論多聯式空調機組標準等問題

能源和環境問題是當今世界關注的焦點。為了節約能源保護環境，採用變流量以適應空調負荷變化，在製冷空調領域受到廣泛重視，變水量、變風量和變製冷劑流量等變流量系統得到應用，在提高調控質量和節約能源兩個方面效果突出。
隨著我國經濟建設的發展，住宅建設迅猛增長，為了滿足人們對室內外空氣環境要求不斷提高的需要，近年來出現了所謂「住宅空調」，水--空氣系統、空氣系統(管道機)和多聯式空調機組分別適合不同需要，呈三足鼎立局面。但是，必須注意的是，住宅空調的特點是冷暖兩用、調控優良、可靠性高、節約能源，具備上述四方面的空調設備才堪稱「住宅空調」，才能在此領域立足壯大。而調控是水-空氣系統、空氣系統(管道機)當前的薄弱環節，應從速解決。至於多聯式空調機組雖然比較完美，但是仍存在標準與難以掌握兩大問題，本文將對此進行論述。

變製冷劑流量(VRF)空調系統根據室內機數量多少，可分為單元式和多元式兩種類型，而多聯式空調機組就是多元式變製冷劑流量空調系統，因此，名為機組實際是一套整體系統，必須用整體的系統的觀點進行分析研究與試驗，才能正確地掌握與評價。

1 兩相流體網路模擬分析空調系統
多聯式空調機組由一台或多台室外機與多台室內機組成，依靠製冷劑流動進行能量轉換與輸送，所以，它是由製冷劑管路將製冷壓縮機、室內外換熱器、節流裝置和其它輔助部件聯接而成的閉式管網系統，而室內外換熱器又可視為具有擴展表面的傳熱管，在管內進行著連續冷凝或蒸發過程；這樣，多聯式空調機組--嚴格說即變製冷劑流量空調系統，實質上是由製冷壓縮機、電子膨脹閥、其它閥件(附件)以及一系列管路構成的環狀管網系統。系統中的管路有以下3種類型：

① 外肋片直管：具有擴展表面的傳熱管段，承擔系統與室內外環境進行熱量交換作用；

② 光管直管：當其外覆保溫層時，則視為複合直管，由於布置不同，有上升立管、下降立管和水平管之分；

③ 光管彎管：具有一定彎曲角度的光管。

根據上述剖析與歸納，石文星博士[1]率先提出以變容量製冷壓縮機為核心的氣液兩相流體網路模型，從網路拓撲關係描述入手，通過增廣關聯矩陣，建立了變製冷劑流量空調系統的通用的分佈參數模型，採用變步長求解。並以此為手段分析了多聯式空調機組的運行特性，研究了系統的調節特性，從而為多元式變製冷劑流量空調系統難以進行分析研究提供了解決方法。

以變容量製冷壓縮機為核心氣液兩相流體網路模型，與具有恆壓點的單相不可壓縮流體網路模型有明顯的不同特點：

① 具有相變過程。製冷劑沿管路流動存在壓力損失，且與外界環境發生熱交換，會產生相變(冷凝或蒸發)；在穩定工況下，流入與流出節點的質量流量相等，而體積流量不等。

② 管段阻力特性系統S並非常數。微元管段阻力係數取決於製冷劑狀態和流速變化，各管段的阻力特性係數並非管段結構的函數，即管段阻力特性係數不能作為常數處理。

③ 網路系統無恆壓點。網路中各點的壓力取決於製冷壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹閥的匹配和調節關係，取決於環境溫度和製冷劑流動狀態；網路系統通過製冷劑充注量或補充相應的方程封閉求解。

④ 製冷劑的動力特性和傳熱特性存在耦合關係。各管段製冷劑的溫度不僅取決於與外界環境的換熱狀況，還與該管段的壓力密切相關。

2 運行穩定性
多聯式空調機組以節約能源、智能化調節和精確的溫度控制著稱，但是，是否能真正具備上述三項優越性呢?實際並不一定，而與其容量大小和系統運行穩定性相關。

2.1 關於多聯式空調機組容量

為了宣傳多聯式空調機組的優越與萬能，常用以下幾點表達，即：多室外製冷壓縮機的單一系統，可聯接64台、128台甚至256台室內機，配管最長可達125m，室外機、室內機之間的高差可為50m，室內機之間的高差可達30m。且不論為了實現這種大系統的可靠運行，特別是針對由於環境溫度過低與管路過長帶來的液體迴流、液態製冷劑再閃發和回油困難等問題，需要增加一些輔助迴路與附件，致使系統複雜，更重要的是將造成過多能量消耗，以及系統難以穩定運行。

為什麼能耗增加?一方面由於機組容量增加，實現系統各部件的最優化匹配有難度，致使能耗增加。例如，日本為了實現1997年12月京都會議決議，規定多聯式空調機組的製冷能效比(EER)為：製冷量小於等於4kW為4.12，小於等於7 kW為3.23，小於等於28 kW為3.07，可以說明問題。另一方面，由於管路過長，阻力損失大大增加，也將造成製冷壓縮機能耗大為增加，各廠家對此均有說明，故不多述。總之，多聯式空調機組容量不宜太大，額定製冷量以不大於56 kW為好，而且，室外機就說可能分散布置。

