基于冷鏈技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

基于冷鏈技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

1vrv空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程最近，人們?cè)絹碓街匾暿孢m的生活環(huán)境和環(huán)境，要求越來越高?？照{(diào)系統(tǒng)是改善生活質(zhì)量的舒適系統(tǒng)之一?？照{(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已有很長的歷史,且在不斷地推陳出新中,許多重要的原理、裝置與系統(tǒng)陸續(xù)被發(fā)明與應(yīng)用,使空調(diào)系統(tǒng)在功能和效率等方面得到了長足的進(jìn)步。20世紀(jì)70年代為熱泵發(fā)展時(shí)代,空調(diào)系統(tǒng)主要是熱泵系列產(chǎn)品,如空氣—空氣熱泵和空氣—水熱泵,所采用的壓縮機(jī)為往復(fù)活塞式壓縮機(jī),通過機(jī)械式控制元件如溫控器、熱力膨脹閥等控制制冷循環(huán)。在80年代以后,微電腦技術(shù)、變頻技術(shù)和電子膨脹閥三大技術(shù)的導(dǎo)入,使熱泵空調(diào)系統(tǒng)的控制技術(shù)由啟?？刂茣r(shí)代發(fā)展到電子控制時(shí)代。便于變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、新型傳感器的應(yīng)用和空調(diào)技術(shù)的發(fā)展,為創(chuàng)造舒適環(huán)境提供了必要的條件。隨著制冷循環(huán)控制技術(shù)的不斷研究和研究成果的應(yīng)用,先后誕生了非變頻調(diào)速和變頻調(diào)速的VRV(VariableRefrigerantVolume)空調(diào)系統(tǒng)及與VRV系統(tǒng)組合應(yīng)用的VAV空調(diào)系統(tǒng),為小型獨(dú)立分散空調(diào)系統(tǒng)開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)入90年代后,計(jì)算機(jī)通訊、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和設(shè)備管理技術(shù)促進(jìn)了空調(diào)系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的發(fā)展,自律分散控制技術(shù)在VRV空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用成功,使網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)得到了簡化,推進(jìn)了小型獨(dú)立分散空調(diào)系統(tǒng)向大型集中空調(diào)系統(tǒng)和熱回收VRV空調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。1995年以后,成功地將蓄冷技術(shù)應(yīng)用于VRV空調(diào)系統(tǒng)中,使能源利用結(jié)構(gòu)更趨合理。在對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)的要求越來越高的今天,綜合考慮節(jié)能、能源利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、空調(diào)設(shè)備的可靠性和室內(nèi)環(huán)境的舒適性,智能控制空調(diào)系統(tǒng)將是今后的發(fā)展方向。2空調(diào)系統(tǒng)組成條件VRV空調(diào)系統(tǒng)是在電力空調(diào)系統(tǒng)中,通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)換熱器的制冷劑流量,適時(shí)地滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷要求的高效率冷劑空調(diào)系統(tǒng)。VRV空調(diào)系統(tǒng)需采用變頻壓縮機(jī)、多極壓縮機(jī)、卸載壓縮機(jī)或多臺(tái)壓縮機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)容量控制;在制冷系統(tǒng)中需設(shè)置電子膨脹閥或其它輔助回路,以調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)機(jī)的制冷劑流量;通過控制室內(nèi)外換熱器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速或傳熱面積,調(diào)節(jié)換熱器的能力。在變頻調(diào)速和電子膨脹閥技術(shù)逐漸成熟之后,VRV空調(diào)系統(tǒng)普遍采用變頻壓縮機(jī)和電子膨脹閥,它們是將來空調(diào)系統(tǒng)智能控制不可缺少的部件。在VRV空調(diào)系統(tǒng)中,把由一臺(tái)室外機(jī)與一臺(tái)室內(nèi)機(jī)相連的系統(tǒng)稱為單元VRV空調(diào)系統(tǒng)或變頻空調(diào)器;把由一臺(tái)或多臺(tái)室外機(jī)與多臺(tái)室內(nèi)機(jī)相連的系統(tǒng)稱為多元VRV空調(diào)系統(tǒng)。