戶用變頻風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干問題

1、 PAGE PAGE 7摘要：改革開放20多年來，我國人民的生活質(zhì)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(diào)器（分體式空調(diào)器），由于其送風(fēng)溫差大，室內(nèi)空氣品質(zhì)較差，室外氣溫低時(shí)、供熱大大下降，室外機(jī)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(jí)住宅”，戶用中央空調(diào)這一集大型中央空調(diào)與房間空調(diào)器優(yōu)點(diǎn)于一體的小型獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，代表了21世紀(jì)人民居住環(huán)境空調(diào)的發(fā)展趨勢。變頻風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)定頻制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)有相同的地方也有不同的地方。本文結(jié)合作者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的若干問題。關(guān)鍵詞：變頻空調(diào) 制冷劑 毛細(xì)管節(jié)流 埃克爾 E

2、ER1、前言改革開放20多年來，我國人民的生活質(zhì)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(diào)器（分體式空調(diào)器），由于其送風(fēng)溫差大，室內(nèi)空氣品質(zhì)較差，室外氣溫低時(shí)、供熱大大下降，室外機(jī)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(jí)住宅”，戶用中央空調(diào)這一集大型中央空調(diào)與房間空調(diào)器優(yōu)點(diǎn)于一體的小型獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，代表了21世紀(jì)人民居住環(huán)境空調(diào)的發(fā)展趨勢。戶用中央空調(diào)按技術(shù)路線不同分為風(fēng)冷冷（熱）水系統(tǒng)、VRV或VRF變工質(zhì)流量的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)管式系統(tǒng)（管道機(jī)）。其中風(fēng)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

3、、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到用戶的歡迎。變頻風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)定頻制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)有相同的地方也有不同的地方。本文結(jié)合作者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的若干問題。2、戶用變頻風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組的原理及總體結(jié)構(gòu)戶用風(fēng)冷冷水(熱泵)機(jī)組主要由壓縮機(jī)、風(fēng)冷冷凝器、電磁四通換向閥、節(jié)流膨脹機(jī)構(gòu)、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(nèi)制冷劑按實(shí)線箭頭所標(biāo)的方向流動(dòng)；冬季制熱循環(huán)，系統(tǒng)內(nèi)制冷劑按虛線的箭頭所標(biāo)方向流動(dòng)。制冷劑方向的改變是由四通換向閥控制的。風(fēng)冷冷凝器由軸流式風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，夏季為放熱，冬季則相反。板式換熱器夏季由制冷

4、劑蒸發(fā)而變冷，其冷凍水由水泵抽送至室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管，由風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)的離心式風(fēng)扇向室內(nèi)吹冷風(fēng)。冬季則相反，板式換熱器變?yōu)榧訜崞?，熱水由水泵抽送至室?nèi)的風(fēng)機(jī)盤管，由風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)的離心式風(fēng)扇向室內(nèi)吹熱風(fēng)。系統(tǒng)中的高低壓開關(guān)起到壓力保護(hù)作用，當(dāng)壓力過高或過低時(shí)，壓力開關(guān)動(dòng)作，將壓縮機(jī)電路斷開保護(hù)壓縮機(jī)不致?lián)p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(jī)發(fā)生液擊（濕沖程）。3、變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的若干問題3.1關(guān)于小冷量變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)采用毛細(xì)管節(jié)流的可行性節(jié)流的工作原理是制冷工質(zhì)流過閥門時(shí)流動(dòng)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(dòng)截面收縮的比例。節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用