2.2 關於系統運行穩定性

以製冷工況為例，蒸發溫度和冷凝溫度是表徵系統運行狀態的參數。但是，對於室內機來說卻不能作為調節參數，為了保證系統穩定運行，需要控制蒸發器製冷劑出口的過熱度，以防止回液，因此，室內機的被控參數是室溫和蒸發器製冷劑出口的過熱度，而調節參數只有室內機的風量和電子膨脹閥的開度。

對於室外機來說，其中變頻製冷壓縮機是VRF氣液兩相流體網路的動力源，其吸氣壓力和排氣壓力的變化是系統穩定運行的關鍵；但是，儘管製冷壓縮機吸氣壓力和排氣壓力一定，室外環境溫度、壓縮機頻率和冷凝器風量變化，都直接影響冷凝器製冷劑出口的再冷度，而此再冷度又是系統穩定可靠運行的一個重要參數，因此，製冷壓縮機吸氣壓力、排氣壓力以及冷凝器風量是調節參數，而這些參數之間又存在充分的耦合關係。

根據上述分析，石文星博士[1]提出VRF空調系統的自治協調控制法，即：

① 在保證室內機蒸發器製冷劑出口具有一定過熱度的條件下，應用電子膨脹閥控制室溫穩定；

② 在保證室外機冷凝器製冷劑出口具有一定再冷度的條件下，調節壓縮機頻率和冷凝器風量控制製冷壓縮機吸氣壓力和排氣壓力；

③ 在室外機處集中控制壓縮機吸氣過熱度。

儘管如此，在眾多室內機的運行台數和調節模式組合多變條件下，可以保證系統穩定可靠運行，但是，壓縮機吸氣壓力、排氣壓力、吸氣過熱度與冷凝器再冷度會在一定範圍內變化，如果系統容量過大，不但各室內機電膨脹閥前的製冷劑供液壓力和蒸發器回氣壓力將有較大的變化，而且，吸氣過熱度與冷凝器再冷度可能超出期望範圍，致使系統不能穩定地運行。

3 試驗評價
以上反覆強調多聯式空調機組是多元變製冷劑流量空調系統，對於某給定多聯式空調機組來說，在滿載運行條件下，系統內在參數(蒸發溫度、冷凝溫度等)以及系統製冷(制熱)特性，取決於外在參數，即室內外空氣溫濕度。因此，作為標準的評價試驗採用分別進行室內機評價試驗和室外機評價試驗是不正確的，必須在相同要求條件下進行整體系統的試驗，才能相對準確地評價與比較多聯式空調機組。

3.1 必須整體試驗

首先，分析室內機與電子膨脹閥聯合調節特性

由於對於給定室內機來說，換熱器幾何參數是定值，因此，影響蒸發器效果的因素主要有：室內環境溫濕度、風量、電子膨脹閥開度以及蒸發溫度和冷凝溫度。但是，進行機組標定試驗時，室內環境溫濕度、風量和電子膨脹閥開度可均勻定值，這樣，影響蒸發器效果的因素就只有蒸發溫度、冷凝溫度以及膨脹閥前製冷劑再冷度，而這些參數均為系統的內在參數，取決於多聯式空調機組組成與匹配，難以人為給定，所以，單獨進行室內機評價試驗，實際是不可行的。

其次，分析室外機組聯合調節特性。

多聯式空調機組的室外機由變頻製冷壓縮機(組)和換熱器及其風扇組成，其中換熱器幾何參數是定值，因此，影響室外機的製冷劑流量和製冷能力的因素主要有：室外環境溫濕度、風量、製冷壓縮機頻率以及蒸發溫度和冷凝溫度。這樣，與室內機相同，進行機組標定試驗時，室外環境溫濕度、風量和製冷壓縮機頻率可均為定值，而影響定外機性能的因素就只有取決於多聯式空調機組組成與匹配、且難以人為給定的系統內在參數--蒸發溫度、冷凝溫度以及吸氣過熱度和冷凝器出口製冷劑再冷度。所以，單獨進行室外機組的評價試驗，實際也是不可行的。

總之，企圖簡化試驗手段，採取分別進行室內機評價試驗和室外機評價試驗，以達到評價多聯式空調機組的方法是不可行的。

3.2 多聯式空調機組標定試驗的設想

由於評價試驗多聯式空調機組必須整體進行，因此，提出如下設想。

① 以標準額定製冷量計，當前被評價的多聯式空調機組最在製冷能力取28kW為宜。

② 標定試驗在室外側和室內側分別為上下設置的房間熱平衡量熱計裝置內進行。

③ 以最大製冷能力為28kW的機組為例，試驗機組系統的條件應為：室內機與室外機的高差不小於5m；配管最遠長度不小於30m。

④ 按GB/T7725《房間空氣調節器》規定的試驗工況室內外參數進行。

⑤ 試驗內容見表1。

表1 試驗內容

試驗內容

說明(按樣本規定)

制