變蒸發(fā)溫度的多聯(lián)機(jī)節(jié)能控制策略

張浩，曹昊敏，黃志剛，丁國(guó)良*，黎順全，莊大偉，李健鋒

（1-廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山 528311；2-上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所，上海 200240）

0 引言

多聯(lián)機(jī)只用一臺(tái)室外機(jī)來(lái)控制多臺(tái)室內(nèi)機(jī)，廣泛應(yīng)用在需要同時(shí)控制多個(gè)室內(nèi)溫度的場(chǎng)所，例如商場(chǎng)、辦公樓、旅館等商業(yè)建筑[1-3]。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)室內(nèi)溫度的同時(shí)控制，多聯(lián)機(jī)必須使用較多的控制部件，導(dǎo)致多聯(lián)機(jī)的運(yùn)行特性復(fù)雜[4-5]。如何實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜運(yùn)行特性的多聯(lián)機(jī)的精確控制，是多聯(lián)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)的核心問(wèn)題[6]。

現(xiàn)有的多聯(lián)機(jī)采用定蒸發(fā)溫度的控制策略，即在控制室內(nèi)機(jī)為室內(nèi)降溫的過(guò)程中始終保持蒸發(fā)溫度恒定[7-8]。這個(gè)目標(biāo)蒸發(fā)溫度被設(shè)計(jì)成一個(gè)很低的值，來(lái)保障任意一臺(tái)室內(nèi)機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷工況下都能為房間提供足夠的制冷量。然而室內(nèi)機(jī)的滿(mǎn)負(fù)荷工況實(shí)際上不到全年工作時(shí)間的十分之一，室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)均超出房間需要的冷負(fù)荷[9]。為了保證室內(nèi)溫度在制冷量與冷負(fù)荷不匹配時(shí)也能被控制在允許范圍內(nèi)，室內(nèi)機(jī)必須頻繁地開(kāi)停機(jī)。

在定蒸發(fā)溫度控制下，室內(nèi)機(jī)處于低蒸發(fā)溫度且頻繁開(kāi)停機(jī)狀態(tài)，導(dǎo)致能效低和振蕩大的問(wèn)題。一方面，蒸發(fā)溫度低導(dǎo)致能效低。圖1中的循環(huán)1-2-3-4-5-1為定蒸發(fā)溫度控制下的制冷循環(huán)，壓縮機(jī)的吸氣壓力偏低導(dǎo)致吸氣密度偏低，若要達(dá)到相同的制冷劑流量，壓縮機(jī)必須提高運(yùn)行頻率[10-11]。逆卡諾循環(huán)的能效公式也顯示，蒸發(fā)溫度越低，能效越低。另一方面，頻繁開(kāi)停機(jī)導(dǎo)致振蕩大。開(kāi)機(jī)時(shí)低壓制冷劑和室內(nèi)空氣的傳熱溫差ΔT大，室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量超出房間需要的冷負(fù)荷；而關(guān)機(jī)時(shí)室內(nèi)機(jī)不輸出制冷量。制冷量的頻繁突變導(dǎo)致室內(nèi)溫度頻繁波動(dòng)、難以穩(wěn)定。

圖1 蒸發(fā)溫度提高時(shí)制冷循環(huán)的變化

解決現(xiàn)有控制能效低和振蕩大問(wèn)題的思路是采用變蒸發(fā)溫度的控制策略。其核心是在部分負(fù)荷工況下提高蒸發(fā)溫度代替停機(jī)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)的連續(xù)調(diào)節(jié)。一方面，提高蒸發(fā)溫度能夠提高能效。圖1中的循環(huán)1'-2'-3'-4'-5'-1'為蒸發(fā)溫度提高后的制冷循環(huán)，壓縮機(jī)的吸氣壓力提高，引起吸氣密度的增加，在相同的制冷劑流量下，壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率就可以降低[8]。逆卡諾循環(huán)能效公式也顯示，隨著蒸發(fā)溫度的提高，能效得到提高。此外，室內(nèi)機(jī)連續(xù)調(diào)節(jié)能夠減小振蕩。室內(nèi)機(jī)不停機(jī)，通過(guò)提高蒸發(fā)溫度來(lái)減小低壓制冷劑和室內(nèi)空氣的傳熱溫差ΔT'，就能夠使室內(nèi)機(jī)輸出與房間冷負(fù)荷相匹配的制冷量。此時(shí)室內(nèi)空氣處于熱平衡，室內(nèi)溫度保持穩(wěn)定。

