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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[1]。
3.多元变频VRV空调系统的工作原理
在传统的冷库、空调系统中,为适应多用户库(室)风负荷的变动,减小的启动电流,常采用卸载压缩机或多台压缩机并联的制冷系统。
当负荷变动时,根据回气压力的高低,增减压缩机的运行台数。
多元VRV空调系统即是吸收了此思想,而发展起来的变制冷剂流量制冷系统。
由于多元VRV空调系统存在有制冷流量分配控制和系统稳定性控制问题难以解决,在微电脑、电子膨胀阀、变频技术以后才开始重视其研究开发工作。
自1985年开始发展至今,世界上主要是日本三菱、日立、大金、夏普、松下等少数几家大企业拥有这项技术。
,多元VRV空调系统主要有单冷型、热泵型和热回收型三种形式,将这三种型式与蓄热(冷)系统、变风量系统等结合,又扩大了VRV空调系统的应用范围。
3.1单冷或热泵型多元VRV空调系统
表1示出了各种单冷和热泵型多元VRV空调系统的原理图。
在典型的单冷(图1)或热泵(图3)型多元VRV空调系统中,压缩机通常采用一台变频压缩机,在大系统中,由一台变频压缩机或多极压缩机与多台定速压缩机构成压缩机组;
在各室内机和室外机上,设置有供节流和流量调节的电子膨胀阀(有些系统在室外机上采用普通膨胀阀[2]);
在系统的典型部位安放有温度传感器和压力传感器。
在制冷工况下,室外机电子膨胀阀全开,通过室内机电子膨胀阀节流降压,控制室内温度和各室内机热交换器出口制冷剂的过热度,由压缩机频率调节吸气压力;
在制热工况下,室外机电子膨胀阀,控制室外机热交换器出口制冷剂的过热度,室内机电子膨胀阀控制室温和室内热交换器出口的制冷剂过冷度,通过改变压缩机频率调节压缩机排气压力。
为提高系统的稳定性、可控性和可靠性,在一些系统中,增设了辅助回路。
表1各种单冷和热泵型多元VRV空调系统原理图
序号
系
统
空调系统原理图
备注
图1
单
冷
型
多
元
VRV
A:
压缩机
C:
室外热交换器
E:
室内热交换器
F:
气液分离器
EV1:
电子膨胀阀
EV2:
EV3:
图2
带
内
部
热
交
换
同上
D:
内部热交换器(HIC回路)
图3
泵
B:
四通阀
V1:
图4
蓄
H:
制冷剂泵
V2,V3:
E1,E2,E3,E4,E5:
电磁阀
1994年,三菱开发出带有内部热交换回路的变频单冷型多元VRV空调系统[3],由图2可知,通过回热回路,实现了制冷剂的有效移动,减少了系统的压力损失,提高了系统的能交比。
研究表明,经回热回路的流量为压缩机循环流量的2-22%时,制冷量基本一致,能效比提高10%。
同时由于采用了高压制冷剂的饱和点控制,减少了系统中的制冷剂的充灌量。
面临电力供应的紧张局面,"
移峰填谷"
是急待解决的问题,随着峰谷电价的实施,蓄热空调系统开始得到发展,从1995年开始,开始应用于热泵型VRV空调系统中[4,5]。
蓄热型VRV空调系统如图4所示,由室外机、蓄热槽和多个室内机组成。
室外机内有变频压缩机、制冷剂泵和热交换器;
在蓄热槽内部装有盘管换热器和相变蓄热材料。
系统在制冷和制热运行时,都各具有3种运转模式,即蓄冷(热)运行、蓄冷(热)利用制冷(热)运行和压缩机制冷(热)运行。
在蓄冷(热)运行和压缩机制冷(热)运行模式下,制冷剂泵停止运行,系统的工作方式和普通蓄冷空调系统一致;
在蓄冷利用制冷运行模式下,制冷剂泵运转,将一部分制冷剂压缩,送入蓄冷槽盘管换热器,制冷剂将热量排至蓄冷材料(取冷)而冷凝,与在室外热交换器内冷凝后的制冷剂液体汇合,经室内机电子膨胀阀节流,送入室内机进行制冷;
同理,在蓄热利用制热运行模式下,制冷剂泵运转,在蓄热材料中取热,送入室内机。
系统"
的机理是利用降低冷凝温度或提高蒸发温度,减小压缩比,降低高峰电力的使用量。
3.2热回收型多元VRV空调系统
热回收型VRV空调系统是于90年代初研制出,它不仅具有单冷和热泵形系统的功能,同时由于冷凝负荷和蒸发负荷都被利用,所以大大改善了能源利用效率。
对于同时需要供冷与供热的建筑物增多的今天,具有极大的应用前景,所以也就成为了当前研究的重要课题之一。
当今的热回收型VRV空调系统具有3管式和2管式两种形式[6-12],参见表2。
表2 热回收型多元VRV空调系统原理图
系统