空調(diào)系統(tǒng)在環(huán)境溫度、室內(nèi)負(fù)荷不斷變化下工作,因?yàn)橄到y(tǒng)各組成部件之間、系統(tǒng)與環(huán)境之間相互作用,相互影響,所以各運(yùn)行參數(shù)也就不可能達(dá)到穩(wěn)定。VRV空調(diào)系統(tǒng)則是隨環(huán)境溫度、室風(fēng)負(fù)荷的不斷變化,通過其控制系統(tǒng)適時(shí)地調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的容量,消除其影響的一種柔軟性空調(diào)系統(tǒng)。其工作原理是:由控制系統(tǒng)采集室內(nèi)舒適性參數(shù)、室外環(huán)境參數(shù)和表征制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況的狀態(tài)參數(shù),根據(jù)調(diào)節(jié)制冷量或制熱量,并控制空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)扇、電子膨脹閥、風(fēng)向調(diào)節(jié)板及電磁閥等一切可控部件,從而保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性,并使被控空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最佳工作狀態(tài)。3vrv空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)變頻VRV空調(diào)系統(tǒng)的相對(duì)于定速系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能、舒適效果。(1)VRV空調(diào)系統(tǒng)依據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的大小,在不同轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行,減少了壓縮機(jī)因頻繁啟停造成的不可逆損失;無論在制冷還是在制熱工況下,能效比COP隨頻率的降低而升高,由于壓縮機(jī)長時(shí)間工作在低頻區(qū)域,故系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)大大提高;采用壓縮機(jī)低頻啟動(dòng),降低了啟動(dòng)電流,電氣設(shè)備將大大節(jié)能,同進(jìn)避免了對(duì)其它用電設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊。(2)VRV空調(diào)系統(tǒng)具有能調(diào)節(jié)容量的特性,在系統(tǒng)初開機(jī)時(shí)室溫與設(shè)定溫度相差很大,利用壓縮機(jī)高頻運(yùn)行的方式,使室溫快速地到達(dá)設(shè)定值,縮短室內(nèi)不舒適的時(shí)間;系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量使室溫維持在設(shè)定溫度上下極小的波動(dòng)范圍內(nèi),改善了室內(nèi)的舒適性;極少出現(xiàn)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)那種啟停壓縮機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲,且室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇電機(jī)普遍采用直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng),速度切換平滑、圓潤,降低了室內(nèi)機(jī)的噪聲。家用空調(diào)器的普及,有從一居一臺(tái)迅速發(fā)展為一室一臺(tái)的趨勢(shì),促使家用VRV空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展;城鎮(zhèn)地價(jià)的上漲,建筑費(fèi)用的提高,又推進(jìn)了樓宇用大型VRV空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展。由于VRV空調(diào)系統(tǒng)比冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度高3℃左右,其COP值約提高10%;結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,管徑細(xì),不需要設(shè)置水系統(tǒng)和水質(zhì)管理設(shè)備,故不需要專門的設(shè)備層(間),同時(shí)可降低管道層的高度(或節(jié)省管道層),可較大程度地降低建筑物造價(jià),提高建筑面積的利用率;室內(nèi)機(jī)的多元化,可實(shí)現(xiàn)各個(gè)房間或區(qū)域的獨(dú)立控制;而且熱回收VRV空調(diào)系統(tǒng),能在冬季和過渡季節(jié),向需要同時(shí)供冷和供熱的建筑物提供冷、熱源,將制冷系統(tǒng)的冷凝負(fù)荷和蒸發(fā)負(fù)荷同時(shí)利用,大大提高了能源利用效率。據(jù)日本專家預(yù)測(cè),多元VRV空調(diào)系統(tǒng)將是今后中小型樓宇空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展主流之一。