開(kāi)發(fā)變蒸發(fā)溫度控制策略實(shí)現(xiàn)多聯(lián)機(jī)的節(jié)能穩(wěn)定控制，需要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：1）如何確定目標(biāo)的蒸發(fā)溫度，使得室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量和冷負(fù)荷匹配；2）如何控制過(guò)渡過(guò)程的蒸發(fā)溫度，使得室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量向冷負(fù)荷逼近。

現(xiàn)有目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定方法，有基于查表和基于計(jì)算關(guān)聯(lián)式兩種?；诓楸淼姆椒ㄐ枰罅康膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，實(shí)驗(yàn)成本高且通用性有限[12-13]?；谟?jì)算關(guān)聯(lián)式的方法采用的模型不具有物理意義，導(dǎo)致計(jì)算精度在偏離測(cè)試工況時(shí)較低，計(jì)算方法的擴(kuò)展性較差[14-16]。由于室內(nèi)機(jī)出口過(guò)熱度一定時(shí)，蒸發(fā)溫度和制冷量存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)的制冷量確定蒸發(fā)溫度。這就需要了解蒸發(fā)溫度變化對(duì)制冷量的影響規(guī)律，對(duì)此的研究大都采用建模仿真的方法[17-18]。采用該方法計(jì)算蒸發(fā)溫度只能保證在特定機(jī)型上具有良好的精度，缺乏普適性。能夠在原理上保證普適性的方法是熱力學(xué)分析，但現(xiàn)有研究都對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行較多簡(jiǎn)化，導(dǎo)致分析的循環(huán)相對(duì)于實(shí)際循環(huán)的偏離較大[19-20]?；趯?shí)際制冷循環(huán)推導(dǎo)制冷量給目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定帶來(lái)了難度。

現(xiàn)有過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度的控制，根據(jù)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的差值以及室內(nèi)溫度的變化速率設(shè)計(jì)[7]。該控制方法的可靠性和準(zhǔn)確性不僅取決于制冷系統(tǒng)，還受?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和特性影響。僅靠有限的實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的蒸發(fā)溫度控制規(guī)律無(wú)法保證其它工況的控制效果。將多聯(lián)機(jī)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，才能反映室內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，這給過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度控制方法的研究帶來(lái)了難度。

本文的目的是基于熱力學(xué)分析推導(dǎo)多聯(lián)機(jī)的制冷量，獲得蒸發(fā)溫度和制冷量的對(duì)應(yīng)關(guān)系用于確定目標(biāo)蒸發(fā)溫度；并將多聯(lián)機(jī)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，分析室內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，給出保證室內(nèi)溫度快速穩(wěn)定的控制思路；最后提出變蒸發(fā)溫度的控制邏輯并驗(yàn)證。

1 研究思路

目前多聯(lián)機(jī)在控制室內(nèi)溫度時(shí)，存在兩大問(wèn)題：1）穩(wěn)態(tài)階段系統(tǒng)能效低；2）過(guò)渡階段室內(nèi)溫度振蕩大。穩(wěn)態(tài)階段系統(tǒng)能效低的原因是目標(biāo)蒸發(fā)溫度設(shè)定得很低；過(guò)渡階段室內(nèi)溫度振蕩大的原因是蒸發(fā)溫度保持不變。解決上述兩個(gè)問(wèn)題的思路是：1）提高穩(wěn)態(tài)階段的目標(biāo)蒸發(fā)溫度；2）控制過(guò)渡階段的蒸發(fā)溫度逼近目標(biāo)值。

提高穩(wěn)態(tài)階段的目標(biāo)蒸發(fā)溫度可以提高系統(tǒng)的能效，其中的關(guān)鍵技術(shù)是穩(wěn)態(tài)階段目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定。要求得不同制冷量需求下能夠提高到的蒸發(fā)溫度，就需要建立蒸發(fā)溫度與制冷量的定量關(guān)系，具體內(nèi)容見(jiàn)本文第二節(jié)。

控制過(guò)渡階段的蒸發(fā)溫度逼近目標(biāo)值可以減小室內(nèi)溫度的振蕩，其中的關(guān)鍵技術(shù)是過(guò)渡階段蒸發(fā)溫度的控制。要根據(jù)冷負(fù)荷的變化、并通過(guò)蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量，需要分析過(guò)渡階段中冷負(fù)荷和制冷量的關(guān)系，具體內(nèi)容見(jiàn)第3節(jié)。