图5
3
管
式
回
收
E1-E8:
图6
2
G:
V2-V4:
过冷却器
J:
单向阀
(1)3管式热回收型多元VRV空调系统
3管式VRV空调系统如图5所示,室外机由压缩机、室外热交换器和气液分离器等构成;
室内机由热交换器、电磁三通阀及电子膨胀阀构成。
室外机与室内机之间由高压气体管、高压液体管、低压气体管3根管道相连,故称"
3管式"
系统。
空调系统通过高压气体管将高温高压蒸气引入用于供热的室内机,制冷剂蒸气在室内机内放热冷凝,流入高压液体管;
制冷剂从高压液体管进入制冷运行的室内机中,蒸发吸热,通过低压气体管返回压缩机。
室外热交换器用于平衡各室内机的冷热负荷的缓冲设备,视室内运行模式起着冷凝器或蒸发器的作用。
其功能取决于各室内机的工作模式和负荷大小。
(2)2管式热回收型多元VRV空调系统
2管式VRV空调系统如图6所示,系统由室外机、分流控制器和室内机组构成。
其中,室外机由压缩机、热交换器和气液分离器等构成;
分流控制器由气液分离器、3个电子膨胀阀、回热器、高低压气体转换阀组等组件构成,放置在离室内机组较近的部位;
室同机由电子膨胀阀和热交换器构成。
室外机与分流控制器之间由高压气体管和低压气体管两根管道相连,故称"
2管式"
室外热交换器用于平衡各室内机的冷热负荷,起着冷凝器或蒸发器的作用。
在冷暖混合运行模式下,控制室外热交换器风扇转速,将部分高温蒸气引入分流控制器内,蒸气和液体在气液分离器中分离,蒸气部分进入室内供热,液体部分和在供热室内机中冷凝后的液体合流进入供冷室内机中,液态制冷剂蒸发吸热后,经回气管返回压缩机。
此外,将VRV空调系统的一个或多个末端机通过送、回风风道与多个房间相连就构成了与VRV结合的多元VRV空调系统。
风道的各个室内末端装置根据室内温度与设定温度的差值大小控制其风量,末端机根据送风道内的静压控制总送风量的大小,由末端机的过热度控制相应电子膨胀阀的开度,压缩机根据所有室内机的负荷大小控制其转速。
这种系统的研究始于80年代中期,现以用于单冷和热泵型VRV空调系统中[13]。
4.多元VRV空调系统研究开发中尚需解决的问题
多元VRV空调系统发展至今,无论是在制冷系统,还是在控制方法上都取得了很大的进步,但仍存在以下几方面的问题,尚需进一步深入研究。
(1)舒适性:
有待于新的传感器的开发和现代控制理论的应用,以推进智能空调系统的发展。
(2)稳定性和节能性控制问题:
研究制冷系统的各调节部件对系统特性的影响规律,实现系统的稳定调节和节能控制。
(3)控制器的可移植性问题:
深入研究制冷系统的特性规律,研制出适合于大小系统兼容,热泵型和热回收型系统通用,移植性较强的控制器。
(4)系统综合性能评价问题:
VRV空调系统特别是热回收型系统,由于各换热器的功能和温度条件不尽相同,如何评价系统的综合性能,尚无合理和实有的方法。
(5)制冷剂替代问题:
由于VRV空调系统的管道接头较多,增加了制冷剂泄漏的可能性,且系统的内容积过大,增大了制冷剂充灌量,在HCFC控制计划实施后,系统价格会大大上升。
所以,减少制冷剂充灌量和减少泄漏是系统开发过程中应该重视的问题,同时应加强对HCFC22的替代工质在VRV空调系统中的应用研究。
智能建筑中VRV空调系统控制方式的探讨
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zy
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通过对VRV空调系统控制方式的讨论,可得出这样的结论:
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。
VRV变频控制网关控制
在近期建筑工程项目的设计中,设计院方面的设计已有不少采用VRV空调系统,并有增多的趋势。
一VRV空调系统简介
VRV空调系统全称为VariableRefrigerantVolume系统,即变制冷剂流量系统。
系统结构上类似于分体式空调机组,采用一台室外机对应一组室内机(一般可达16台)。
控制技术上采用变频控制方式,按室内机开启的数量控制室外机内的旋涡式压缩机转速,进行制冷剂流量的控制。
VRV空调系统与全空气系统,全水系统、空气—水系统相比,更能满足用户个性化的使用要求,设备占用的建筑空间比较小,而且更节能。
正是由于这些特点,其更适合那些需经常独立加班使用的办公楼建筑工程项目。
