多聯(lián)機空調(diào)器智能除霜控制研究

王新利，熊美兵，馮明坤，葉斌，任林行，趙增毅

(廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311)

1 前言

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)已走進(jìn)廣大普通家庭，隨著人們節(jié)能意識的增強，變頻空調(diào)也得到越來越廣泛的應(yīng)用。多聯(lián)式中央空調(diào)系統(tǒng)有別于普通空調(diào)系統(tǒng)，其核心是通過調(diào)節(jié)壓縮機的頻率和輸出比例來實現(xiàn)不同室內(nèi)機的能力需求，與傳統(tǒng)的中央空調(diào)相比，具有節(jié)能、舒適、控制靈活的特點，并且更加容易安裝和維護，具有很大的市場應(yīng)用前景。然而空調(diào)系統(tǒng)在冬季制熱運行時，由于室外環(huán)境溫度比較低，容易造成室外換熱器結(jié)霜，蒸發(fā)器上的霜層太厚，會使翅片間的風(fēng)道阻塞，降低風(fēng)量，導(dǎo)致?lián)Q熱器的換熱效率惡化，系統(tǒng)的制熱系數(shù)下降，耗能增加[1]。因此，在結(jié)霜狀態(tài)下運行，必須對換熱器進(jìn)行化霜操作。

傳統(tǒng)的化霜方式有很多種，在一般的制冷系統(tǒng)中，逆向熱氣融霜具有很強的優(yōu)越性，冷風(fēng)機采用逆向熱氣融霜的熱效率比電熱融霜高出3.83～4.49倍[2]。多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)也大多數(shù)采用四通閥換向方式除霜，即：達(dá)到除霜條件時，通過四通閥的換向使空調(diào)系統(tǒng)由制熱模式切換成制冷模式，利用壓縮機排出的高溫高壓的冷媒熱量，將室外機霜層除掉。如果系統(tǒng)運行控制設(shè)計不合理，化霜時間往往比較長。而采用固定除霜周期模式，也會很大程度降低空調(diào)的制熱效率，造成能源浪費。

本文對多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部冷媒管路進(jìn)行改進(jìn)，并劃分多個除霜區(qū)間，實驗研究在除霜過程中，該方式對化霜時間和化霜效果的影響。

2 智能除霜整改措施

2.1 冷媒管路整改

多聯(lián)機制冷系統(tǒng)室外機由壓縮機、油分離器、四通閥、冷凝器、電子膨脹閥節(jié)流組件和氣液分離器等組成，系統(tǒng)簡圖如圖1所示。與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比，在貯液罐出口管路與氣液分離器入口管路之間連接一冷媒管路，通過電磁閥的開關(guān)動作，控制該支路的冷媒循環(huán)量和流通時間，主要用于多聯(lián)式空調(diào)器系統(tǒng)進(jìn)入除霜時，依據(jù)一定的控制邏輯，在相應(yīng)的時間內(nèi)打開電磁閥，把中壓冷媒引入到壓縮機回氣，加快冷媒循環(huán)，提高壓縮機回氣溫度，縮短除霜時間，增強除霜效果，達(dá)到快速高效除霜的目的。

2.2 除霜區(qū)間

根據(jù)不同的環(huán)境溫度和蒸發(fā)器管路溫度，將空調(diào)系統(tǒng)劃分多個除霜區(qū)間，如表1所示，每個除霜區(qū)間進(jìn)入化霜的條件各不相同，設(shè)定不同的化霜周期和化霜時間，最大限度地進(jìn)行制熱運行，保證制熱的連續(xù)性和系統(tǒng)的可靠性。

圖1 多聯(lián)機制冷系統(tǒng)

表1 除霜區(qū)間劃分

環(huán)境溫度T(℃)T≥ab

3 實驗裝置

3.1 實驗條件

選用實驗室專用的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，控制測試室內(nèi)的環(huán)境溫度，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB_T18837-2002[3]的規(guī)定，將內(nèi)外側(cè)工況調(diào)節(jié)到除霜要求的環(huán)境工況，即控制室外側(cè)干球溫度在2±0.5℃，濕球溫度1.7±0.5℃，控制室內(nèi)側(cè)干球溫度在20±0.5℃，濕球溫度15±0.5℃。