本文的研究思路如圖2所示。

圖2 本文的研究思路

2 穩(wěn)態(tài)階段目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定

穩(wěn)態(tài)階段目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定分為三步：1）基于制冷循環(huán)推導(dǎo)制冷量的解析式；2）對(duì)解析式進(jìn)行分析求導(dǎo)獲得制冷量關(guān)于蒸發(fā)溫度的變化規(guī)律；3）選取合適的多項(xiàng)式形式近似，推導(dǎo)目標(biāo)蒸發(fā)溫度的計(jì)算關(guān)聯(lián)式。

2.1 制冷量解析式的推導(dǎo)

多聯(lián)機(jī)的制冷循環(huán)如圖3所示。壓縮機(jī)抽吸各個(gè)室內(nèi)換熱器中產(chǎn)生的過(guò)熱蒸氣，并將其絕熱壓縮（2-3）到冷凝壓力。隨后過(guò)熱蒸氣進(jìn)入室外換熱器，在冷凝壓力下定壓降溫（3-4-5-6）成過(guò)冷液體。過(guò)冷液體受膨脹閥分配，經(jīng)等焓節(jié)流（6-7）降壓到蒸發(fā)壓力，形成兩相混合物進(jìn)入各個(gè)室內(nèi)換熱器。在蒸發(fā)壓力下定壓升溫（7-1-2）成過(guò)熱蒸氣，完成一個(gè)循環(huán)1-2-3-4-5-6-7-1。室內(nèi)換熱器的制冷量即為T(mén)-s圖中的陰影區(qū)域，包括兩相制冷劑的制冷量和過(guò)熱制冷劑的制冷量?jī)刹糠郑?/p>

圖3 多聯(lián)機(jī)制冷循環(huán)的系統(tǒng)圖與T-s圖

式中，qc為制冷量，J/kg；qtp為兩相制冷劑的制冷量，J/kg；qsh為過(guò)熱制冷劑的制冷量，J/kg；re為兩相制冷劑的汽化潛熱，J/kg；cp為定壓比熱容，J/(kg·K)；T為制冷劑的溫度，K。

由于汽化潛熱re與蒸發(fā)溫度Te存在強(qiáng)耦合關(guān)系且難以解耦，不利于對(duì)蒸發(fā)溫度求導(dǎo)來(lái)分析制冷量的變化，所以將兩相制冷劑的制冷量qtp用溫度和熵的形式表達(dá)為：

式中，Te為蒸發(fā)溫度，K；si為狀態(tài)點(diǎn)i的熵，J/(kg·K)；Δsi為過(guò)程(i+1)-i的熵變，J/(kg·K)。

可用過(guò)程i-(i+1)的過(guò)熱熱量和平均溫度表示：

式中，qi-(i+1)為過(guò)程i-(i+1)的過(guò)熱熱量，J/kg；Tc為冷凝溫度，K；ΔT1為過(guò)熱度，K；ΔT2為壓縮前后的溫差，K；ΔT3為過(guò)熱蒸氣冷凝的溫差，K；ΔT4為過(guò)冷度，K。

1-2是過(guò)熱制冷劑的定壓升溫過(guò)程，其熱量：

2-3是過(guò)熱制冷劑的絕熱壓縮過(guò)程，其熱量：

3-4是過(guò)熱制冷劑的定壓降溫過(guò)程，其熱量：

4-5是兩相制冷劑的定壓冷凝過(guò)程，其熱量：

式中，rc為兩相制冷劑的冷凝潛熱，J/kg。

5-6是過(guò)冷制冷劑的定壓降溫過(guò)程，其熱量：

將式(6)～(11)代入式(5)，得：

于是有制冷量的解析式為：

2.2 制冷量解析式的分析

由于多數(shù)常用制冷劑的比熱容在-20～60 ℃的范圍內(nèi)隨溫度呈線(xiàn)性變化，且每度的變化幅度不超過(guò)1%，于是有：

由于變蒸發(fā)溫度控制通過(guò)提高蒸發(fā)溫度來(lái)調(diào)節(jié)制冷量，不需要像定蒸發(fā)溫度控制一樣采用提高過(guò)熱度的方式。為了最大程度發(fā)揮室內(nèi)機(jī)的能力，一般控制室內(nèi)機(jī)的出口剛好過(guò)熱，于是有：