VRV空调系统的设计包含两个部分:
空调设备选型及空调管路设计;
空调系统控制设计,前一部分内容由设计院的暖通工程师设计,后一部分内容通常由提供全套产品的系统工程承包商配套设计。
二VRV空调系统的控制方式
1VRV空调系统的常规控制
此控制方式相对简单,每一台室外机对应若干台(通常最大约为16台)室内机,各组VRV空调系统均独立运行控制,就地遥控器设置可按工程实现情况采用一个遥控器对应一台室内机,或一个遥控器对应若干台室内机,是一种比较经济实用的控制方式。
该控制方式均为末端就地控制,无集中监控管理环节,在实际使用过程中,室内机的温度值设定,开机时间,开机数量随意性比较大,其使用上的灵活性、方便性常常是以牺牲能耗为代价,从纯节能角度讲效果并不明显。
2VRV空调系统的集中控制
配置了独立控制管理系统的控制方式,与目前VRV空调系统采用的控制方式相比较,增加了集中控制管理环节,可以在控制室内对远端各组VRV空调系统进行监控管理,是一种比较完善的控制方式,但投资明显增加。
对图中所示的控制方案,可以根据用户的使用规模、投资能力、管理要求进行组合配置。
此方案的不足之处是与建筑物内的其它弱电系统无功能关联,尤其在智能化建筑设计中,不利于弱电系统功能的综合集成。
3VRV空调系统的网关控制
对于一个已设计了楼宇自控系统(BAS)的智能大楼,如何合理的、最大限度的发挥其系统功能,减少系统设备的重复投资,提高系统集成技术能力,是作者在这里重点要同大家探讨的问题。
楼宇自控系统是智能建筑内的重要设备,从通常的监控对象讲,对空调系统的监控无论从监控点占全系统的数量还是从投入产出的节能效果比较,在整个系统中都占有重要的份量,楼宇自控系统中的其它部分主要为开关量的时间、事件监控信号。
在采用VRV空调系统的智能建筑中,若不将其纳入建筑物的楼宇自控管理系统中,整个系统的节能效率将降低,设备投资回收期增长,经济效益也会降低。
为了实现上述设计思想,作者曾在一个工程项目的楼宇自控系统设计中预留若干输入、输出监控点,以期对VRV空调系统的运行状况进行监控。
后来发现由于VRV空调系统的室内机与室外机是一个闭环控制运行系统,且室外机始终处于侍服或运行状态,以致于按照传统方式设置的楼宇自控监控点显得缺少实际意义,唯一能考虑的只是在其配电回路中设置监控节点,起到按时间程序设定开启系统的功能,控制不必要的能源浪费。
经过对VRV空调系统控制产品的深入了解,发现相当多的VRV产品制造商都已相继开发出了基于BACnet协议专用网关的接口设备,可以满足作者将VRV空调系统纳入建筑物楼宇自控系统中的设想。
VRV末端设备的运行状态是通过BACnet网关接口上传信号至建筑物自控中心的BAS或BMS系统,自控中心经该网关接口下传信号(如初始值设定、控制参数设定等)至末端设备,并对整个VRV空调系统实行系统管理。
经对这二个系统的集成,在中央控制中心可以对VRV空调系统实现以下功能:
(1)室温监视;
(2)温控器状态监视;
(3)压缩机运转状态监视;
(4)室内风扇运转状态;
(5)空调机异常信息;
(6)ON/OFF控制和监视;
(7)温度设定和监视;
(8)空调机模式设定和监视(制冷/制热/风扇/自动);
(9)遥控器模式设定和监视;
(10)滤网信号监视和复位;
(11)风向设定和监视;
(12)额定风量设定和监视;
(13)强迫温控器关机设定和监视;
(14)能效设定和设定状态监视;
(15)集中/机上控制器操作拒绝和监视;
(16)系统强迫关闭设定和监视配置了独立控制管理系统的控制方式、基于BACnet协议网关的VRV空调系统控制线路从控制形式上均属于集中控制管理方式,由于图3的控制方式是建立在建筑物一体化智能控制管理平台上,可以与其它弱电系统实现联动控制功能,其优越性就更明显。
如利用电子考勤及电子门锁系统实施VRV空调系统的启、停联动,达到有效节能的目的,利用火灾报警信号,实施VRV空调系统的相应联动功能,满足消防要求。
三VRV空调系统的BACnet网关接口
在强调产品及系统开放互操作的今天。
BACnet作为楼宇自控系统的一个重要标准,近年来已为人们普遍关注。
其所开发的一些设备已可以与大量“第三方”设备兼容通讯,但仍有不少设备采用自定义的通讯协议,只能采用网关的形式与“第三方”互联。
VRV空调系统的BACnet网关是制造厂商为实现其空调系统与楼宇自控系统的互联而设计的专用网络接口,它可通过BACnet以太局域网和BACnet客户端通信。
