戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組制冷系統(tǒng)設計中的若干問題

1、<p>　　戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組制冷系統(tǒng)設計中的若干問題</p><p>　　摘要：改革開放20多年來，我國人民的生活質量日益提高，居住條件明顯改善。隨著節(jié)能、環(huán)保、美化的要求，原有房間空調器（分體式空調器），由于其送風溫差大，室內空氣品質較差，室外氣溫低時、供熱大大下降，室外機多、影響美觀等不足，已難以滿足人民生活的要求。人們向往“星級住宅”,戶用中央空調這一集大型中央空調與房間空調器優(yōu)點于一

2、體的小型獨立空調系統(tǒng)，代表了21世紀人民居住環(huán)境空調的發(fā)展趨勢。變頻風冷冷（熱）水機組的設計與傳統(tǒng)定頻制冷系統(tǒng)設計有相同的地方也有不同的地方。本文結合作者的設計經驗提出了變頻空調制冷系統(tǒng)設計應注意的若干問題。 </p><p>　　關鍵詞：變頻空調 制冷劑 毛細管節(jié)流 ?？藸?EER </p><p><b>　　1、前言</b></p><p&g

3、t;　　改革開放20多年來，我國人民的生活質量日益提高，居住條件明顯改善。隨著節(jié)能、環(huán)保、美化的要求，原有房間空調器（分體式空調器），由于其送風溫差大，室內空氣品質較差，室外氣溫低時、供熱大大下降，室外機多、影響美觀等不足，已難以滿足人民生活的要求。人們向往“星級住宅”,戶用中央空調這一集大型中央空調與房間空調器優(yōu)點于一體的小型獨立空調系統(tǒng)，代表了21世紀人民居住環(huán)境空調的發(fā)展趨勢。戶用中央空調按技術路線不同分為風冷冷（熱）水系統(tǒng)、VR

4、V或VRF變工質流量的多聯機系統(tǒng)、風管式系統(tǒng)（管道機）。其中風冷冷（熱）水系統(tǒng)又分為定頻冷（熱）水系統(tǒng)和變頻冷（熱）水系統(tǒng)。變頻冷（熱）水系統(tǒng)具有節(jié)能、舒適、環(huán)保的優(yōu)點，越來越受到用戶的歡迎。變頻風冷冷（熱）水機組的設計與傳統(tǒng)定頻制冷系統(tǒng)設計有相同的地方也有不同的地方。本文結合作者的設計經驗提出了變頻空調制冷系統(tǒng)設計應注意的若干問題。</p><p>　　2、戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組的原理及總體結構</

5、p><p>　　戶用風冷冷水(熱泵)機組主要由壓縮機、風冷冷凝器、電磁四通換向閥、節(jié)流膨脹機構、板式換熱器及附屬部件氣液分離器、油分離器、過濾器以及單向閥等各部件所組成。夏季制冷循環(huán)，系統(tǒng)內制冷劑按實線箭頭所標的方向流動；冬季制熱循環(huán)，系統(tǒng)內制冷劑按虛線的箭頭所標方向流動。制冷劑方向的改變是由四通換向閥控制的。風冷冷凝器由軸流式風扇進行冷卻，夏季為放熱，冬季則相反。板式換熱器夏季由制冷劑蒸發(fā)而變冷,其冷凍水由水泵抽送

6、至室內的風機盤管，由風機盤管內的離心式風扇向室內吹冷風。冬季則相反，板式換熱器變?yōu)榧訜崞?，熱水由水泵抽送至室內的風機盤管，由風機盤管內的離心式風扇向室內吹熱風。系統(tǒng)中的高低壓開關起到壓力保護作用，當壓力過高或過低時，壓力開關動作，將壓縮機電路斷開保護壓縮機不致損壞。氣液分離器的作用是使液態(tài)制冷劑和氣態(tài)制冷劑分離以避免壓縮機發(fā)生液擊（濕沖程）。</p><p>　　3、變頻空調制冷系統(tǒng)設計應注意的若干問題</