由于絕大多數(shù)氟里昂制冷劑在過(guò)程3-4中定壓降溫的熵變幾乎等于0[11]，則：

由于過(guò)程6-7是等焓節(jié)流過(guò)程：

將式(14)、(15)、(16)和(19)代入式(13)，可得：

2.3 目標(biāo)蒸發(fā)溫度的確定

由于冷凝溫度一般通過(guò)調(diào)節(jié)室外機(jī)的風(fēng)量控制在設(shè)定值附近，認(rèn)為兩相制冷劑的冷凝潛熱和冷凝溫度不隨蒸發(fā)溫度變化，并忽略蒸發(fā)溫度變化對(duì)過(guò)冷度的影響。對(duì)式(20)關(guān)于蒸發(fā)溫度二次求導(dǎo)：

結(jié)合室內(nèi)換熱器的管內(nèi)外傳熱方程：

式中，K為傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；F為傳熱面積，m2；Troom為室內(nèi)溫度，K?？芍覂?nèi)溫度一定時(shí)，制冷量隨著蒸發(fā)溫度的提高而減??；蒸發(fā)溫度一定時(shí)，制冷量隨著室內(nèi)溫度的提高而增大，并且呈線(xiàn)性變化。因此將室內(nèi)溫度的變化也考慮進(jìn)制冷量的計(jì)算后，構(gòu)造出多項(xiàng)式如式(23)所示：

為了方便計(jì)算目標(biāo)蒸發(fā)溫度，將式(23)轉(zhuǎn)化為其反函數(shù)：

無(wú)量綱化后就得到目標(biāo)蒸發(fā)溫度關(guān)于制冷量和室內(nèi)溫度的計(jì)算關(guān)聯(lián)式：

式中，Te,ref為參考蒸發(fā)溫度，K；Qrated為室內(nèi)機(jī)的額定標(biāo)稱(chēng)能力，W；Troom,ref為參考室內(nèi)溫度，K；c0～c4為待定系數(shù)，可通過(guò)擬合得到。

3 過(guò)渡階段蒸發(fā)溫度的控制

過(guò)渡階段蒸發(fā)溫度控制方法的研究分為兩步：1）建立室內(nèi)空氣熱平衡的物理模型；2）結(jié)合熱平衡模型、制冷量和冷負(fù)荷的關(guān)系以及目標(biāo)蒸發(fā)溫度，提出過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度的控制方法。

3.1 熱平衡模型的建立

以室內(nèi)空氣為研究對(duì)象，忽略瞬時(shí)得熱的輻射部分，建立室內(nèi)空氣熱平衡的物理模型如圖4所示。

圖4 室內(nèi)空氣熱平衡的物理模型

圖4中，cair為室內(nèi)空氣的比熱容，J/(kg·K)；Troom為室內(nèi)空氣溫度，K；Tamb為室外空氣溫度，K；Qtop、Qbottom、Qleft、Qright、Qfront和Qback分別為通過(guò)房間頂部、底部、左部、右部、前部和后部墻壁的漏熱量，W；Qc為室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量，W。由熱力學(xué)第一定律得：

式中，mair為室內(nèi)空氣的質(zhì)量，kg；τ為時(shí)間，s。

3.2 過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度的控制思路

假設(shè)通過(guò)外墻和屋頂?shù)膶?dǎo)熱都是一維定常問(wèn)題，對(duì)式(26)積分得：

式中，Tset為設(shè)定溫度，K；為通過(guò)外墻和屋頂?shù)穆崃宽?xiàng)，W；可視為待除的顯熱負(fù)荷項(xiàng)，W。

顯熱負(fù)荷項(xiàng)在室內(nèi)溫度向設(shè)定溫度逼近的過(guò)程中會(huì)趨近于零，使得室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量也減小，并逐漸等于漏熱量，即瞬時(shí)冷負(fù)荷。這里的瞬時(shí)冷負(fù)荷忽略了透過(guò)玻璃窗的日射得熱形成的冷負(fù)荷，以及室內(nèi)熱源（人體、設(shè)備和照明）散熱形成的冷負(fù)荷，是因?yàn)榻^大多數(shù)的多聯(lián)機(jī)不具備檢測(cè)逐時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，以及室內(nèi)熱源類(lèi)型和數(shù)量的能力。上述冷負(fù)荷可以以實(shí)時(shí)修正目標(biāo)蒸發(fā)溫度的形式考慮進(jìn)控制。