5、主要是節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)流量和控制過熱度。小型制冷系統(tǒng)節(jié)流機(jī)構(gòu)主要采用熱力膨脹閥、毛細(xì)管、電子膨脹閥。變頻變頻制冷系統(tǒng)之所以能夠高效節(jié)能是由于可以根據(jù)負(fù)荷變化隨時(shí)對壓縮機(jī)實(shí)行無級(jí)能量調(diào)節(jié)。這就要求制冷劑供液量的調(diào)節(jié)范圍寬。電子膨脹閥具有流量調(diào)節(jié)范圍大、控制精度高和適于智能控制等特點(diǎn)，是變頻制冷系統(tǒng)上理想的節(jié)流機(jī)構(gòu)。然而，其價(jià)格較高，導(dǎo)致產(chǎn)品成本升高。注意到戶用變頻風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組大部分時(shí)間工作在一段頻率范圍區(qū)間內(nèi)，而且毛細(xì)管的價(jià)格低，我們就能否在戶用變頻風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組上采用毛細(xì)管節(jié)流這個(gè)問題進(jìn)行了電子膨脹閥與毛細(xì)管節(jié)流的性能對比分析。結(jié)果表明，以埃克爾HLRD16/BP為例，各運(yùn)行頻率下

6、，采用電子膨脹閥時(shí)系統(tǒng)制冷性能均優(yōu)于采用毛細(xì)管，在30Hz、75Hz、100Hz時(shí)，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（40Hz80Hz），采用毛細(xì)管節(jié)流也具有可以接受的性能，說明戶用變頻風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組采用毛細(xì)管節(jié)流是可行的。但應(yīng)謹(jǐn)慎選擇毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)參數(shù) 。其長度、內(nèi)徑、根數(shù)等是否合適對變頻制冷系統(tǒng)的性能有相當(dāng)大的影響。我們采用經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算模擬方法揭示了不同頻率時(shí)小冷量變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷量、輸入功率、EER、質(zhì)量流量、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、排氣溫度和過冷度隨毛細(xì)管長度（內(nèi)徑為1.42mm）的變化規(guī)律，分析了

7、產(chǎn)生這些變化的原因。在此基礎(chǔ)上，提出了確定小冷量變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)單根或多根毛細(xì)管尺寸應(yīng)考慮的主要因素。對于采用排氣冷卻電機(jī)方式的變頻壓縮機(jī)的系統(tǒng)而言，應(yīng)綜合考慮制冷量、EER、排氣溫度和蒸發(fā)溫度等因素。3.2、要仔細(xì)確定變頻制冷系統(tǒng)的制冷劑充灌量我們就充灌量的改變對變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)及性能參數(shù)的影響進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)各個(gè)頻率下制冷量及EER隨充灌量的改變存在一個(gè)最佳值，并且最佳值的出現(xiàn)具有以下規(guī)律：隨著充灌量的改變，制冷量和EER幾乎同時(shí)達(dá)到最佳值；在各個(gè)頻率下，與最佳充灌量相對應(yīng)的蒸發(fā)器出口制冷劑狀態(tài)為：過熱度為0，干度為1；高低頻時(shí)所需的最佳充灌量不相等，并且高頻時(shí)所對應(yīng)的最佳充灌量

8、比低頻所對應(yīng)的最佳充灌量大。變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)最佳充灌量的確定原則可以總結(jié)為：應(yīng)能使最大運(yùn)行頻率下蒸發(fā)器出口剛好達(dá)到飽和狀態(tài)；系統(tǒng)必須在壓縮機(jī)入口配備足夠大的氣液分離器，否則低頻時(shí)，壓縮機(jī)將出現(xiàn)濕壓縮現(xiàn)象；在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，考慮到啟動(dòng)及停機(jī)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應(yīng)是最大液體量的1.52倍。3.3、要充份考慮系統(tǒng)的回油油在制冷系統(tǒng)中最基本的作用是潤滑壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件。第二個(gè)重要的用途是有助與運(yùn)動(dòng)部件之間的密封，從而防止壓縮機(jī)中的制冷劑從高壓側(cè)向低壓側(cè)滲漏。理想情況下潤滑油應(yīng)被限制在壓縮機(jī)里，但總有一些油伴隨著壓縮機(jī)排氣到達(dá)制冷循環(huán)的各個(gè)部件。如果離開壓縮機(jī)的油過多，將帶