4變制冷劑流量制冷系統(tǒng)在傳統(tǒng)的冷庫、空調(diào)系統(tǒng)中,為適應(yīng)多用戶庫(室)內(nèi)負(fù)荷的變動(dòng),減小系統(tǒng)的啟動(dòng)電流,常采用卸載壓縮機(jī)或多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)的制冷系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí),根據(jù)回氣壓力的高低,增減壓縮機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。多元VRV空調(diào)系統(tǒng)即是吸收了此思想,而發(fā)展起來的變制冷劑流量制冷系統(tǒng)。由于多元VRV空調(diào)系統(tǒng)存在有制冷劑流量分配控制和系統(tǒng)穩(wěn)定性控制問題難以解決,在微電腦、電子膨脹閥、變頻技術(shù)誕生以后才開始重視其研究開發(fā)工作。因技術(shù)難度較大,自1985年開始發(fā)展至今,世界上主要是日本三菱、日立、大金、夏普、松下等少數(shù)幾家大企業(yè)擁有這項(xiàng)技術(shù)。目前,多元VRV空調(diào)系統(tǒng)主要有單冷型、熱泵型和熱回收型三種型式,將這三種型式與蓄熱(冷)系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)等結(jié)合,又?jǐn)U大了VRV空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。4.1供熱型供熱技術(shù)圖1示出了各種單冷和熱泵型多元VRV空調(diào)系統(tǒng)的原理圖。在典型的單冷(圖1-1)或熱泵(圖1-3)型多元VRV空調(diào)系統(tǒng)中,壓縮機(jī)通常采用一臺(tái)變頻壓縮機(jī),在大系統(tǒng)中,由一臺(tái)變頻壓縮機(jī)或多極壓縮機(jī)與多臺(tái)定速壓縮機(jī)構(gòu)成壓縮機(jī)組;在各室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)上,設(shè)置有供節(jié)流和流量調(diào)節(jié)的電子膨脹閥(有些系統(tǒng)在室外機(jī)上采用普通膨脹閥);在系統(tǒng)的典型部位安放有溫度傳感器和壓力傳感器。在制冷工況下,室外機(jī)電子膨脹閥全開,通過室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥節(jié)流降壓,控制室內(nèi)溫度和各室內(nèi)機(jī)熱交換器出口制冷劑的過熱度,由壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)吸氣壓力;在制熱工況下,室外機(jī)電子膨脹閥,控制室外機(jī)熱交換出口制冷劑的過熱度,室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥控制室溫和室內(nèi)熱交換器出口的制冷劑過冷度,通過改變壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣壓力。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和可靠性,在一些系統(tǒng)中,增設(shè)了輔助回路。1994年,三菱開發(fā)出帶有內(nèi)部熱交換(HeatInterChanger)回路的變頻單冷型多元VRV空調(diào)系統(tǒng),由圖1-2可知,通過回?zé)峄芈?實(shí)現(xiàn)了制冷劑的有效移動(dòng),減少了系統(tǒng)的壓力損失,提高了系統(tǒng)的能效比。研究表明,經(jīng)回?zé)峄芈返牧髁繛閴嚎s機(jī)循環(huán)流量的2%～22%時(shí),制冷量基本一致,能效比提高10%。同時(shí)由于采用了高壓制冷劑的飽和點(diǎn)控制,減少了系統(tǒng)中的制冷劑的充灌量。面臨電力供應(yīng)的緊張局面,“移峰填谷”是急待解決的問題,隨著世界范圍內(nèi)的峰谷電價(jià)的實(shí)施,蓄熱空調(diào)系統(tǒng)開始得到發(fā)展,從1995年開始,開始應(yīng)用于熱泵型VRV空調(diào)系統(tǒng)中。蓄熱型VRV空調(diào)系統(tǒng)如圖1-4所示,由室外機(jī)、蓄熱槽和多個(gè)室內(nèi)機(jī)組成。室外機(jī)內(nèi)有變頻壓縮機(jī)、制冷劑泵和熱交換器,制冷劑泵實(shí)際上是一臺(tái)低壓縮比(約為2)的壓縮機(jī),它起著搬運(yùn)制冷劑的作用;在蓄熱槽內(nèi)部裝有盤管換熱器和相變蓄熱材料。系統(tǒng)在制冷和制熱運(yùn)行時(shí),都各具有3種運(yùn)轉(zhuǎn)模式,即蓄冷(熱)運(yùn)行、蓄冷(熱)利用制冷(熱)運(yùn)行和壓縮機(jī)制冷(熱)運(yùn)行。在蓄冷(熱)運(yùn)行和壓縮機(jī)制冷(熱)運(yùn)行模式下,制冷劑泵停止運(yùn)行,系統(tǒng)的工作方式和普遍蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一致;在蓄冷利用制冷運(yùn)行模式下,制冷劑泵運(yùn)轉(zhuǎn),將一部分制冷劑壓縮,送入蓄冷槽盤管換熱器,制冷劑將熱量排至蓄冷材料(取冷)而冷凝,與在室外熱交換器內(nèi)冷凝后的制冷劑液體匯合,經(jīng)室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥節(jié)流,送入室內(nèi)機(jī)進(jìn)行制冷;同理,在蓄熱利用制熱運(yùn)行模式下,制冷劑泵運(yùn)轉(zhuǎn),在蓄熱材料中取熱,送入室內(nèi)機(jī)。