[發明專利]一種制冷系統的變頻節能控制方法

有效

• 申請號: 200910088963.0
• 申請日: 2009-07-15
• 公開（公告）號: CN101603751A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 王立;童莉葛;李海燕
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F25B49/02
• 分類號: F25B49/02;F24F11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于節能技術領域，涉及一種具有變容量的制冷系統或具有變容量制冷回路的空 調系統，特別涉及一種與制冷(或制熱)負荷相匹配的變容量調節和閥最大開度的節能運行 控制方法。

背景技術

隨著世界范圍內能源危機的日趨嚴重，各國政府都在為經濟可持續發展積極地推廣節能 降耗技術。能源緊張問題同樣也成為制約我國發展的重要因素。隨著各種制冷、空調設備的 日益廣泛使用，其能耗占社會總能耗的比例迅速增長。在追求舒適性的同時，制冷、空調設 備所帶來的能源、環保問題也日益受到人們的重視。節能已經成為制冷與空調技術發展的基 本要求。

為了解決制冷系統的高能耗問題，引進先進的控制策略和控制技術，實現制冷機組高效 運行是節能的重要途徑。質量和能量傳遞過程的時延、慣性是制冷系統控制的主要問題。制 冷系統本身多參數、時變、非線性的特點決定了其精確和優化控制的難度。

開發部分負荷下的制冷機組節能控制策略和技術是實現制冷機組節能的重要方向?，F有 的制冷機組控制策略仍以部分設備的調節特性為主，而對機組的整體特性關注不夠，因此仍 存在超調現象，導致部分負荷下的運行能耗較高。采用電子膨脹閥的調節系統雖然保證了蒸 發器在很小的出口過熱度下穩定工作，具備了主動調節膨脹閥開度的硬件條件，但在節流閥 的控制思路上仍根據蒸發器出口過熱度進行調節，還屬于被動調節。雖然變頻空調通過變轉 速可以在一定程度上適應冷負荷的變化，但仍然僅以蒸發器的過熱度作為控制目標，實際上 很難維持系統在最高效率點運行。另一方面，雖然電子膨脹閥技術在制冷及空調行業得到了 廣泛應用，但其控制策略仍然沒有擺脫過熱度反饋控制模式，因而無法從根本上改變時滯的 被動控制方式所帶來的不穩定和高能耗。雖然如此，由于電子膨脹閥可以實現流量的精確控 制，無疑為使用先進的控制策略提供了硬件條件。對于VRV、VAV、MVRV等擁有大量末端 的復雜系統，僅依靠室內機的各種組合來制定系統控制策略的方法是幾乎不可能實現的。

以蒸汽壓縮式制冷系統為例，壓縮能耗主要取決于制冷劑的流量和壓縮機進出口的壓力 差，換熱器換熱能力的利用程度決定了系統的運行能耗。制冷系統能依靠自平衡能力在滿足 冷負荷要求的前提下穩定運行在不同的冷凝蒸發壓差下。對于蒸發器，過熱區是無相變換熱， 換熱系數遠小于兩相區的換熱系數。冷凝器過熱區換熱溫差大，兩相區換熱系數大，而過冷 區換熱溫差和換熱系數都小，因此過冷區的換熱能力遠小于過熱區和兩相區?？梢娬舭l器出 口過熱度和冷凝器出口過冷度的大小反映了換熱器換熱能力的利用程度。

發明內容

本發明目的是提供一種與制冷(或制熱)負荷相匹配的節能運行控制方法，在保證冷負 荷所需循環制冷劑流量的前提下，通過調節節流閥的開度重新分配蒸發器和冷凝器里的制冷 劑的分布，充分發揮換熱器的換熱能力，降低冷凝蒸發壓差，減少不可逆損失，以實現系統 的節能運行。

一種制冷系統的變頻節能控制方法，其特征在于：根據負荷的變化或變化趨勢確定制冷 劑質量流量Gr，然后確定滿足制冷劑質量流量Gr的壓縮機能耗W_el和壓縮機轉速n；通過建 立的節能控制數學模型預測出使冷凝器負荷滿足冷負荷和壓縮機功率變化的冷凝壓力Pc最 小值，逐步調整壓縮機供電頻率ff使壓縮機轉速達到n值；通過主動調節電子膨脹閥開度Av 使冷凝壓力Pc達到最低，實現冷凝器與蒸發器間的最小壓差運行，使制冷系統運行能耗最低。 控制方法步驟如下：

(1)根據實際的室內干球溫度T_airin0、室內濕球溫度T₂，室外干球溫度T_airout0、室外濕 球溫度TT₂，室內的用戶設定溫度值T_setup，及室內的用戶設定風量V_air，得到冷負荷Q₀(或熱 負荷Q)的初始近似值，然后通過實驗數據擬合出循環計算的制冷劑流量Gr和冷負荷Q₀(或 熱負荷Q)的關系式，從而確定制冷劑流量Gr的初始近似值，對于制冷循環工作過程計算如 公式1和公式2所示。