变频空调系统性能分析.docx
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变频空调系统性能分析
变频空调系统性能分析
摘要提出了直观分析变频空调系统的性能和扰动调剂特性的性能图,并由此来分析室内外环境工况、热互换器容量、紧缩机频率(或排气量)转变对系统特性及制冷剂状态的阻碍规律,采纳性能图分析方式不仅为变频空调系统的优化设计与优化操纵提供了有力的工具,而且有助于熟悉单元与多元空调系统设计与操纵思想的统一性。
关键词变频空调系统 制冷循环 性能图
1引言
随着人们生活水平的提高,对工作和生活环境的舒适性要求也愈来愈高,空调系统在人们的日常生活中扮演着愈来愈重要的角色,可是空调是耗能产品,不管从国内和国际上,能源问题都仍然不容乐观,因此,集舒适性和节能有性于一身的变频空调器也愈来愈为广大用户所同意,变频紧缩机的利用,增加了系统的可调控参数,提高了空调器的部份负荷时的性能,用变容量的柔性操纵代替了起停操纵,减小了系统对电网的冲击和室内温度的波动,从节能和舒适性的角度都比定速空调器有明显的提高[1~5]。
研究空调系统的特性是开发变频空调系统及其操纵系统的前提。
紧缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器的工作性能别离能够用制冷系统的内部参数和外部参数来描述,因此,求解四大部件的联立议程组即可取得系统的性能。
文献[6,7]提出了采纳制冷循环性能图来分析制冷系统性能的方式,该方式从制冷系统整体匹配关系动身,来分析环境工况、热互换器容量大小对系统特性的阻碍规律,具有极强的直观性。
本文提出变频空调系统制冷循环性能图分析方式,从性能图中能够清楚地看出各要紧参数对系统的阻碍方向和阻碍程序,不仅有助于熟悉单元与多元空调系统设计与操纵思想的统一性,而且有利于设计者估量到改良或调剂某个设备时,对整个系统性能的阻碍成效。
2制冷系统性能图
图1示出了成立在集总参数法基础上的变频空调系统的性能图[3]。
性能图由两部份组成,图(a)表示蒸发器的性能曲线和紧缩机的不同频率时制冷量随冷凝温度和蒸发温度的转变关系;图(b)表示冷凝器的性能曲线和紧缩机在不同频率(或排气量)时冷凝负荷随冷凝温度和蒸发温度的转变关系,制冷剂相同状态点在图(b)、(a)中以同名大、小写字母表示。
图中,频率f1<f2<f3,冷凝温度tc1<tc2<tc3,蒸发温度te1<te2<te3;e1(e′1)、e2为蒸发器性能曲线,蒸发器e1的容量大于e2;c1(c′1)、c2为冷凝器性能曲线,冷凝器c1的容量大于c2。
当紧缩机定频运行时,相当于定速空调系统,故图1所示的性能图也一样适用于定速空调系统。
图1 变频系统制冷循环性能图
3变频空调系统的性能图分析法
3.1蒸发环境湿球温度的阻碍
当紧缩机频率不变(f=f2),采纳蒸发e1、冷凝器c1时,从图1(a)中能够看出,蒸发环境湿球温度(对应于空气的焓值)升高,蒸发器性能曲线由e1转变到e′1,制冷循环的状态由a点转变到f点,系统的蒸发温度和制冷量均有所上升;从图(b)中能够看出,系统的冷凝温度和冷凝负荷均有所上升;其冷凝负荷与制冷量的差值即为系统消耗功率,从性能曲线能够看出,蒸发环境湿球温度升高会致使系统耗功增大。
反之,蒸发环境温度下降,会使系统的蒸发温度、冷凝温度、制冷量和耗功减小。
3.2蒸发器容量转变的阻碍
当其他因素不变,通过减小风量或电子膨胀阀开度(从而增大蒸发器出口过热度)等手腕减小蒸发器容量时,蒸发器性能曲线由e1转变到e2,制冷循环状态从a点转变到d点,系统的冷凝温度、蒸发温度、制冷量和耗功均减小。
3.3冷凝环境温度的阻碍
当其他因素不变时,冷凝环境温度减小时,从图1(b)能够看出,冷凝器性能曲线由c1转变到c′1,系统的工作点由A转变到E,冷凝温度下降,冷凝负荷转变不大;从图1(a)能够看出,蒸发温度下降,制冷量增大,系统耗功减小,能效比提高。
3.4冷凝器容量转变的阻碍
在冷凝环境温度不变,冷凝器容量减小时,在图1(b)中,性能曲线由c1转变到c2,系统的工作点由A转变到C,冷凝温度升高,冷凝负荷转变不大;从图1(a)中能够看出,系统的蒸发温度有所升高,制冷量减小,耗功增大,能效比降低。
由此可见,维持紧缩机频率不变,当室内、外环境工况发生转变(外扰作用)或调剂室内、外热互换器容量时,系统新的稳固工作点必然落在图1所示的阴影区域[即图1(a)中过原工作点a的冷凝温度线和蒸发器性能曲线组成的阴影区域;图1(b]中过原工作A的蒸发温度线和冷凝器性能曲线组成的阴影区域]内,换言之,仅通过调剂室内、外热互换器容量,制冷循环的状态点不可能超越此阴影区域。
故在操纵制冷循环状态时,欲抵达阴影区域之外的状态,必需通过调剂紧缩机频率才能实现。
3.5紧缩机频率转变的阻碍
当其他条件不变时,紧缩机频率提高(f2→f3),制冷循环状态点将从A点沿蒸发器和冷凝器的性能曲线移至状态点B。