9、來下面兩個(gè)不良后果。一是油將擠占其他設(shè)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(jī)，那么剩下的就不足以滿足潤滑需要以致壓縮機(jī)出現(xiàn)干摩擦。對于定頻制冷系統(tǒng)，由于壓縮機(jī)始終以恒速運(yùn)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(jī)，因此如果管路不是很長的情況下一般不會(huì)產(chǎn)生回油困難。而對變頻制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的需要連續(xù)調(diào)節(jié)的。低負(fù)荷時(shí)，壓縮機(jī)必以低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這時(shí)系統(tǒng)中制冷劑的流速不足以將油帶回壓縮機(jī)，如果長時(shí)間低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，容易導(dǎo)致壓縮機(jī)缺油運(yùn)行。因此變頻制冷系統(tǒng)必須在壓縮機(jī)排氣管路上安裝油分離器。3.4、板換的防凍設(shè)計(jì)戶用風(fēng)冷冷水（熱泵）機(jī)組由于結(jié)構(gòu)緊

10、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(diǎn)是易凍結(jié)損壞。其內(nèi)部某板片凍裂，幾乎是無法修復(fù)的，往往造成整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的報(bào)廢。凍脹損壞板式換熱器的根本原因是水溫達(dá)到0以下。對與安裝在室外的板式換熱器，冬天待機(jī)時(shí)，可通過機(jī)組防凍保護(hù)運(yùn)行防止板換凍結(jié)。其他凍脹損壞很少發(fā)生在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，大多發(fā)生在系統(tǒng)切換，如開停機(jī)階段。 板式換熱器中水側(cè)發(fā)生凍結(jié)，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(cè)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(jié)，主要在水側(cè)和制冷劑側(cè)采取一定的保護(hù)措施。水側(cè)保

11、護(hù)措施有：1）在進(jìn)水管路上安裝過濾器，保證能濾掉1mm以上的雜質(zhì)；2）在進(jìn)出水管路上設(shè)置流量開關(guān)或壓差感應(yīng)開關(guān)，未達(dá)到設(shè)定流量時(shí)使壓縮機(jī)停機(jī)；3）在進(jìn)出水管路上設(shè)置溫度感應(yīng)器，進(jìn)水管上設(shè)置7，或出水管上設(shè)置2，低于此值時(shí)壓縮機(jī)停機(jī)。制冷劑側(cè)保護(hù)措施有：1）在壓縮機(jī)排氣管與蒸發(fā)器進(jìn)液管之間加裝熱制冷劑蒸汽旁通閥，當(dāng)蒸發(fā)溫度將至某值時(shí)此閥打開；2）在壓縮機(jī)吸氣管路上加裝吸氣壓力開關(guān)，當(dāng)蒸發(fā)溫度降至某值時(shí)，降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，阻止蒸發(fā)溫度的進(jìn)一步降低。3.5、兩器的設(shè)計(jì)兩器（水側(cè)換熱器和風(fēng)側(cè)換熱器）是戶用變頻風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組重要的兩大關(guān)鍵部件，它們設(shè)計(jì)是否合理將影響變頻空調(diào)機(jī)組的高效運(yùn)行。冷凝器傳熱面積偏小，冷凝壓力增高，導(dǎo)致變頻壓縮機(jī)電流過大，引起變頻模塊過熱過流保護(hù)，壓縮機(jī)運(yùn)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(jī)的能力同樣得不到發(fā)揮，同時(shí)低的蒸發(fā)溫度有引起板換凍結(jié)的危險(xiǎn)。變頻空調(diào)機(jī)組一般按照制冷名義工況下，壓縮機(jī)以最高頻率運(yùn)行，來確定兩器的傳熱面積。同時(shí)通過試驗(yàn)驗(yàn)證在制冷、制熱最大運(yùn)行工況，壓縮機(jī)能以最高頻率（或接近最高頻率）運(yùn)行。有些廠家為降低成本，兩器設(shè)計(jì)的偏小，環(huán)境溫度低時(shí)，壓縮機(jī)還能以較高頻率運(yùn)行，一旦氣溫升高，壓縮機(jī)便過熱過流降頻保護(hù)。當(dāng)然變頻模塊偏小也會(huì)導(dǎo)致這一情況，但適當(dāng)增大傳熱面積對壓