3.2 溫度的測定

通過0.2mm的銅-康銅絲制成的熱電偶作為測溫元件，對空調(diào)系統(tǒng)的各管路的關(guān)鍵點的溫度進(jìn)行測量。將制作好的熱電偶通過鋁箔紙、保溫棉和扎帶，貼緊布置在壓縮機排回氣口、冷凝器進(jìn)口、中部和出口等關(guān)鍵部位。

3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用合肥通用環(huán)境控制技術(shù)有限責(zé)任公司的實驗室專用的數(shù)據(jù)采集軟件GECT Test Software來顯示并記錄數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)采集精度為±5%，記錄頻率為6秒/次，連續(xù)記錄每個運行周期，采集的數(shù)據(jù)保存于電腦硬盤指定的文件夾里。

4 實驗測試結(jié)果及分析

圖2為在相同的環(huán)境條件下，普通除霜和智能除霜的運行曲線，進(jìn)入除霜之后，機組的制熱輸出能力均大大衰減，通過對兩者化霜時間的對比，可以看到當(dāng)室外機進(jìn)入化霜運行后，在快速除霜電磁閥作用下，從貯液罐出來的中壓冷媒被引入到壓縮機回氣，增大了系統(tǒng)冷媒的循環(huán)量，壓縮機回氣壓力和回氣溫度均有顯著上升，除霜時間大大縮短，平均除霜時間比普通除霜時間減少6分鐘左右，除霜結(jié)束后，能夠更快捷地恢復(fù)制熱模式，從而恢復(fù)正常的制熱能力輸出，保證系統(tǒng)制熱運行的穩(wěn)定性。

圖2 除霜曲線圖

圖3為同一時間段內(nèi)普通除霜與智能除霜的實測曲線，普通除霜方式比較單一。當(dāng)檢測到蒸發(fā)器管溫T3≤0℃，持續(xù)一定時間，進(jìn)入除霜運行，除霜時機不符合實際運轉(zhuǎn)需求，化霜頻繁，減少了制熱運行時間。而智能除霜方式，則根據(jù)不同的環(huán)境溫度和蒸發(fā)器管溫，將空調(diào)系統(tǒng)劃分多個除霜區(qū)間，每個除霜區(qū)間進(jìn)入化霜的條件各不相同，設(shè)定不同的化霜周期和化霜時間，智能地做到有霜化霜，無霜正常制熱運行，減少不必要的化霜次數(shù)和化霜時間，最大限度地進(jìn)行制熱運行，保證制熱的連續(xù)性和系統(tǒng)的可靠性。與單純的依靠時間間隔進(jìn)行除霜運轉(zhuǎn)相比，除霜時間更加符合實際運轉(zhuǎn)需要。

5 結(jié)束語

本文分析了對多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部冷媒管路進(jìn)行改進(jìn)，并劃分多個除霜區(qū)間，實驗研究在除霜過程中，該方式對除霜時間和除霜效果的影響。結(jié)果表明：快速化霜電磁閥可以大大縮短化霜時間，劃分不同的除霜區(qū)間，能夠智能地判斷除霜周期和除霜時間，大大減少不必要的除霜次數(shù)。從而保證空調(diào)系統(tǒng)快速高效地運行，很大程度上提高空調(diào)的制熱量，避免造成能源浪費。

[1] 許東晟,陳汝東.除霜和除霜控制研究[J].流體機械,2006,34(1):69-73

[2] Rizvi ZH.Defrosting refrigerators: reverse hot gas cycles are far better than electrical resistance heaters.International Congress of Refrigeration 2003，Washington，D.C.

[3] GB/T18837-2002 多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機組[S].2002

圖3 制熱提升技術(shù)(同一時間段實測圖線分析)