vrv空调系统特性与控制策略研究（一）

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1、vrv空调系统特性与控制策略研究（一）摘要：通过对影响蒸发器换热量的讲因素──膨胀阀开度、空气温度、风量、蒸发温度、和冷凝温度等参数的分析，得出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了新的更适合于制冷系统的控制方法──风量控过热度、开度控室内温度的独立　控制原理和方法，这种控制方法更适合用于制冷空调系统。关键词：蒸发嚣电子膨胀闪工调节特性控制方法独立控制电子膨胀阀──蒸发器联合调节特性与控制策略符号CD──开度系数Z──轴向长度，mTe.Tc──蒸发、冷凝温度，℃Tin──室内温度，℃Tα──换热器进口风温，℃Fi──压缩机频率

2、，HzGr──制冷剂流量，kg/sGα──风量，m3/hTsu──过热度，℃Tsb──过冷度，℃Q──换热量，kVRV）[1-3]。对于多室内机的热回收系统来说，室内机可能同时做冷凝器或蒸发器使用，而且随着人民生活水平的提高，对室内热舒适性也提出了更高的要求，传统的一些控制方法已不能再适应新空调系统的需要。由于系统的复杂程度的增加，传统的一些基于制冷空调系统整体的控制算法都由于其兼容性和可扩展性等因素而受到了很大的局限，因此各室内机和室外机独立控制的思想已经被引入到制冷空调系统的控制之中，一些控制理论和算法如矩阵电子控制算法、人

3、工神经元算法和模糊控制算法都已经被引用到实际的制冷空调系统中[4-8]。为使制冷空调系统能安全稳定的运行，除了在控制技术上提高之外，更要注重研究制冷空调系统本身的运行调节特性。本文在通过分析系统在制冷模式下电子膨胀阀开度、室内温度、室内机风量、蒸发温度、冷凝温度等对室内机换热的影响的基础上，得出了室内机的调节特性，找出了对室内机制冷模式下更合理的控制策略。2.数学模型2.1电子膨胀阀电子膨胀阀是通过步进电机等手段使阀芯产生连续位移，从而改变制冷剂流通面积的节流装置。研究表明，电子膨胀阀的流量特性可借鉴热力膨胀阀的研究成果[9-1

4、2]，其模型描述为：能量方程：hin=hout　　　　　　(1)动量方程：2.2蒸发管路及蒸发器模型2.2.1管内制冷剂侧稳态模型在VRV空调系统中，由于膨胀阀可能设置在离蒸发器较远的位置，节流后的两相制冷剂沿膨胀阀后的管路进入蒸发器，所以在该段管路及蒸发器内部的大部分区域制　剂处于两相流动状态；当液体过冷度较小时，由于管道阻力及上升立管中重力的影响，液态制冷剂将会出现闪蒸，闪蒸之后管路内的流动也为气、液两相流动；当室内换热器制热采用其出口电子膨胀阀控制制冷剂过冷度时，膨胀阀之后的高压液体管内仍然可能呈气、液两相状态。在制冷空调

5、领域内，蒸发管路内制冷剂两相流呈环状流[13,14]，故本文以环状流建模。因制冷剂蒸发现象可能发生上述管段的任何位置，建模时必须在动量议程中考虑重力项。能量守恒议程：整理上述议程，分别得到气、液两相流的质量守恒方程和动量守恒方程。质量守恒方程：　　动量守恒方程：　　式中　Ρtp=αρv+(1-α)ρl是微元管段中两相流体单位容积的质量，称为两相流体的密度。在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四个未知数，方程无法封闭求解。传统的方法采用空隙率经验公式作为补充方程，使方程封闭。但目前还不存在公认准确的空隙率模型计算公式；本文采

6、用文献〔4〕所提出的两相界面关系方程使方程封闭。气、液两相界面关系方程：在式（3）～（6）四个方程中，共有P、α、uv和u1四个未知数，方程组封闭可解。2.2.2空气侧换热模型因横流蒸发器外侧的空气流速较低，一般Re＜2000，且蒸发器沿气流方向的管排数较少，故忽略空气侧压降，只考虑质量守恒和能量守恒方程。质量守恒方程：能量守恒方程：3.调节特性数值求解蒸发管路和电子膨胀阀的数学模型，可以得出系统的仿真特性。对于选定的系统来说，换热器的几何参数为定值，是一个不可调的参数。因此，影响电子膨胀阀－蒸发器部分换热效果的因素主要有电子膨

7、胀阀开度、换热风量、冷凝温度、蒸发温度、室内环境温度、换热器几何参数。3.1膨胀阀开度对蒸发器换热量的影响如图1所示，当系统风量为600m3/h其他参数不变时，蒸发器换热量随膨胀阀相对开度的变化曲线。图1换热量随膨胀阀相对开度变化曲线当电子膨胀阀开度很小时，通过蒸发器的制冷剂流量也很小，制冷剂很容易在蒸发器内变成热气体，在蒸发器出口处有一定的过热度，蒸发器两端的制冷剂焓差基本为一定值。因为制冷剂流量随电子膨胀阀开大而增加，在换热条件仍能保证蒸发器出口制冷剂过热时，出口制冷剂焓值变化不大，所以蒸发器的换热量也随流量的增加而逐渐增加

8、。当膨胀阀继续开大，制冷剂流量增大到一定程度以后，换热条件已经不能使制冷剂出口有过热度，出口已经处于两相区，管外空气侧的流量和换热系数基本为定值，制冷剂流量的增大造成出口干度的降低，但管内制冷剂的换热系数会有所上升，因此，蒸发器换热量只随电子膨胀阀相对开度的增加