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变频控制热泵式VRV空调机组运行特性与节能性能实验研究
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内容提示：本文对变频控制热泵式VRV 空调系统冬夏季运行特性和节能性能作了一系列实验研究,分析了影响室内机制冷(热) 量、机组功率的因素,得到了VRV空调系统的部分负荷运转特性,并在节能性能方面与普通风冷热泵冷热水机组作了比较,证明该空调机组比普通风冷热泵冷热水机组节能。
摘要：本文对变频控制热泵式VRV 空调系统冬夏季运行特性和节能性能作了一系列实验研究,分析了影响室内机制冷(热) 量、机组功率的因素,得到了VRV空调系统的部分负荷运转特性,并在节能性能方面与普通风冷热泵冷热水机组作了比较,证明该空调机组比普通风冷热泵冷热水机组节能。
关键词：节能性能 风冷热泵 能效比 制冷工况
1.概述
VRV空调系统全称为Variable Refrigerant Volume系统,即制冷剂流量可变系统。它是在分体式空调机的基础上发展起来的。（参考《建筑中文网》）
空调系统由室内机、室外机、冷媒配管和遥控装置等组成。一台室外机可以配置不同规格、不同容量的室内机1～16台。室外机与室内机之间通过制冷剂管道连接。室内机和室外机之间的制冷剂管长度最长可达100m。当室内机高于室外机时,两者之间的允许高差为20m。当室外机高于室内机时,两者之间的允许高差为50m(1- 6)。2.实验研究
2.1 实验目的
随着VRV空调系统的发展和逐渐普及,人们对其运行特性和节能性能越来越关注。而目前,国内还没有人对VRV空调系统的节能性能作过系统的研究。
有鉴于此,本文作者在同济大学VRV 空调系统专用实验台上对热泵式变频控制VRV空调系统的节能性能作了一系列实验研究,并将之与普通的风冷热泵冷热水机组型中央空调进行能耗比较,给出VRV 空调系统节能的实验数据。
2.2 实验机组简介
实验选用机组为一台室外机带三台室内机的型式,室外机型号为RSXY8KY1C,额定制冷量23kW,额定制热量25kW。三台室内机型号分别为FXYF63KVEC、FXYC63KVEC和FXYK63KV1C,额定制冷量为7.3kW,制热量为8.0kW。
2.3 研究方法
本文主要研究VRV 空调机组在冬夏季工况下的运行特性(包括制冷、制热量及其影响因素) 和部分负荷的能耗情况。由于室外机直接置于室外,室外环境根据实际气候决定,因此实验主要针对三台室内机的开关组合和室温设定情况来做测试。在冬季制热运转情况下,实验主要针对三台室内机的12 种开关组合和室温设定情况来做测试。在夏季制冷运转情况下,实验主要针对三台室内机的24 种开关组合和室温设定情况来做测试。在以上各种工况中,室内机和室外机的风量保持不变(各台室内机的风量始终设定在高风量档) 。
在每种实验工况下,一天24 小时内连续测出各台室内机和室外机进风口和出风口处的干湿球温度、室内外机制冷剂进口和出口处的制冷剂温度和压力,以及室外机的输入功率,以便观察各项性能参数的变化规律。在实验过程中,各台室内机和室外机的风量保持不变, 因此分别在实验开始阶段和结束阶段用热线式风速仪测得其数值,而不做连续记录。
3.实验结果分析3.1 夏季制冷工况分析
3.1.1 室内机瞬时制冷量影响因素分析
根据实验结果,分析了室内机制冷量随室内外温度的变化规律,如图1～图3所示:
图1 FXYC型室内机制冷量随室内外空气温度变化规律图
图2 FXYF型室内机制冷量随室内外空气温度变化规律图
图3 FXYS型室内机制冷量随室内外空气温度变化规律图
根据图1、2和3分析可知,各台室内机的制冷量均随室内外温度的变化而变化,且变化规律基本一致。当室内温度保持不变,而室外温度发生变化时,各台室内机制冷量均随室外温度的升高而降低; 当室外温度保持不变, 而改变室内设定温度时,各台室内机的制冷量均随室内温度的升高而升高。
3.1.2 VRV空调机组能耗分析
VRV空调机组采用封闭式涡旋压缩机, 实验中测得的功率包括压缩机输入功率和室外机风扇功率。本文在夏季实验中,分析机组总功率的变化情况及其影响因素, 机组总功率等于实验测得的功率与各台室内机风扇功率之和。根据分析可知,机组总功率随室内外温度的变化而变化,其变化规律如下图所示:
由图4～6分析可知,无论开几台室内机,机组总功率均随室内、室外温度的变化规律一致。当保持室内设定温度不变时,机组总功率随室外空气干球温度的升高而升高; 当室外空气干球温度保持不变时,机组总功率随室内设定温度的降低而升高。
