谈VRV空调系统的原理及系统的控制

　　摘要：VRV空调系统即可变制冷剂流量空调系统，属单元式空调系统模式，与传统的集中空调系统相比存在许多差异。本文介绍了VRV空调系统设计中需要考虑的冷量衰减，几种新风处理方法的优缺点以及VRV的控制系统。
　　关键词：VRV空调系统，变频控制，工作原理
　　一、VRV空调系统的定义及控制原理
　　VRV空调系统是在电力空调系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。VRV空调系统需采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制；在制冷系统中需设置电子膨胀阀或其它辅助回路，以调节进入室内机的制冷剂流量；通过控制室内外换热器的风扇转速积，调节换热器的能力。在变频调速和电子膨胀阀技术逐渐成熟之后，VRV空调系统普遍采用变频压缩机和电子膨胀阀。
　　空调系统在环境温度、室内负荷不断变化的条件下工作，而且系统各部件之间、系统环境与环境之间相互影响，因此VRV空调系统的状态不断变化，需通过其控制系统适时地调节空调系统的容量，消除其影响，是一种柔性调节系统。其工作原理是：由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机输气量，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。
　　二、VRV空调系统的特点
　　变频VRV空调系统的相对于定速系统具有明显的节能、舒适效果：
　　1、VRV空调系统依据室内负荷，在不同转速下连续运行，减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失；在制冷/制热工况下，能效比COP随频率的降低而升高，由于压缩机长时间工作在低频区域，故系统的季节能效比SEER相对于传统空调系统大大提高；采用压缩机低频启动，降低了启动电流，电气设备将大大节能，同时避免了对其它用电设备和电网的冲击。
　　2、VRV空调系统具有能调节容量的特性，在系统初开机时室温与设定温度相差很大，利用压缩机高频运行的方式，使室温快速地到达设定值，缩短室内不舒适的时间；系统调节容量使室温波动很小，改善了室内的舒适性；极少出现传统空调系统在启停压缩机时所产生的振动噪声，且室内机风扇电机普遍采用直流无刷电机驱动，速度切换平滑，降低了室内机的噪声。由于VRV空调系统比冷水机组的蒸发温度高3℃左右，其COP值约提高10%；结构紧凑，体积小，管径细，不需要设置水系统和水质管理设备，故不需要专门的设备间和管道层，可较大程度地降低建筑物造价，提高建筑面积的利用率；室内机的多元化，可实现各个房间或区域的的独立控制；而且热回收VRV空调系统，能在冬季和过渡季节，向需要同时供冷和供热的建筑物提供冷、热源，将制冷系统的冷凝负荷和蒸发负荷同时利用，大大提高能源利用效率。因此，多元VRV空调系统将是今后中小型楼宇空调系统的发展主流之一。
　　三、冷量的衰减
　　通常VRV空调系统室内机与室外机之间是通过冷媒管连接，制冷剂管路的长度与室内外机组的高差影响着空调系统的冷量衰减。以日本大金公司的VRV空调系统产品为例，产品说明书中介绍：室内机与室外机之间的制冷剂管长度可至150m，室内机与室外机之间的高差可至50m，各室内机之间的高差可允许15m.这些都是我们设计中应保证的极限值，在这些范围内设计时要注意到，随着制冷剂管长度及室内外高差的变化，其冷量衰减相差很大。
　　由此可见，在设计中要考虑到容量修正系数，在系统设计时要尽量使一个系统的室内外机之间的距离最短，高差最小，对高差大、管路长的系统要适当增加机组的容量，这样才能保证空调使用的效果。
　　四、新风问题
　　新风的问题一直是VRV空调系统设计的难点，也很大程度上限制了VRV空调系统的进一步应用，下面简单介绍几种新风处理方法的优缺点：
　　1、将VRV空调系统的普通室内机作为新风机来处理新风
　　此种方法由于系统较简单，在工程中运用较多。由于VRV空调系统的室内机盘管是根据空调回风状态设计的，而不是按新风状态设计的，所以一方面室内机不能将新风处理到室内状态点，部分新风负荷需要由室内机负担，另一方面在室外温度较高时，会使室外机长时间超负荷运转，出现过流保护。
　　2、采用全热交换机作为新风机
　　使用全热交换机在向房间补充新风的同时，利用室内排风的冷量来预冷新风，回收冷量的效率为60%~70%，可节能28%.此种方法是VRV空调新风系统的较好方案，在实际工程应用中，大空间空调系统采用全热交换机时，新风和排风管道易于设置，而在走廊式小开间办公楼、宾馆等场所，同时设置新风管和排风管就较为困难，这时可结合工程的具体情况，将排风系统集中设置。另外使用全热交换机时还要注意其噪声带来的影响。
　　3、采用VRV制造厂家提供的新风专用机
　　这类新风机通常是按新风状态设计，加大了机组盘管的排数，可将新风处理到室内状态点。但此种方法工程造价较高，影响在工程中的应用，另一方面，在室外温度较高时，压缩机长时间不间断运行，会影响机组的寿命。
　　4、设置风冷热泵机组为新风系统提供冷热源
　　此种方法是将新风系统与VRV系统分开，新风系统用冷热水系统，这样就确保了新风系统的风量和冷量。在较大的工程特别是带有公共部分的裙房工程较为合理，这类工程主楼设置VRV空调系统，裙房空调及主楼新风系统的冷热源由风冷热泵机组提供，这样也降低了工程造价。但此种方法采用了2种空调系统，在运行管理上较为繁琐，没有充分体现VRV空调系统灵活、节能的特点。
　　5、利用直接蒸发式风管空调机、屋顶机作为新风机
　　此类方法和第1种方法，即用普通VRV空调系统室内机作为新风机的原理是一样的，也存在供冷不足，以及主机超负荷运转的问题，严重时甚至会出现烧机现象。
　　五、VRV空调系统的控制
　　VRV空调系统的控制系统较为灵活方便，系统可配有各种遥控器（有线或无线、简易遥控器、宾馆遥控器、集中遥控器等），另外还有扩展转换器，可以集中控制64个不同组合，多达1024台空调机，此外还有楼宇管理系统。在设计时可按照要求选用不同的控制方法，工程实例中往往为了减少工程造价而不注重控制系统，其实VRV空调控制系统比集中空调系统设置自控系统更加方便、经济，不需要增加过多的投资就可以达到很好的控制效果。另外在工程中为了减少造价往往1个房间采用同一遥控器控制几个室内机，这就会造成房间温度过冷过热的现象，所以每台遥控器最好控制1台室内机。
　　VRV空调系统生产技术在不断的提高，容量也在不断的加大，而工程造价也在逐渐降低，相信VRV空调系统会有一个广阔的前景。
　　六、结语
　　通过对VRV空调系统控制方式的讨论，基本上可以得出这样的结论，上述各种控制方式都有其相适应的应用场所，对规模较小的VRV空调系统，采用现场遥控器方式是比较合适的。对于规模较大的系统，采用集中管理方式更合理，对于采用楼宇自控系统的建筑，应优先考虑采用专用网关联网方式，不仅能满足控制管理要求，而且可以充分利用楼内弱电智能控制管理集成平台与若干弱电系统实现功能联动
　　参考文献：
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　　2、王裕民，王宇志。变频控制VRV空调系统特点的浅析。低温建筑技术，1999
　　3、张智力，吴喜平。VRV空调系统的节能因素分析。能源技术，23（2）