从图中能够看出,当紧缩机频率上升时,蒸发与冷凝温度别离下降(a→b)与上升(A→B),制冷量和冷凝负荷都取得提高。
因此在室内冷(热)负荷增大时,通过增大室内、外热互换器的容量还不能达到负荷要求时,应通过提高紧缩机频率来增大空调系统的输出能力。
在紧缩机可变频率范围内,调剂紧缩机频率改变阴影区域在性能图中的位置,再调剂热互换器的容量,就可使制冷循环抵达所要求的状态。
4单元与多元变频空调系统运行调剂的统一性
不管在制冷或制热时,当室内机容量改变时,其变频空调系统的平稳状态点将发生改变,为保证室内环境舒适性,必需对系统进行调剂。
利用图2(a)来分析单元系统制冷时的性能。
从图中能够看出当系统的运行频率为f1,室内机风速为低速时,系统的蒸发温度为;现在假设将风速调剂至中速,蒸发器的容量由e1转变至e2,系统的蒸发温度将上升为,系统的制冷量虽有所上升,但除湿能力将下降,为保证制冷系统的除湿成效,需调剂紧缩机频率至f2,将蒸发温度调剂至;同理,当蒸发器容量转变至e3时,紧缩机频率也需进行相应的调剂,反之,当蒸发器容量由大变小时,若是不同时调剂紧缩机频率,蒸发温度将降低,不仅使系统能效降低,而且还会造成蒸发器结霜、结冰,阻碍系统正常工作。
图2单元与多元变频空调系统运行调剂的统一性
在多元系统中,假设各室内环境的湿球温度相同,且忽略各室内机因连接管长度对系统性能的阻碍,当增开(或关闭)一台或多台室内机,使蒸发器总容量增大(或减小)时,其系统特性也发生相应的转变,这点仍然能够利用图2(a)进行分析。
例如一个一拖二空调系统,在将蒸发温度操纵在的前提下,蒸发器容量为e1和e2的室内机别离运行时,紧缩机的运转频率别离为f1和f2;当两台室内机同时工作(即蒸发器总容量上升至e1+e2)时,紧缩机频率需增大至f3。
图2(b)示出了多元系统各室内环境湿球温度不相等时的性能图。
它与各室内环境湿球温度相等时的区别在于蒸发器总容量的性能曲线(ABC)并非一条滑腻的曲线,而是以不同的室内环境湿球温度为转折点组成的分段滑腻的折曲线。
综上所述,单元和多元变频空调系统的运行调剂性能相似,二者通过制冷系统的性能图取得了辩证的统一,故单元系统是简化、浓缩的多元系统,多元系统是换热器容量可变的单元系统。
5变频空调系统运行状态分析
文献[3]指出冷凝和蒸发压力蕴涵了空调系统的扰动和调剂信息。
当变频空调系统受到任何外扰与内扰作历时,均直接表此刻制冷循环的冷凝压力和蒸发压力上,为系统容量调剂提供了靠得住的信息。
关于结构和制冷剂充灌量已经匹配完毕的变频空调系统,在运行进程中,当受到某种扰动时,制冷剂的状态将会改变,若是制冷剂状态超越正常运行范围时,需采取必然的调剂方法,保证室内环境的舒适性和系统平安、节能运行。
其调剂手腕有紧缩机频率和冷凝器、蒸发器的容量。
图3是变频空调系统运行时制冷剂状态的分析图,表征了系统扰动和调剂因素对系统冷凝和蒸发压力的阻碍关系。
图中,纵轴为冷凝压力Pc、横轴为蒸发压力Pe,OO′为角平分线(Pe=Pc);AB与AC线别离表示蒸发器容量相关于冷凝器无穷大与无穷小的渐近线,渐近线CAB在图中的位置由冷凝与蒸发环境的温度决定,A点的坐标(Pea,Pca)为蒸发和冷凝环境温度所对应的制冷剂饱和压力;线的斜率表示蒸发器与冷凝器容量之比s(当容量转变时,s将改变);紧缩机在各频率(或活塞排量)条件下的性能曲线图为一组以AC和AB为渐近线的曲线族(其中C点表示绝对蒸发压力为0bar,紧缩机频率范围为f∈[fmin,fmax])。
频率越低,越靠近渐近线;图中由虚线围成的曲面多边形部份是紧缩机不同频率下所许诺的冷凝压力工作范围,Pemin是系统最低极限蒸发温度。
当制冷剂状态点偏离系统正常工作区域时(如状态点2),在室内、外换热器容量的限制条件下,能够通过降低紧缩机运行频率方便地将系统的冷凝温度调剂至正常工作范围(状态点1);同理,当系统的蒸发温度太低时,能够采纳降低紧缩机频率来调整蒸发温度,从而保证系统的平安运行。
图3变频空调系统的扰动和调剂特性分析图
当系统受到室内、外各类扰动时,操纵系统能够通过室内、外换热器的容量、电子膨胀阀开度和紧缩机运行频率等来调剂系统的容量、冷凝和蒸发压力,适时地保证室内环境的舒适性和系统的平安性运行要求。
6终止语
本文基于集总参数法仿真研究结果,提出了直观分析变频空调系统的性能和扰动调剂特性的性能图,并依照此性能图分析了室内外环境工况、热互换器容量、紧缩机频率(或排气量)转变对系统特性及制冷剂状态的阻碍规律,其结果与散布参数法仿真与实验结果具有良好的一致性[3,8]。
采纳和变频空调系统性能图分析方式,能够直观地看出各要紧参数对系统的阻碍方向和阻碍程序,为系统的优化设计与优化操纵提供了方向性的指导;能够清楚地描述扰动与调剂因素对制冷剂状态参数的阻碍规律,有助于熟悉单元与多元空调系统设计与操纵思想的统一性;同时为提示制冷循环本质方面的教学工作提供了有力的工具。
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