定速熱泵空調(diào)高溫運行控制技術(shù)應(yīng)用分析

寇芷薇　于橋林　舒宏

珠海格力電器股份有限公司　廣東珠?！?19070

1　引言

現(xiàn)今，熱泵空調(diào)在生活中廣泛應(yīng)用，使用環(huán)境溫度范圍大，既滿足用戶對冷量的需求，又滿足對熱量的需求。但定速熱泵空調(diào)制熱運行在氣候條件方面存在局限性，如北方冬季的低溫環(huán)境下，空調(diào)的制熱能力差，排氣溫度不夠高，室內(nèi)空氣吸收的熱量小，達不到用戶需求。

為提高低溫制熱能力，國內(nèi)外進行了許多技術(shù)研發(fā)和改進，其中付圣東等[1]在研究中提出，通過增加制熱輔助毛細管，其長度大于制冷毛細管，來提高吸氣溫度、排氣溫度及室內(nèi)側(cè)換熱器管路溫度，提高空氣源熱泵空調(diào)器的制熱能力，此方法的成本很低，廣泛應(yīng)用于定速熱泵空調(diào)。

以上研究主要解決空氣源熱泵空調(diào)低溫制熱運行的問題，但增長毛細管使定速熱泵空調(diào)在高溫工況下制熱運行更容易出現(xiàn)因系統(tǒng)負荷過高而影響壓縮機可靠性的問題，由于環(huán)境溫度高，排氣溫度、壓力隨之升高，當超過壓縮機的運行負荷范圍，會損害壓縮機，降低機組運行可靠性，不能滿足用戶需求。本文將闡述引入高溫運行控制技術(shù)對此問題的優(yōu)化，并通過相關(guān)實驗來分析、驗證高溫運行控制技術(shù)對此問題的優(yōu)化是否有效。

2　高溫制熱運行理論分析

如圖1所示，結(jié)合制熱原理和壓焓可以看出，定速熱泵空調(diào)制熱時來自室內(nèi)換熱器中的高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)毛細管（節(jié)流裝置）節(jié)流成低壓低溫液態(tài)制冷劑→進入室外換熱器吸收室外空氣的熱量氣化成低壓氣態(tài)制冷劑→經(jīng)壓縮機壓縮為高溫高壓氣態(tài)制冷劑→進入室內(nèi)換熱器向室內(nèi)空氣散熱冷凝成高壓液態(tài)制冷劑，如此循環(huán)，來提高室內(nèi)溫度，達到制熱的目的。

但定速熱泵空調(diào)器在制熱模式下運行，對環(huán)境溫度是有限制的。由于室內(nèi)換熱器向室內(nèi)空氣散熱，如果該機在高溫工況下制熱運行，使得室內(nèi)換熱器散熱量減小，室內(nèi)換熱器管路中間溫度、排氣溫度和排氣壓力將會更高，若對此不加以控制，其排氣溫度和排氣壓力會持續(xù)上升，當超過壓縮機運行的允許負荷范圍，將會損害壓縮機，降低壓縮機可靠性。

當然有些定速熱泵空調(diào)會針對上述問題增加一些保護功能，如高負荷和高壓保護（當內(nèi)機換熱器管路中間溫度升高到一定值時，進入高負荷保護；排氣壓力升高到一定值，進入高壓保護），達到這些保護的動作值時，會進入保護，空調(diào)停止運行，來降低換熱器管路溫度和系統(tǒng)壓力，保證壓縮機的運行在允許負荷范圍內(nèi)。但這些功能的保護動作出現(xiàn)，會導(dǎo)致空調(diào)頻繁開停機，這種狀況會降低壓縮機運行可靠性及人體舒適性，同時溫度傳感器增加越多成本會越高。

3　高溫運行控制技術(shù)原理及目的

為解決上述定速熱泵空調(diào)器在制熱模式下運行時存在的問題，通過研究決定在空調(diào)器內(nèi)部增加新的控制邏輯，該控制是根據(jù)檢測室內(nèi)換熱器管路中間溫度來判斷是否進入高溫運行控制，使系統(tǒng)的溫度壓力降低，在滿足舒適性的前提下，保證壓縮機的可靠性。

高溫運行控制技術(shù)使用的原理也是通過改變換熱效果實現(xiàn)降壓降溫。定速熱泵空調(diào)在制熱模式下運行時，當室內(nèi)換熱器管路中間溫度上升至一定溫度值時，進入高溫運行控制，外風(fēng)機停止運行，使室內(nèi)換熱器管路中間溫度和排氣壓力降低，待室內(nèi)換熱器管路中間溫度降低至一定溫度值時，退出高溫運行控制，外風(fēng)機開啟。通過該技術(shù)將室內(nèi)換熱器管路中間溫度、排氣溫度、排氣壓力控制在一定范圍內(nèi)。

