基于冷媒流量周期变化的多联式空调温度控制研究

2023-11-01雷俊杰黄志刚黎顺全李健锋

日用电器 2023年9期

雷俊杰黄志刚黎顺全李健锋刘记

（广东美的制冷设备有限公司佛山 528311）

引言

近年来，多联机空调越来越受到消费者的青睐[1]。多联机空调能够根据室外压缩机的变频和各系统制冷剂流量控制来满足不同房间不同负荷的需求，内机数量可根据房间数量灵活组合搭配，占用面积小，舒适性较高[2-8]。在房间控温精准的研究中，现有大部分内机温度进入设定温度允许偏差范围内，内机风机停止运转或者周期启停或者运行设定风等模式，以此来控制房间温度，防止室内温度过大波动[9-11]。对于搭配分体内机的用户来说，达温后停风机会由于室内温度传感器靠近换热器，换热器的热辐射而导致控温精度差，风机周期启停会造成风声的不一致，产生不连续噪音影响用户使用，而按照正常模式的吹设定风在听感方面一致性好。但是由于多联机的特性，往往内机不会全部同时进入达温状态，达温内机电子膨胀阀也不会全部关死，因此会造成达温内机有持续的热量输出，在保温环境好的房间内，房间温度会比设定温度偏高，控温不精确，甚至造成过热[12,13]。本文针对多联机搭配分体壁挂式内机制热达温控温不精准的现象提出了通过周期性改变控制达温内机电子膨胀阀开度的方案，并对该方案对系统的影响和实际控制效果进行了研究。

1 多联机搭配多内机系统简介

多联机系统由一个室外机搭配多个室内机构成，系统图如图1 所示。其主要部件由压缩机、四通阀部件、室外换热器、电子膨胀阀组件和多个室内机组成[14-15]。

图1 一拖五多联机系统图

多联机系统在部分内机制热达温时，电子膨胀阀并不完全关死，而是维持一个较小开度保证系统中冷媒不会大量囤积在室内换热器中[16-20]。当室内达温风机达温时以设定风速或者低风运行时仍会输出热量，造成房间温度控温不准，甚至引起房间过热。其中大能力外机更容易出现某一内机达温后不停风机的设定而导致室内温度偏高等控温不精准问题，特别是保温效果好的房间较为明显。本文实验采用一拖五的多联机系统进行测试，多联机外机额定能力13.5 kW，内机为5 个2.6 kW 的同一型号分体内机。

2 实验测试和结果分析

实验在10 匹工况实验室进行测试，实验室测试温度测试范围见表1，各实验的测试工况见表2。

表1 10 匹工况实验室测试范围

表2 实验测试工况设置

2.1 不同开关阀参数对出风温度的影响

本文研究不同开关阀参数对出风温度的影响，将5台内机一起放在工况实验室内侧，其中4台内机（A、B、C、D）全部设置30 ℃制热高风，E 内机设定17 ℃制热高风，让其满足达温条件，测试一个小时，取稳定时达温后内机（E 内机）的出风温度进行比较，测试结果如图2 所示。

图2 不同开关阀时间参数对出风温度的影响

从图2 中可以看出，对应相同的关闭时间，周期性开启阀的时间越短，对应内机的出风温度波动越小，而且平均出风温度越低，越稳定。而维持待机开度不关闭阀，出风温度在35 ℃左右，出风温度较高，可能会导致室内温度上升，从而控温不准，甚至过热。

对测试结果进行量化，结果如表3 所示。不关阀的达温内机出风温度为35.8 ℃，关阀360 s 开60 s 时平均温度为26.3 ℃，随着开阀时间的缩短，出风的平均温度也随着降低，在开10 s 这组参数中，平均出风温度最低为22.3 ℃,接近室内环境温度22 ℃。出风温度的波动情况也是随着开阀时间的缩短而降低，开阀60 s，达温内机的出风温度波动为6.7℃，而开阀10 s，其出风温度波动为0.7 s，出风温度趋于平稳。

表3 平均出风温度和温度波动

本文也对达温后内机对应的电子膨胀阀开度进行周期性关开处理是否会影响其他内机的出风温度也做了相关研究。图3 展示了不同开关阀参数对其他内机出风温度的影响，从图中可以看出，其他正常运行的内机出风温度受达温内机所对应的电子膨胀开关的影响较小，出风温度一直稳定在40 ℃左右。说明，周期性关闭其他内机阀对其他未达温内机的正常运行影响不大，不会对有正常制热需求的房间造成影响。

图3 开关阀对其他内机出风温度的影响

2.2 对系统各运行参数的影响

电子膨胀阀周期性开关对内机蒸发器各点温度变化的影响测试结果如图3 所示。测试工况见表2 中的蒸发温度影响实验设置工况。电子膨胀阀的设置参数为样机达温后，阀周期性关阀360 s，开阀到待机开度50 步20 s。

从图4 中可以看出，内机的整体出风温度保持较低的温度，和当前室温接近。蒸发器入口管温刚开始温度较高，当关阀一段时间后温度开始下降，原因是室内机冷媒开始囤积，冷媒囤积得越多，原先高温的气态冷媒逐步冷凝液态冷媒，入口管温随之下降。当阀一开始打开时，冷媒快速的流出，高温的气态冷媒流入内机，因此入口管温温度迅速上升。内机的出口管温和入口管温趋势相反。蒸发器中部温度跟出风温度相接近，趋势较为稳定。

图4 电子膨胀阀周期性开关对蒸发器各点温度的影响

图4 展示了周期性开关阀对排气和回气的影响，测试工况见表2 中的排气回气影响实验4 的工况设置，电子膨胀阀的设置参数为样机达温后，阀周期性关阀360 s，开阀到待机开度50 步20 s。

从图5 中可以看出，压缩机的排气温度随着电子膨胀阀的周期中关开也出现周期性波动，先降低后升高。原因是当阀刚开始打开时，达温内机囤积的冷媒回到压缩机，系统循环冷媒加大，频率不变的情况下，压缩机排气自然下降[21]。而当达温内机阀关闭一段时间后，系统循环冷媒变少，排气自然会升高，直到下一次开阀时间到来后排气再下降，如期周期性的波动。

图5 开关阀对排气和回气温度的影响

回气的变化趋势是：在关阀期间波动不明显，在开阀的短时间内有较为明显的波动，原因是在开发瞬间进入回气口的冷媒量较关阀有了较大的变化，从而导致回气温度的波动。

2.3 对系统各温度的影响

本文对不同开关阀周期参数对房间温升影响进行了研究，测试结果如图6 所示。

图6 不同开关阀周期参数对房间温升的影响

工况设置见表1实验五，样机设置情况为：4台（A～D内机）全部设置30 ℃制热高风，且将这四台放置在室外侧，不影响达温内机对室内侧的加热，E 内机设定17 度制热高风放于内侧实验室，关阀时间固定为360 s,开阀时间是变量，根据不同开阀时间进行测试。测试时，初始温度稳定后开机测试，室内侧停工况，测试一个小时。样机压机运行频率为76 Hz。从图6 中可以看出，不关阀的情况，室内温度上升幅度最大，而后随着开阀时间的缩短，室内温升幅度越来越小。

具体房间温升情况见表4，不关阀的达温内机的60 min 房间温升为7.4 ℃，而开阀参数为20 s 的60 min房间温升为1.3 ℃，10 s 阀的60 min 房间温升为1.1 ℃，相比不关阀60 min 房间温升分别下降了82.4 %和85.1 %。说明对达温内机进行周期性开关阀控制能够很好的降低房间温升，提高房间的控温精准度。