支持BACnet一致性类别3。
支持部分BACnet标准的应用服务。
支持部分标准对象类别,由此能提供VRV空调系统的信息。
目前,这类设备基本都可以与市场上主流楼宇自控系统设备实现连接,如HONEYWELL、YONNSONCONTROLS及SIEMENS等品牌。
四采用BACnet网关的经济性比较
采用BACnet网关接口方式与独立设置智能管理设备方式相比在满足相类似的功能条件下,硬件设备投资少、软件功能相似。
因此,总投资费用来得低,而且实施的功能齐全。
但较最简单的遥控器控制方式还需要增加不少费用。
从目前咨询到的网关初步报价来看约为15万元左右。
到底如何衡量该设备的投资价值,可从两个方面比较,一是系统总投资,二是能实现的功能。
一般而言,VRV空调系统的投资价格是普通空调系统的1.5倍左右,规模为256台室内机(办公面积约为5000M2)的投资概算约为272万元(通常一个网关最多可接16台室外机和256台室内机)。
相比较而言,该网关的投资费用将使空调系统总投资增加约5.5%左右,随着空调系统规模的扩大,控制管理软件费用不变,该控制设备所占的投资比例还将下降。
以每台室内机折算,摊至每台室内机约增加投资费用600元不到。
作者曾经业主要求设计过一个空气-水系统形式的空调系统。
所有末端风机盘管都分别采用联网接口方式,每个接口工程报价为1000元,由此比较,同样是末端监控,相对而言VRV空调系统采用网关方式相对便宜得多,这还不包括16台室外机的监控,若采用传统监控方式,市场报价应不低于10万元。
对于采用网关增加的功能如前所述,并非一般离散监控可以比拟。
五结论
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。
VRV空调设计中的几个问题
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bfl
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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。
VRV变制冷剂新风处理冷量衰减
0引言
VRV空调系统即可变制冷剂流量空调系统,从90年代初起,得到了迅速的发展,由于该系统所具有的使用灵活、节能和易于安装等优势,使该系统大量地运用于办公楼、医院、别墅等建筑。
但由于VRV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。
作者通过总结VRV空调系统设计中的得失,谈谈几点体会。
1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。
大金公司给予的冷量衰减如图1。
从图中可以看到:
当室内机处于室外机下方,高差<
10m,制冷剂管等效长度<
10m时,容量修正系数约为1.0;
当室内外高差达到30m,制冷剂管等效长度达到30m时,容量修正系数约为0.9;
当室内外高差达到50m,制冷剂管等效长度达到90m时,容量修正系数约为0.72。
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。
2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:
2.1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。
2.2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。
例如集中设置厕所排风或走廊排风,这样就可以简化空调系统管路,如图2所示。
另外使用全热交换机时还要注意其噪声带来的影响。
2.3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。
2.4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。
2.5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
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