压缩机系统的性能运用

　　室外机耗电量随制冷量变化的实测结果比可以看出，在某一负荷率（量纲一制冷量）下，室外机的耗电量在较大范围内变化，这不仅仅是因为室内外工况条件不同所致，一定程度上还与各室内的负荷分布状态有关。

　　诸多研究结果也表明，在确定的工况条件下，各房间的负荷率对多联机系统的COP有一定的影响。但到目前为止尚未对这种影响及其影响规律给出明确的理论解释，也没有在多联机运行性能预测模型中体现这种差异。

　　在目前的多联机能耗模型中，都认为多联机系统的耗电量W或COP是室内温度tin和相对湿度in，室外温度tout和建筑总负荷率LR的函数<1011>，即W（或COP）=f（tin，in，tout，LR）（1）

　　可见，上述能耗模型忽略了建筑物各房间负荷分布对多联机性能的影响，在一定程度上将影响多联机的能耗预测结果。

　　本文将给出室内负荷分布特征的描述方法，并以室内机容量连续调节的多联机为对象，通过模拟研究室内负荷分布对多联机制冷运行时部分负荷性能的影响规律。

　　1建筑物室内负荷分布特征的描述方法对于一栋有N个房间的建筑（或区域），安装一套有N台室内机的多联机空调系统，每个房间安装一台室内机，室内机容量与房间设计负荷相同。当室内外环境参数一定时，多联机的COP是一个受N个变量影响的函数。因此，直接通过各房间负荷来描述多联机的部分负荷特性将会非常复杂。为综合考虑室内负荷分布对多联机性能的影响，有必要首先明确室内负荷分布特征的描述方法。

　　采用建筑物的总负荷率（LR）以及负荷不均匀性指数（UI）两个参数可较为完善地描述多联机所服务的各房间的负荷分布特征。

　　下面直接给出几个主要概念的定义式，其详细推导过程见文献<12>. 1）建筑（或区域）的总负荷率LR LR= & N i=1 qi & N i=1 qi，max（2）

　　式中qi为i房间的冷负荷，kW；qi，max为i房间的最大冷负荷（即设计负荷），kW；N为多联机所服务区域的房间数量。

　　2）某个房间（i房间）负荷率LRi LRi= qi qi，max（3）

　　3）负荷不均匀性指数UI UI= & N i=1 r 2 i（LRi-LR）

　　2 LR2 & N i=1 r2 i+1-2rs（UI<0，1>）

　　其中ri= qi，max & N j=1 qj，max rs=min（ri）

　　负荷不均匀性指数UI的定义源于方差概念，直接反映了室内负荷的不均匀程度。当所有房间的设计负荷相同或相近时，ri= 1 N（i=0，1，（，N），此时，式（4）可以简化为如下形式：UI= & N i=1（LRi-LR）

　　2 LR 2 N（N-1）

　　（UI<0，1>）（5）

　　99暖通空调HV&AC2010年第40卷第7期专题研讨2多联机的性能域2.1多联机的部分负荷如果各房间室内机的名义制冷量Qer，i等于该房间的设计负荷qi，max，且当室内机容量采用连续控制模式（用室内机电子膨胀阀开度控制其室温）

　　则可以认为各室内机的瞬时制冷量Qe，i与该时刻房间的冷负荷qi相等，即Qe，i=qi（6）

　　因此，该时刻室内机的制冷量与其名义制冷量Qer，i的比值与房间的负荷率（LRi）相等，即LRi= qi qi，max = Qe，i Qer，i（7）

　　同理，建筑（或区域）的总负荷率（LR）与该时刻多联机系统的负荷率（即制冷量与额定制冷量的比值）相等。当室内机采用连续控制模式时，也可用LR表示多联机系统的负荷率。

　　LR= & N i=1 qi & N i=1 Qer，i = & N i=1 Qe，i & N i=1 Qer，i（8）

　　根据式（1）和反映室内负荷不均匀程度（亦即反映室内机出力状态）的UI指标即可描述多联机系统的运行性能（W或COP）。基于上述分析，在连续控制模式下，多联机的运行状态和房间的负荷分布是同步变化的，故仅需针对某个瞬时的运行性能进行分析即可。

　　2.2多联机的性能域为研究多联机系统性能与负荷率的关系，本文采用如下假设：1）忽略制冷剂连接管对机组性能的影响（计算过程中不考虑连接管道阻力）；2）只有一个室外机模块，其中包括一组冷凝器和一台变频压缩机；3）忽略室内外机风扇的耗电量。

　　在上述假设条件下，即可用压缩机的能效比（制冷量与压缩机耗电量的比值）表征多联机系统的COP（制冷量与多联机系统耗电量的比值）的变化规律。下面以表2所示多联机为例，讨论其制冷运行时的部分负荷特性。计算工况为：室内温度tin=27%，相对湿度in=50%，室外温度tout=35 %.多联机系统COP与LR和UI的关系如表2R410A交流变频多联机的结构参数和名义性能参数系统室外机组1台，室内机组4台（容量相等）

　　名义性能参数室外机组：名义制冷量28kW（额定频率f*=90Hz）

　　室内机组：名义制冷量7kW压缩机理论输气量Vh=57.0cm3 /r；运行频率范围：AC 30~120Hz换热器风机室外机组：风量10000m3 /h室内机组：风量1000m3 /h系统控制策略控制压缩机频率，使压缩机吸气过热度tsh为5%控制室内机电子膨胀阀，使室内温度tin=27%，相对湿度in=50%室外机电子膨胀阀全开COP与LR和UI的关系所示。从图中可以看出，COP的分布是一个与LR和UI相关的性能曲面。由于LR和UI存在各自的取值范围（0）LR）100%，0）UI）1），且从式（5）可以看出，UI和LR并不是两个完全相互独立的变量，因此COP仅分布在如所示的一个区域内，本文中称该区域为多联机的性能域。

