑油应被限制在压缩机里，但总有一些油伴随着压缩机排气到达制冷循环的各个部件。如果离开压缩机的油过多，将带来下面两个不良后果。一是油将挤占其他设备的有效空间或以别的方式防碍它们的工作，二是如果太多的油离开压缩机，那么剩下的就不足以满足润滑需要以致压缩机出现干摩擦。
对于定频制冷系统，由于压缩机始终以恒速运行，冷凝器、蒸发器及管路中制冷剂有足够的流速将油带回压缩机，因此如果管路不是很长的情况下一般不会产生回油困难。而对变频制冷系统，压缩机转速是根据空调负荷的需要连续调节的。低负荷时，压缩机必以低的转速运行，这时系统中制冷剂的流速不足以将油带回压缩机，如果长时间低转速运行，容易导致压缩机缺油运行。因此变频制冷系统必须在压缩机排气管路上安装油分离器。
3.4、板换的防冻设计
户用风冷冷水（热泵）机组由于结构紧凑，一般采用板式换热器做蒸发器。板式换热器有一致命的缺点是易冻结损坏。其内部某板片冻裂，几乎是无法修复的，往往造成整个空调系统的报废。
冻胀损坏板式换热器的根本原因是水温达到0℃以下。对与安装在室外的板式换热器，冬天待机时，可通过机组防冻保护运行防止板换冻结。其他冻胀损坏很少发生在机组稳定运行时，大多发生在系统切换，如开停机阶段。 板式换热器中水侧发生冻结，说明该换热器中全部或局部蒸发温度已底于0℃。引起蒸发温度降低的原因有：水流量太小或水流道局部堵塞而引起流量减小，水温变的更低；制冷剂侧流道堵了或制冷剂在各流道分配不均匀；过低的冷凝温度。防止板换冻结，主要在水侧和制冷剂侧采取一定的保护措施。
水侧保护措施有：1）在进水管路上安装过滤器，保证能滤掉1mm以上的杂质；2）在进出水管路上设置流量开关或压差感应开关，未达到设定流量时使压缩机停机；3）在进出水管路上设置温度感应器，进水管上设置>7℃,或出水管上设置>2℃，低于此值时压缩机停机。
制冷剂侧保护措施有：1）在压缩机排气管与蒸发器进液管之间加装热制冷剂蒸汽旁通阀，当蒸发温度将至某值时此阀打开；2）在压缩机吸气管路上加装吸气压力开关，当蒸发温度降至某值时，降低压缩机运行频率，阻止蒸发温度的进一步降低。
3.5、两器的设计
两器（水侧换热器和风侧换热器）是户用变频风冷冷（热）水机组重要的两大关键部件，它们设计是否合理将影响变频空调机组的高效运行。冷凝器传热面积偏小，冷凝压力增高，导致变频压缩机电流过大，引起变频模块过热过流保护，压缩机运行频率无法上升，其能力发挥不出来。蒸发器传热面积偏小，蒸发温度降低，压缩机的能力同样得不到发挥，同时低的蒸发温度有引起板换冻结的危险。变频空调机组一般按照制冷名义工况下，压缩机以最高频率运行，来确定两器的传热面积。同时通过试验验证在制冷、制热最大运行工况，压缩机能以最高频率（或接近最高频率）运行。有些厂家为降低成本，两器设计的偏小，环境温度低时，压缩机还能以较高频率运行，一旦气温升高，压缩机便过热过流降频保护。当然变频模块偏小也会导致这一情况，但适当增大传热面积对压缩机、变频模块都是有利的。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200606/8596.htm
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