系統(tǒng)“移峰填谷”的機(jī)理是利用降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度,減小壓縮比,降低高峰電力的使用量。4.2單冷熱泵形系統(tǒng)的應(yīng)用前景熱回收型VRV空調(diào)系統(tǒng)是于20世紀(jì)90年代初研制出的高效節(jié)能型VRV空調(diào)系統(tǒng),它不僅具有單冷和熱泵形系統(tǒng)的功能,同時(shí)由于冷凝負(fù)荷和蒸發(fā)負(fù)荷都被利用,所以大大改善了能源利用效率。對(duì)于同時(shí)需要供冷與供熱的建筑物逐漸增多的今天,具有極大的應(yīng)用前景,所以也就成為了當(dāng)前研究的重要課題之一。當(dāng)今的熱回收型VRV空調(diào)系統(tǒng)具有3管式和2管式兩種形式,參見圖2。(1)外機(jī)與室內(nèi)機(jī)之間的約束副產(chǎn)物3管式VRV空調(diào)系統(tǒng)如圖2-5所示,室外機(jī)由壓縮機(jī)、室外熱交換器和氣液分離器等構(gòu)成;室內(nèi)機(jī)由熱交換器、電磁三通閥及電子膨脹閥構(gòu)成。室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)之間由高壓氣體管、高壓液體管、低壓氣體管3根管道相連,故稱“3管式”系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)通過高壓氣體管將高溫高壓蒸氣引入用于供熱的室內(nèi)機(jī),制冷劑蒸氣在室內(nèi)機(jī)內(nèi)放熱冷凝,流入高壓液體管;制冷劑從高壓液體管進(jìn)入制冷運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)中,蒸發(fā)吸熱,通過低壓氣體管返回壓縮機(jī)。室外熱交換器用于平衡各室內(nèi)機(jī)的冷熱負(fù)荷的緩沖設(shè)備,視室內(nèi)運(yùn)行模式起著冷凝器或蒸發(fā)器的作用,其功能取決于各室內(nèi)機(jī)的工作模式和負(fù)荷大小。(2)基于一帶一路兩軸統(tǒng)的vrv空調(diào)系統(tǒng)融濕風(fēng)道/冷卻系統(tǒng)圖22管式VRV空調(diào)系統(tǒng)如圖2-6所示,空調(diào)系統(tǒng)由室外機(jī)、分流控制器和室內(nèi)機(jī)組構(gòu)成。其中,室外機(jī)由壓縮機(jī)、室外熱交換器和氣液分離器等構(gòu)成;分流控制器由氣液分離器、3個(gè)電子膨脹閥、回?zé)崞?、高低壓氣體轉(zhuǎn)換閥組等組件構(gòu)成,放置在離室內(nèi)機(jī)族較近的部位;室內(nèi)機(jī)由電子膨脹閥和熱交換器構(gòu)成。室外機(jī)與分流控制器之間由高壓氣體管和低壓氣體管兩根管道相連,故稱“2管式”系統(tǒng)。室外熱交換器用于平衡各室內(nèi)機(jī)的冷熱負(fù)荷,起著冷凝器或蒸發(fā)器的作用。在冷暖混合運(yùn)行模式下,控制室外熱交換器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,將部分高溫蒸氣引入分流控制器內(nèi),蒸氣和液體在氣液分離器中分離,蒸氣部分進(jìn)入室內(nèi)供熱,液體部分和在供熱室內(nèi)機(jī)中冷凝后的液體合流進(jìn)入供冷室內(nèi)機(jī)中,液態(tài)制冷劑蒸發(fā)吸熱后,經(jīng)回氣管返回壓縮機(jī)。此外,將VRV空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)末端機(jī)通過送、回風(fēng)風(fēng)道與多個(gè)房間相連就構(gòu)成了與VAV結(jié)合的多元VRV空調(diào)系統(tǒng)。風(fēng)道的各個(gè)室內(nèi)末端裝置根據(jù)室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值大小控制其風(fēng)量,末端機(jī)根據(jù)送風(fēng)道內(nèi)的靜壓控制總送風(fēng)量的大小,由末端機(jī)的過熱度控制相應(yīng)電子膨脹閥的開度,壓縮機(jī)根據(jù)所有室內(nèi)機(jī)的負(fù)荷大小控制其轉(zhuǎn)速。這種系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代中期,現(xiàn)已用于單冷和熱泵型VRV空調(diào)系統(tǒng)中。5在制定多元的rv管道系統(tǒng)研究和開發(fā)中還需解決的問題多元VRV空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展至今,無論是在制冷系統(tǒng),還是在控制方法上都取得了很大的進(jìn)步,但仍存在以下幾方面的問題,尚需進(jìn)一步深入研究。(1)舒適度問題有待于新的智能傳感器的開發(fā)和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用,以推進(jìn)智能空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展。(2)穩(wěn)定和節(jié)能監(jiān)測(cè)研究制冷系統(tǒng)的各調(diào)節(jié)件對(duì)系統(tǒng)特性的影響規(guī)律,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)和節(jié)能控制。(3)可移動(dòng)控制裝置的問題深入研究制冷系統(tǒng)的特性規(guī)律,研制出適合于大小系統(tǒng)兼