根據(jù)式(28)控制室內(nèi)機(jī)的制冷量，就能使其逐漸減小直到等于房間的冷負(fù)荷，同時(shí)室內(nèi)溫度逐漸減小到設(shè)定溫度。而控制室內(nèi)機(jī)制冷量的手段是調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度。因此過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度的控制方法是：首先根據(jù)式(28)計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該輸出的制冷量；再根據(jù)式(25)計(jì)算當(dāng)前的目標(biāo)蒸發(fā)溫度；接著調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度到目標(biāo)值；最后根據(jù)室內(nèi)溫度是否穩(wěn)定在允許區(qū)間實(shí)時(shí)修正目標(biāo)蒸發(fā)溫度。

4 控制策略的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證

4.1 多聯(lián)機(jī)運(yùn)行分階段控制

多聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)室內(nèi)溫度會(huì)先后經(jīng)歷Term1和Term2兩個(gè)時(shí)間段，如圖5所示。首先，在Term1時(shí)間段，室內(nèi)溫度從初始溫度快速下降到接近設(shè)定溫度；然后，在Term2時(shí)間段，室內(nèi)溫度下降速度減緩，經(jīng)過(guò)衰減振蕩后向設(shè)定溫度逼近，并保持在允許區(qū)間(Tmin，Tmax)內(nèi)。

圖5 室內(nèi)溫度分兩階段控制

對(duì)于室內(nèi)溫度控制的宏觀(guān)要求包括：1）在Term1時(shí)間段，所用時(shí)間盡可能短；2）在Term2時(shí)間段，室內(nèi)溫度的超調(diào)量盡可能小，波動(dòng)幅度也盡可能小。Term1時(shí)間段需要快速打冷，Term2時(shí)間段需要負(fù)荷匹配。

定義Term1時(shí)間段為快速打冷階段，從室內(nèi)機(jī)開(kāi)機(jī)開(kāi)始，到室內(nèi)溫度下降到Tset+ΔTr結(jié)束，其中ΔTr為壓縮機(jī)降頻留出時(shí)間余量。定義Term2時(shí)間段為負(fù)荷匹配階段，從室內(nèi)溫度下降到Tset+ΔTr開(kāi)始，到室內(nèi)機(jī)關(guān)機(jī)結(jié)束。這兩個(gè)階段的宏觀(guān)要求不同，所以相應(yīng)的控制策略也不同。

4.2 控制策略的開(kāi)發(fā)

在快速打冷階段，要使室內(nèi)溫度快速下降，就要控制室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量一直大于冷負(fù)荷。這在室內(nèi)機(jī)剛開(kāi)機(jī)時(shí)很容易做到，因?yàn)榇藭r(shí)室內(nèi)外的溫差很小。然而隨著室內(nèi)溫度的降低，通過(guò)外墻和屋頂?shù)穆崃繒?huì)持續(xù)增加，直到室內(nèi)溫度逼近Tset+ΔTr才減緩增加幅度。所以室內(nèi)機(jī)應(yīng)該滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。

因此快速打冷階段中，壓縮機(jī)的控制策略是：先升頻到初始工作頻率，再保持初始工作頻率運(yùn)行。室外機(jī)風(fēng)扇的控制策略是：根據(jù)冷凝器的出口溫度調(diào)整送風(fēng)擋位。室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥的控制策略是：根據(jù)出口過(guò)熱度調(diào)整開(kāi)度。室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇的控制策略是：在用戶(hù)設(shè)定了送風(fēng)擋位時(shí)，開(kāi)啟到設(shè)定擋位；否則開(kāi)啟到默認(rèn)擋位。

在負(fù)荷匹配階段，要使室內(nèi)溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，就要控制室內(nèi)機(jī)輸出的制冷量不斷逼近冷負(fù)荷，故采用3.2節(jié)中過(guò)渡時(shí)蒸發(fā)溫度的控制方法。

因此負(fù)荷匹配階段中，壓縮機(jī)的控制策略是：每過(guò)一段時(shí)間計(jì)算一次目標(biāo)蒸發(fā)溫度，再調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度到目標(biāo)值，最后根據(jù)室內(nèi)溫度修正目標(biāo)蒸發(fā)溫度。室外機(jī)風(fēng)扇、室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥和室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇的控制邏輯與快速打冷階段的一致。