3.1..3 VRV空调机组部分负荷能效比分析
空调机组的制冷节能性可以采用机组能效比EER来描述。本文给出了当室内湿球温度为18℃,室外干球温度为35℃时,机组能效比与部分负荷的关系曲线,如图7所示:
图7中,负荷率为实际制冷量与该工况下的满负荷时的制冷量之比,满负荷时的制冷量取自大金公司技术资料。由该图可以看出,VRV空调系统在部分负荷时的能效比相当高。当部分负荷率在40%～60%之间变化时,VRV空调系统的能效比相对最高,最高可达到4左右。对于空调系统而言,其处于部分负荷条件下的运行时间占全部运行时间的比例很大,因此,VRV 空调系统的上述特性使得其在实际运行中能够很好地节约能量。
图4 不同空气参数下,开3台室内机的功率变化图
图5 不同空气参数下,开2台室内机的功率变化图
图6 不同空气参数下,开1台室内机的功率变化图
图7 VRV空调系统夏季部分负荷运转特性图
3.2 冬季制冷工况分析
3.2.1 室内机制热量影响因素分析
由实验结果分析可知,室外温度和室内温度产生变化时,每台室内机的制热量也随之而变。当室内温度不变,而室外温度发生变化时,各台室内机制热量均随室外温度的升高而增大;当室外温度保持不变,而改变室内设定温度时,各台室内机的制热量均随室内设定温度的升高而降低。其变化规律如图8～10所示。
3.2.2 VRV空调机组能耗分析
由实验结果分析可知,VRV空调机组的能耗随室内、室外温度的变化而变化,当三台室内机全开时,机组功率随室内外温度的变化规律如图11所示:
图8 FXYC型室内机制热量随室内外空气干球温度变化规律图
图9 FXYF型室内机制热量随室内外空气干球温度变化规律图
图10 FXYS型室内机制热量随室内外空气干球温度变化规律图
图11 不同空气参数下,开3台室内机的机组功率变化图
由上图可以看出,当保持室内设定温度不变时,输入功率随室外温度的升高而减小;当室外温度保持不变时,输入功率随室内设定温度的升高而增大。
3.2.3 VRV空调机组部分负荷性能系数分析
空调机组的制热节能性可以采用机组性能系数COP来描述。本文给出了当室内温度为20℃,室外温度为4℃时,机组能效比与部分负荷的关系曲线,如图12所示:
由图12可以看出,当部分负荷率在55%左右时,机组的性能系数COP 最高,为4.27。随着部分负荷率的升高,能效比逐渐下降。由此说明,在冬季制热运行情况下,与夏季相同,VRV空调机组在部分负荷时的节能性最好。
4.VRV空调机组与普通风冷热泵机组能耗比较为了能更有力地说明VRV空调机组的节能性, 本文通过实验,得到了大金VRV空调机组冬、夏季部分负荷性能曲线, 并与,得到了大金VRV空调机组冬、夏季部分负荷性能曲线, 并与普通100冷吨风冷热泵冷热水机组(下称风冷热泵) 进行能耗比较。比较结果见图13所示。
图12 VRV空调系统冬季部分负荷运转特性图
图13 VRV空调机组与风冷热泵能耗比较
上图中,VRV空调机组和风冷热泵均以各自满负荷时的能耗率为100%,而部分负荷时的能耗则为该负荷下的输入功率与各自满负荷下的输入功率之比。由该图可以看出,在冬夏季运行工况下,当负荷率在20%～100%之间变化时,VRV空调系统的能耗率均低于风冷热泵的能耗率。可以看出,VRV空调系统比风冷热泵节能。这主要是因为VRV空调系统具有以下优点: (1) 机组采用变频控制;(2) 采用冷媒直接蒸发冷却, 减少了不必要的能量损失;(3) 高度智能化的控制,使得机组总是在最优化的条件下运行。而普通风冷热泵在部分负荷时采用能量卸载的方式,将压缩后的冷媒的一部分旁通, 造成能量的极大浪费;而且,一般的风冷热泵都只有3～4级卸载,在只有一部分空调末端运行时,整个机组的能耗相对较大;同时,风冷热泵采用水作为载冷剂,在制冷制热时要经过两次热交换,也会造成能量的损耗。
5.结语本文分析了VRV空调机组冬夏季制热(制冷)量随室内外空气温度的变化规律、机组在不同工况下的能耗及其变化规律,并分析了机组部分负荷时的能效比EER和性能系数COP,得到了机组的部分负荷性能曲线,并将此曲线与普通风冷热泵机组进行比较,证明VRV机组更为节能。
参考文献 (1) 刘传聚编. VRV空调技术及其应用讲义(M). 同济大学,1998 ,4.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200607/8633.htm
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