該控制的關(guān)鍵在室內(nèi)換熱器管路中間溫度的上限值和下限值選取。室內(nèi)換熱器管路中間溫度上限值不能過高。對于有些空調(diào)設(shè)計高壓和高負荷保護而言，其室內(nèi)換熱器管路中間溫度上限值小于要進入高負荷保護溫度值，避免機組頻繁出現(xiàn)開停機，縮短壓縮機使用壽命；對于沒有其他保護的定速熱泵空調(diào)，上限過高會影響壓縮機的可靠性。因此該值的考量要依據(jù)壓縮機的可靠性運行范圍以及對應(yīng)系統(tǒng)的配置選型控制值。

室內(nèi)換熱器管路中間溫度下限值不能過低。要保證一定的制熱能力，因為室外風(fēng)機停止時間過長，導(dǎo)致排氣溫度衰減快，空調(diào)能力衰減快，出風(fēng)溫度也會很低，使室內(nèi)環(huán)境溫度熱量不足，不能滿足用戶需求；如果室內(nèi)換熱器管路中間溫度下限值過低，會導(dǎo)致室外換熱器管路中間溫度過低，蒸發(fā)器出口制冷劑液體增多，進入低壓儲液器的制冷劑液體增多，壓縮機吸氣有液壓縮的風(fēng)險。

4　實驗驗證

以下實驗是將高溫運行控制技術(shù)引入定速熱泵空調(diào)，驗證該技術(shù)能否有效地優(yōu)化空調(diào)在高溫工況下制熱運行存在的問題。

實驗使用某廠家一額定制冷能力為2300W的定速熱泵空調(diào)，R32冷媒，按國標規(guī)定的最大運行制熱工況（室內(nèi)環(huán)境溫度27℃，室外環(huán)境溫度24℃）進行實驗。

實驗方法：待工況穩(wěn)定后，內(nèi)機設(shè)定30℃，開機運行1h，觀察室內(nèi)換熱器管路中間溫度、吸排氣溫度、吸排氣壓力等參數(shù)的變化及機組運行狀態(tài)。

實驗?zāi)康模候炞C該機在高溫工況下制熱運行，運行過程中是否會及時進入高溫運行控制以及是否會出現(xiàn)高負荷、高壓故障停機或其他異常停機。

該組實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)表如表1所示，溫度曲線圖如圖2所示。

表1　最大運行制熱工況-實驗數(shù)據(jù)

圖1　定速熱泵空調(diào)系統(tǒng)-制熱原理圖、壓焓圖

圖2　最大運行制熱-性能曲線

圖3　對應(yīng)產(chǎn)品使用的壓縮機運行允許排氣溫度、壓力范圍

由表1和圖2可知：該定速熱泵空調(diào)在高溫工況下制熱運行，運行過程中按照設(shè)定的控制原理進入高溫運行控制，當室內(nèi)換熱器管路中間溫度達到47℃進入高溫運行控制、42℃退出高溫運行控制，期間排氣溫度維持在80℃左右小于壓縮機運行時允許排氣溫度最大值（115℃，見圖3），室內(nèi)換熱器管路中間溫度最高達到47.3℃、最低達41.6℃，排氣壓力最高達到3.737MPa，小于壓縮機運行時允許排氣壓力最大值（4.15MPa，見圖4），室內(nèi)機出風(fēng)溫度45.1℃～52.8℃，未出現(xiàn)高負荷或高壓故障停機或其他異常停機，空調(diào)器運行正常。

5　結(jié)論

5.1　實驗結(jié)論

本文通過實驗來分析、驗證高溫運行控制技術(shù)對定速熱泵空調(diào)在制熱模式下運行是可行的。該控制技術(shù)能有效地將室內(nèi)換熱器管路中間溫度、排氣溫度、排氣壓力、室內(nèi)機出風(fēng)溫度等參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，在高溫運行期間室內(nèi)出風(fēng)溫度波動不大且有效的避免出現(xiàn)頻繁開停機，滿足用戶需求。該方法可通過相關(guān)驗證選取不同的溫度控制方法利用到其他產(chǎn)品上，降低產(chǎn)品成本，并且能滿足壓縮機可靠性。

5.2　高溫運行控制技術(shù)在應(yīng)用中可能存在的缺陷

對于室內(nèi)空間較小情況，室內(nèi)環(huán)境溫度很快上升，在室外環(huán)境溫度低時，有可能進入高溫運行控制，外風(fēng)機關(guān)閉可能會導(dǎo)致蒸發(fā)不完全，存在液壓縮的風(fēng)險。在進行功能測試時，需增加相關(guān)實驗對此情況進行驗證。