7、p><p>　　3.1關于小冷量變頻空調制冷系統(tǒng)采用毛細管節(jié)流的可行性</p><p>　　節(jié)流的工作原理是制冷工質流過閥門時流動截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降，壓力下降的大小取決于流動截面收縮的比例。節(jié)流機構的作用主要是節(jié)流降壓、調節(jié)流量和控制過熱度。小型制冷系統(tǒng)節(jié)流機構主要采用熱力膨脹閥、毛細管、電子膨脹閥。</p><p>　　變頻變頻制冷系統(tǒng)之所以能夠高效

8、節(jié)能是由于可以根據負荷變化隨時對壓縮機實行無級能量調節(jié)。這就要求制冷劑供液量的調節(jié)范圍寬。電子膨脹閥具有流量調節(jié)范圍大、控制精度高和適于智能控制等特點，是變頻制冷系統(tǒng)上理想的節(jié)流機構。然而，其價格較高，導致產品成本升高。注意到戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組大部分時間工作在一段頻率范圍區(qū)間內，而且毛細管的價格低，我們就能否在戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組上采用毛細管節(jié)流這個問題進行了電子膨脹閥與毛細管節(jié)流的性能對比分析。結果表明，以?？藸朒L

9、RD16/BP為例，各運行頻率下，采用電子膨脹閥時系統(tǒng)制冷性能均優(yōu)于采用毛細管，在30Hz、75Hz、100Hz時，前者的制冷量、EER比后者分別高出14.6%、10%，5%、6%，和17%、16%。由此可見，在常用頻率區(qū)間（40Hz－80Hz），采用毛細管節(jié)流也具有可以接受的性能，說明戶用變頻風冷冷水（熱泵）機組采用毛細管節(jié)流是可行的。但應謹慎選擇毛細管的結構參數 。其長度、內徑、根數等是否合適對變頻制冷系統(tǒng)的性能有相當大的影響。我們

10、采用經過實驗驗證的計算模擬方法揭示了不同頻率時小冷量變頻空調制冷系統(tǒng)的制冷量、輸入功率、E</p><p>　　3.2、要仔細確定變頻制冷系統(tǒng)的制冷劑充灌量</p><p>　　我們就充灌量的改變對變頻空調制冷系統(tǒng)各運行參數及性能參數的影響進行了分析，發(fā)現各個頻率下制冷量及EER隨充灌量的改變存在一個最佳值，并且最佳值的出現具有以下規(guī)律：①隨著充灌量的改變，制冷量和EER幾乎同時達到最佳值

11、；②在各個頻率下，與最佳充灌量相對應的蒸發(fā)器出口制冷劑狀態(tài)為：過熱度為0，干度為1；③高低頻時所需的最佳充灌量不相等，并且高頻時所對應的最佳充灌量比低頻所對應的最佳充灌量大。變頻空調制冷系統(tǒng)最佳充灌量的確定原則可以總結為：①應能使最大運行頻率下蒸發(fā)器出口剛好達到飽和狀態(tài)；②系統(tǒng)必須在壓縮機入口配備足夠大的氣液分離器，否則低頻時，壓縮機將出現濕壓縮現象；③在實際運行時，考慮到啟動及停機過程的不穩(wěn)定因素的影響，如有可能，氣液分離器的有效容積

12、應是最大液體量的1.5～2倍。</p><p>　　3.3、要充份考慮系統(tǒng)的回油</p><p>　　油在制冷系統(tǒng)中最基本的作用是潤滑壓縮機的運動部件。第二個重要的用途是有助與運動部件之間的密封，從而防止壓縮機中的制冷劑從高壓側向低壓側滲漏。理想情況下潤滑油應被限制在壓縮機里，但總有一些油伴隨著壓縮機排氣到達制冷循環(huán)的各個部件。如果離開壓縮機的油過多，將帶來下面兩個不良后果。一是油將擠占其

