技术探讨：多联机超低负荷制热性能靠谱吗？

     

        对多联机产品的开发，厂家更关注５０％以上负荷率下的产品性能，而对于负荷率５０％以下更偏重于机组运行可靠性，如机组如何实现可靠回油。           因此，本文将针对一套上海办公建筑用多联机进行过渡季节超低负荷制热性能试验，研究机组在运行过程中各参数变           化特性，针对发现的问题进行分析并给出建议。        

       

   

1 、研究对象    

测试对象为一套２４ｈｐ多联机（名义制热量为 765 ｋＷ），由 10 ｈｐ（名义制热量为３１．５　ｋＷ）和 14 ｈｐ（名义制热量为 45 ｋＷ）共２套室外机组合而成，共搭配１４台室内机，配置率为 108 ％。测试室内机为１台 0.8 ｈｐ室内机（名义制热量为 2.5 ｋＷ），安装于 10 ｍ２的房间。

 

室外机与测试室内机参数见表１。

室内机与室外机之间最远距离约 50 ｍ，无高度差。根据实际安装情况，机组需要考虑测试条件下室外环境温度修正以及连接管长度修正，根据厂家提供的技术资料，查找对应修正系数，分别如图１和图２所示。

除室外机进行相关修正，对室内机制热能力进行相应修正，修正公式如式（１）所示：

 

2、研究方法    

选取一台名义制热量最小的室内机进行制热运行试验，即表１所列的室内机１（型号ＦＵＭ２２）。室内机和室外机制热量分别经修正后，制热运行负荷率按照式（２）进行求解：

 

试验过程中室外温湿度由安装在园区的环境监测系统获取，室内机１所在区域温湿度由室内环境采集器记录，室外机功率由功率采集仪记录，多联机系统制冷剂参数由多联机配套的监测软件读取。相关试验仪器参数见表２。

3、数据分析    

运行时，室内机１制热设定温度３０℃，风机高风档运行，运行时间２ｈ，试验期间所有试验参数均自动记录，记录间隔为３０～６０ｓ不等，测试数据能够真实反映多联机的制热运行性能。测试室外机是由２台室外机并联而成，测试过程中主要是 10 ｈｐ室外机运行（只有多联机启动和四通阀换向回油时２台室外机才同时投入运行）。

 

３．１　总体运行分析   

由图３可以看出，测试期间，多联机多次进入回油运行状态，其中１０：５０左右，多联机进入了四通阀换向回油模式，此时所有压缩机均高频运行，所有室内机节流阀门打开，室内机风机停止运转，系统进行较为彻底的回油，以保证多联机的运行可靠性。然而 在四通阀换向回油期间，机组无法提供热量，同时压缩机高频运行，功耗增大，多联机测试期间ＣＯＰ将会降低。其余回油模式时，主要是压缩机升频运行，此时多联机均制热运行，对室内温度影响相对较小。

 

图３压缩机运行频率和排气压力的变化由图３可知，机组在启动阶段，压缩机运行频率快速升高至 50 Ｈｚ，当排气压力达到目标压力后，即开始降频运行。 在稳定运行阶段，压缩机一直稳定保持在20Ｈｚ下运行，只有进入回油模式时频率才发生变化。

 

运行过程中机组运行功率和对应功率输出比变化曲线如图４所示，由图可知，在四通阀换向回油时，２台 压缩机 同时 投入运 行，功率 输出 比为４０％左右。此外启动运行时２台压缩机同时启动，功率输出比为３０％左右，稳定制热运行时，只有１台１０　ｈｐ室外机运行，机组功率输出比为１５％左右，只考虑１０　ｈｐ压缩机时，稳定运行状态下的功率输出比为３５％左右。

 

 

３．２　环境温度分析  

室内共布置２个温湿度测试点，分别位于室内机１回风口和房间中心位置且距地面１ｍ高处，室外温湿度由环境监测仪读取。由图５可知，测试期间室外温度逐渐升高，由２２℃左右缓慢升高到２５℃，室外相对湿度在３０％～４０％之间；室内初始温度为１９℃左右，测试结束时为２５℃左右。

 

由于温度升高，空气绝对含湿量保持不变，房间相对含湿量和出风口相对含湿量均逐渐下降；四通阀换向回油期间，室内机停止运转，此时出风口温度逐渐下降，而室内温度逐渐上升，直到回油结束，机组重新开始制热运行，两者之间温差逐渐增大。由室内外温度可知此时室内热负荷极小，由上海标准气象年（ＣＳＷＤ）温度统计数据可知，温度区间２０～２５℃占比最高，约为 ２１％，如图６ 所示。