　　是沿z方向的俯视图，显示了LR和UI两个参数对COP的影响：当UI不变时，COP随LR的增加先增加后减小；反之，当LR不变时，COP随UI的增加而减小。同时也显示了LR和UI两个参数之间的关系，当LR为某个定值时，UI存在一个取值范围0）UI）X（X）。

　　UI与LR的关系100专题研讨暖通空调HV&AC2010年第40卷第7期2.2.1UI为定值，COP与LR的关系沿中y轴方向依次取4个不同的UI值，分别对应室内机不同运行台数J（J=1~4，但每台室内机的LRi同步变化），其中，J=1时，UI= 1；J=2时，UI=0.33；J=3时，UI=0.11；J=4时，UI=0.多联机系统制冷运行时的COP随负荷率LR的变化趋势如所示，从图中的模拟结果可知，COP随LR增大呈抛物线变化趋势，COP的分布表现为一个随LR与UI变化的性能域。

　　室内机连续控制下不同开机率对应的部分负荷性能2.2.2LR为定值，COP与UI的关系沿中x轴方向依次取2个不同的LR值，随机改变各室内机的负荷率LRi组合，多联机系统的制冷COP随UI的变化趋势如所示。a显示了LR=50%时，UI=0.33时COP达到最小值，UI=0时COP取得最大值，二者相差5%；同理，从如b可以看出，当LR= 70%时，最均匀与最不均匀工况的COP相差约8%.同一负荷率下COP随UI的变化规律从和可以看出，通过LR和UI两个参数可以完整地描述多联机的性能域。相同LR下，UI越大，室内负荷越不均匀，COP越小；反之，UI越小，COP越大。中性能域的宽度反映了同一LR下负荷最均匀工况（性能域的上包罗线）

　　与负荷最不均匀工况（下包罗线）之间的COP差异，随着LR的增加，COP的差异先增加后减小，呈现出上凸抛物线的变化趋势。

　　3负荷不均匀性对多联机COP影响规律的分析UI对COP的影响是通过影响压缩机吸气饱和温度tc（对应吸气压力ps）和频率f来实现的。

　　显示了控制压缩机吸气过热度恒定（tsh=5 %）的多联机在室内负荷最均匀与最不均匀情况下，其tc和f随制冷量Qe（或负荷率LR）的变化规律。

　　各室内负荷率最均匀和最不均匀工况下多联机的性能比较当负荷率较低（如Qe=10kW）时，在负荷最均匀运行状态下，室内机换热器面积得到充分利用，压缩机吸气饱和温度tc高达14%，此时f约为28Hz；反之，当各室内负荷最不均匀时，tc仅为6.5%，此时f约为32Hz.一方面，tc越高，压缩机耗电越少，COP越大；另一方面，对于交流变频多联机而言，f对压缩机效率的影响非常明显，如所示，低频工况下，f越小，COP越小。在上述两个因素综合影响下，交流变频多联机在低负荷率下，负荷最均匀与最不均匀工况的COP差异并不明显；但随着负荷率的增大，f对压缩机效率的影响减弱，此时tc对COP的影响更为明显，故在最均匀和最不均匀两种工况下COP出现较大差异；随着负荷率的进一步增大，最均匀和最不均匀101暖通空调HV&AC2010年第40卷第7期专题研讨两种工况汇聚为一点即各室内机均满负荷运行，此时仅有一个COP.因此，中性能域的宽度会随着LR的增大先增大后减小，呈现出两条上凸抛物线构成的月牙形变化趋势。

　　测试工况：蒸发温度7.2%，冷凝温度54.4%，过冷度8.3 %，吸气温度15%上述计算结果说明负荷不均匀性对多联机系统COP的影响与压缩机的频率效率特性有关。

　　给出了交流变频压缩机与直流调速压缩机的COP随频率f的变化关系。对比两条曲线可以发现，当f在30Hz附近时，频率每变化5Hz，交流变频压缩机的COP约变化10%，而直流调速压缩机的COP仅变化约3%，亦即当多联机采用直流调速压缩机时，其在负荷最均匀与最不均匀工况下的COP的差异会随着负荷率的降低显着增大，这点可从示的直流调速多联机的实验结果中得到证实。

　　（tout=35%，tin=27%）

　　显示了直流调速和交流变频多联机的性能域的差别，可以看出，直流调速多联机的性能域的宽度随着LR的增大而减小，LR=30%左右时，负荷最均匀和最不均匀两种工况的COP相差近20%.流调速多联机与交流变频多联机的性能域的比较（tout=35%，tin=27%）

　　4.1提出采用系统总负荷率LR和室内负荷不均匀性指数UI来描述多联机空调系统在给定室内外工况条件下的运行性能；指出当室内外工况一定时，多联机系统的COP因各室内负荷分布不同（导致室内机出力不同）而存在一个性能域。

　　4.2压缩机的吸气压力（或吸气饱和温度），运行频率（直接影响电动机效率）是影响多联机性能域形状的关键内部参数。

　　4.3交流变频多联机的性能域呈上凸月牙形状，其宽度随负荷率的增大，先增大后减小；直流调速多联机的性能域宽度则随着负荷率的减小有逐渐增大的趋势。

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