13、他設備的有效空間或以別的方式防礙它們的工作，二是如果太多的油離開壓縮機，那么剩下的就不足以滿足潤滑需要以致壓縮機出現干摩擦。</p><p>　　對于定頻制冷系統(tǒng)，由于壓縮機始終以恒速運行，冷凝器、蒸發(fā)器及管路中制冷劑有足夠的流速將油帶回壓縮機，因此如果管路不是很長的情況下一般不會產生回油困難。而對變頻制冷系統(tǒng)，壓縮機轉速是根據空調負荷的需要連續(xù)調節(jié)的。低負荷時，壓縮機必以低的轉速運行，這時系統(tǒng)中制冷劑的流速不足

14、以將油帶回壓縮機，如果長時間低轉速運行，容易導致壓縮機缺油運行。因此變頻制冷系統(tǒng)必須在壓縮機排氣管路上安裝油分離器。</p><p>　　3.4、板換的防凍設計</p><p>　　戶用風冷冷水（熱泵）機組由于結構緊湊，一般采用板式換熱器做蒸發(fā)器。板式換熱器有一致命的缺點是易凍結損壞。其內部某板片凍裂，幾乎是無法修復的，往往造成整個空調系統(tǒng)的報廢。</p><p>

15、　　凍脹損壞板式換熱器的根本原因是水溫達到0℃以下。對與安裝在室外的板式換熱器，冬天待機時，可通過機組防凍保護運行防止板換凍結。其他凍脹損壞很少發(fā)生在機組穩(wěn)定運行時，大多發(fā)生在系統(tǒng)切換，如開停機階段。 板式換熱器中水側發(fā)生凍結，說明該換熱器中全部或局部蒸發(fā)溫度已底于0℃。引起蒸發(fā)溫度降低的原因有：水流量太小或水流道局部堵塞而引起流量減小，水溫變的更低；制冷劑側流道堵了或制冷劑在各流道分配不均勻；過低的冷凝溫度。防止板換凍結，主要在水側和

16、制冷劑側采取一定的保護措施。</p><p>　　水側保護措施有：1）在進水管路上安裝過濾器，保證能濾掉1mm以上的雜質；2）在進出水管路上設置流量開關或壓差感應開關，未達到設定流量時使壓縮機停機；3）在進出水管路上設置溫度感應器，進水管上設置&gt;7℃,或出水管上設置&gt;2℃，低于此值時壓縮機停機。</p><p>　　制冷劑側保護措施有：1）在壓縮機排氣管與蒸發(fā)器

17、進液管之間加裝熱制冷劑蒸汽旁通閥，當蒸發(fā)溫度將至某值時此閥打開；2）在壓縮機吸氣管路上加裝吸氣壓力開關，當蒸發(fā)溫度降至某值時，降低壓縮機運行頻率，阻止蒸發(fā)溫度的進一步降低。</p><p><b>　　3.5、兩器的設計</b></p><p>　　兩器（水側換熱器和風側換熱器）是戶用變頻風冷冷（熱）水機組重要的兩大關鍵部件，它們設計是否合理將影響變頻空調機組的高效運

18、行。冷凝器傳熱面積偏小，冷凝壓力增高，導致變頻壓縮機電流過大，引起變頻模塊過熱過流保護，壓縮機運行頻率無法上升，其能力發(fā)揮不出來。蒸發(fā)器傳熱面積偏小，蒸發(fā)溫度降低，壓縮機的能力同樣得不到發(fā)揮，同時低的蒸發(fā)溫度有引起板換凍結的危險。變頻空調機組一般按照制冷名義工況下，壓縮機以最高頻率運行，來確定兩器的傳熱面積。同時通過試驗驗證在制冷、制熱最大運行工況，壓縮機能以最高頻率（或接近最高頻率）運行。有些廠家為降低成本，兩器設計的偏小，環(huán)境溫度低

19、時，壓縮機還能以較高頻率運行，一旦氣溫升高，壓縮機便過熱過流降頻保護。當然變頻模塊偏小也會導致這一情況，但適當增大傳熱面積對壓縮機、變頻模塊都是有利的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　⑴ 蔣能照 張華主編.家用中央空調實用技術.機械工業(yè)出版社.2002.3</p><p>　?、?C.斯坦赫德編著 制冷用釬焊