 

因此测试期间室外环境温度具有过渡季节代表性，适宜用于分析多联机超低负荷下的制热性能。由图５可以看出，随着多联机持续制热运行，室内温度逐渐升高，回风口处的温湿度与室内温湿度出现了差异，回风口处的温度升高速度远高于室内温度，最高值接近设定温度３ 0.0 ℃，此时回风温度与房间温度差值达到６ . ９℃。此后由于多联机进入四通阀换向回油模式而出现温度下降。

两者之间的温度差异表明室内机出现了送回风短路，这是由于房间面积过小，风管式室内机的回风口与送风口距离过近。试验结束时，室内温度约为２５℃，回风口温度约为２８ . ５℃。 多联机制热期间无加湿除湿功能，因此可以认为房间内绝对含湿量保持不变，相对湿度的变化主要是由室内干球温度变化引起的。

 

３．３　制热性能分析

与制冷运行时不同，为保证运行可靠性，多联机制热运行时，除指定室内机运行外，其他室内机节流阀均保持一定开度，以保证多联机机组可靠回油。多联机在满足指定房间热量需求的同时，需要额外消耗部分功率用于满足系统回油。系统消耗的实时功率由功率记录仪记录，系统制热量需要根据相关测试数据进行计算。 为计算室内机制热量，作如下假设：

１）不考虑连接管气管压力损失，不考虑室内机压力损失；

２）换热过程为准稳态，不考虑焓值随时间的变化项；

３）忽略机组管路间回油阀动作时造成的制冷剂循环量；

４）各室内机制冷剂流量按照电子膨胀阀开度比例线性分配。

 

提取间隔 5 ｍｉｎ的压力、温度、压缩机频率等数据进行室内机制热量计算，结合功率记录仪数据即可计算获得机组制热量、性能系数（ＣＯＰ）。

 

图７所示为制冷剂流量分配系数与流量随时间的变化趋势，可以看出，多联机运行过程中，只有４５％左右的制冷剂流经指定运行室内机，其余制冷剂均用于保持制冷剂循环从而保证机组回油可靠性，其产生的热量通过自然对流散失在无制热需求的房间内，稳定运行时制冷剂质量流量约为 0.025 ｋｇ／ｓ。 由于５０％以上的制冷剂用于回油运行以保证机组可靠性，机组实际提供的指定房间室内制热量远低于机组此时的总制热量。

 

由图８可知，稳定运行时机组提供的制热量为 4 ｋＷ 左右，功率接近 3 ｋＷ。假定压缩机此时的制热能力能够全部用于提供室内制热量（即制冷剂分配系数为１），定义此时的制热量为最高制热量，则此时最高制热量即可提高到现有制热量的２倍以上，意味着制热能效得到大幅提升而同时运行功率保持不变， 因此多联机在超低负荷运行时无法通过降低压缩机功耗提升制热ＣＯＰ，为保证较高的制热ＣＯＰ，多联机存在最低负荷率运行限值。

 

由图９可以看出，只开启一台室内机时，多联机制热负荷率接近５％，此时机组制热ＣＯＰ极低，稳定运行时为１．５　ｋＷ／ｋＷ 左右。这主要是由于多联机在极限运行（本测试机组压缩机运行频率为２０　Ｈｚ）时，需要实时保持回油可靠性造成的。 当最低负荷率限值为１０％时，此时多联机功率相同，但是制热ＣＯＰ 提升，稳定运行时其平均值保持在３．２　ｋＷ／ｋＷ以上。

 

4、结论    

笔者针对１套办公建筑中使用的多联机进行了制热性能试验研究，分析了过渡季节超低负荷下的机组制热性能，得到如下结论：

１）测试多联机超低负荷运行时制热ＣＯＰ偏低，主要原因是约有５５％的制冷剂流量用于保证机组可靠回油而不产生有效制热量；

２）测试房间室内机回风口与房间温差最大达到了６．９℃，建议风管式室内机的设计应进行送风和回风速度场分析，避免送回风短路，导致房间热舒适性下降；

３）为保证多联机在超低负荷下的运行性能，建议机组的选型和室内机的配置应保证机组最低运行负荷率大于１０％。

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