vrv 空调系统特性与控制策略研究（一）――――电子膨胀阀――蒸发器联合调节特性与控制策略

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1、VRV空调系统特性与控制策略研究（一）――――电子膨胀阀――蒸发器联合调节特性与控制策略摘要　　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　独立控制符号　　CD――开度系数　　Z――轴向长度，m　　Te.Tc――蒸发、冷凝温度，℃　　Tin――

2、室内温度，℃　　Tα――换热器进口风温，℃　　Fi――压缩机频率，Hz　　Gr――制冷剂流量，kg/s　　Gα――风量，m3/h　　Tsu――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

3、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

4、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[9-12]，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，

5、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

6、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；本文采用3.5　室温对蒸发器换热量的影响　　室内温度对蒸发器换热量的影响如图5所示。室内温度就是蒸发器空气侧的入口温度，当蒸发温度一定时，室内温度主要影响管内外的换热温差，由于经过蒸发器冷却，空气温度最多只能降低到蒸发

7、温度，所以当风量一定时也决定了蒸发器的最大换热量。当室内温度很低时，蒸发器内的制冷剂不能完全蒸发，蒸发器出口有回液现象，随着室内温度的上升，换热器的换热量也逐渐上升，蒸发器出口的制冷剂干度也逐渐上升；当室内温度上升至一定值时，制冷剂能够完全蒸发，蒸发器出口有一定的过热度，由于制冷剂温度最高只能升到室内温度，制冷剂的在蒸发器出口的焓值变化很小，换热量随室温的增加略有上升。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5　换热量随室温变化曲线　　　3.6调节参数的联合

8、影响　　影响蒸发器换热量的参数中蒸发温度和冷凝温度是表征系统运行的参数，不能直接作为调节参数，室内温度是被控对象；如果系统正常运行，还需要蒸发器出口制冷剂保持一定的过热度以防止回液。因此，要控制的参数是室内温度和过热度，能作为调节参数的只有室内机风量和电子膨胀阀开度。室内机风量和电子膨胀阀开度对室内蒸发器的联合影响结果如图6所示。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6　制冷量、过热度随膨胀阀开度