4.3 控制策略的驗(yàn)證

4.3.1 不同設(shè)定溫度下的控溫效果

本文在一款典型的多聯(lián)機(jī)上應(yīng)用變蒸發(fā)溫度控制策略，通過(guò)仿真的方式驗(yàn)證不同設(shè)定溫度下的控溫效果。該款多聯(lián)機(jī)由一臺(tái)6 HP室外機(jī)和兩臺(tái)3 HP室內(nèi)機(jī)組成，室內(nèi)機(jī)安裝在占地面積為49 m2的房間中。仿真驗(yàn)證的工況為室外干球溫度35 ℃；室外濕球溫度24 ℃；室內(nèi)初始溫度30 ℃；室內(nèi)初始濕度46%；室外機(jī)風(fēng)量4 000 m3/h；室內(nèi)機(jī)風(fēng)量800 m3/h；過(guò)熱度1 ℃；設(shè)定溫度分別為22、24和26 ℃。仿真結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 設(shè)定溫度為22 ℃時(shí)的控溫效果

圖7 設(shè)定溫度為24 ℃時(shí)的控溫效果

圖8 設(shè)定溫度為26 ℃時(shí)的控溫效果

可以看出在變蒸發(fā)溫度控制下，室內(nèi)溫度能夠先快速下降，再在接近設(shè)定溫度時(shí)平滑地減緩速度，最終穩(wěn)定在設(shè)定溫度±0.5 ℃以?xún)?nèi)。目標(biāo)蒸發(fā)溫度先隨著室內(nèi)溫度的下降而升高，最終隨著室內(nèi)溫度的穩(wěn)定而基本保持不變。

4.3.2 定/變蒸發(fā)溫度控制效果的對(duì)比

本文對(duì)同一款多聯(lián)機(jī)，分別應(yīng)用定蒸發(fā)溫度的控制策略和變蒸發(fā)溫度的控制策略，通過(guò)仿真的方式對(duì)比控制效果。多聯(lián)機(jī)型號(hào)和驗(yàn)證工況與4.3.1節(jié)相同，仿真結(jié)果如圖9所示，性能指標(biāo)的對(duì)比如表1所示。

圖9 定/變蒸發(fā)溫度控制效果的對(duì)比

表1 定/變蒸發(fā)溫度控制下性能指標(biāo)的對(duì)比

與定蒸發(fā)溫度控制相比，變蒸發(fā)溫度控制能夠快速穩(wěn)定室內(nèi)溫度，并將控溫精度提高0.93 ℃。由于穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)溫度提高了3.8 ℃，系統(tǒng)能效提高了40%。本文開(kāi)發(fā)的變蒸發(fā)溫度控制策略既能保證室內(nèi)溫度快速穩(wěn)定，又能提高系統(tǒng)能效，減少能耗。

5 結(jié)論

本文開(kāi)發(fā)了一種變蒸發(fā)溫度的控制策略，先基于蒸氣壓縮制冷循環(huán)分析了蒸發(fā)溫度和制冷量的熱力學(xué)關(guān)系，推導(dǎo)了目標(biāo)蒸發(fā)溫度的計(jì)算公式；基于空調(diào)房間的熱平衡分析了制冷量和冷負(fù)荷的關(guān)系，獲得了過(guò)渡過(guò)程蒸發(fā)溫度的控制方法；通過(guò)多聯(lián)機(jī)和空調(diào)房間的聯(lián)合仿真驗(yàn)證了控制策略的效果，得出如下結(jié)論：

1）變蒸發(fā)溫度的多聯(lián)機(jī)控制策略根據(jù)冷負(fù)荷的減小來(lái)提高蒸發(fā)溫度，避免了室內(nèi)機(jī)的頻繁開(kāi)停，可以提高系統(tǒng)的能效并減小室內(nèi)溫度的振蕩；

2）控制蒸發(fā)溫度向目標(biāo)值逼近，可以使室內(nèi)機(jī)的制冷量逐漸減小，直到與冷負(fù)荷相匹配，此時(shí)的室內(nèi)溫度將穩(wěn)定在設(shè)定溫度；

3）仿真結(jié)果表明，在典型工況下與定蒸發(fā)溫度控制相比，變蒸發(fā)溫度控制不需要頻繁開(kāi)停機(jī)，并且能將控溫精度提高0.93 ℃。穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)溫度提高3.8 ℃時(shí)，系統(tǒng)能效提高了40%。