能源和環(huán)境問題是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。為了節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境，采用變流量以適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化，在制冷空調(diào)領(lǐng)域受到廣泛重視，變水量、變風(fēng)量和變制冷劑流量等變流量系統(tǒng)得到應(yīng)用，在提高調(diào)控質(zhì)量和節(jié)約能源兩個(gè)方面效果突出。

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，住宅建設(shè)迅猛增長(zhǎng)，為了滿足人們對(duì)室內(nèi)外空氣環(huán)境要求不斷提高的需要，近年來出現(xiàn)了所謂"住宅空調(diào)"，水--空氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)(管道機(jī))和多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組分別適合不同需要，呈三足鼎立局面。但是，必須注意的是，住宅空調(diào)的特點(diǎn)是冷暖兩用、調(diào)控優(yōu)良、可靠性高、節(jié)約能源，具備上述四方面的空調(diào)設(shè)備才堪稱"住宅空調(diào)"，才能在此領(lǐng)域立足壯大。而調(diào)控是水-空氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)(管道機(jī))當(dāng)前的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)從速解決。至于多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組雖然比較完美，但是仍存在標(biāo)準(zhǔn)與難以掌握兩大問題，本文將對(duì)此進(jìn)行論述。

    變制冷劑流量(VRF)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)機(jī)數(shù)量多少，可分為單元式和多元式兩種類型，而多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組就是多元式變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，因此，名為機(jī)組實(shí)際是一套整體系統(tǒng)，必須用整體的系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析研究與試驗(yàn)，才能正確地掌握與評(píng)價(jià)。

    1、兩相流體網(wǎng)絡(luò)模擬分析空調(diào)系統(tǒng)

    多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組由一臺(tái)或多臺(tái)室外機(jī)與多臺(tái)室內(nèi)機(jī)組成，依靠制冷劑流動(dòng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與輸送，所以，它是由制冷劑管路將制冷壓縮機(jī)、室內(nèi)外換熱器、節(jié)流裝置和其它輔助部件聯(lián)接而成的閉式管網(wǎng)系統(tǒng)，而室內(nèi)外換熱器又可視為具有擴(kuò)展表面的傳熱管，在管內(nèi)進(jìn)行著連續(xù)冷凝或蒸發(fā)過程；這樣，多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組--嚴(yán)格說即變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是由制冷壓縮機(jī)、電子膨脹閥、其它閥件(附件)以及一系列管路構(gòu)成的環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的管路有以下3種類型：

    ①外肋片直管：具有擴(kuò)展表面的傳熱管段，承擔(dān)系統(tǒng)與室內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行熱量交換作用；

    ②光管直管：當(dāng)其外覆保溫層時(shí)，則視為復(fù)合直管，由于布置不同，有上升立管、下降立管和水平管之分；

    ③光管彎管：具有一定彎曲角度的光管。

    根據(jù)上述剖析與歸納，石文星博士率先提出以變?nèi)萘恐评鋲嚎s機(jī)為核心的氣液兩相流體網(wǎng)絡(luò)模型，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系描述入手，通過增廣關(guān)聯(lián)矩陣，建立了變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)的通用的分布參數(shù)模型，采用變步長(zhǎng)求解。并以此為手段分析了多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行特性，研究了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性，從而為多元式變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)難以進(jìn)行分析研究提供了解決方法。

    以變?nèi)萘恐评鋲嚎s機(jī)為核心氣液兩相流體網(wǎng)絡(luò)模型，與具有恒壓點(diǎn)的單相不可壓縮流體網(wǎng)絡(luò)模型有明顯的不同特點(diǎn)：

    ①具有相變過程。制冷劑沿管路流動(dòng)存在壓力損失，且與外界環(huán)境發(fā)生熱交換，會(huì)產(chǎn)生相變(冷凝或蒸發(fā))；在穩(wěn)定工況下，流入與流出節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量流量相等，而體積流量不等。

    ②管段阻力特性系統(tǒng)S并非常數(shù)。微元管段阻力系數(shù)取決于制冷劑狀態(tài)和流速變化，各管段的阻力特性系數(shù)并非管段結(jié)構(gòu)的函數(shù)，即管段阻力特性系數(shù)不能作為常數(shù)處理。

    ③網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無恒壓點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中各點(diǎn)的壓力取決于制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥的匹配和調(diào)節(jié)關(guān)系，取決于環(huán)境溫度和制冷劑流動(dòng)狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過制冷劑充注量或補(bǔ)充相應(yīng)的方程封閉求解。

    ④制冷劑的動(dòng)力特性和傳熱特性存在耦合關(guān)系。各管段制冷劑的溫度不僅取決于與外界環(huán)境的換熱狀況，還與該管段的壓力密切相關(guān)。

    2、運(yùn)行穩(wěn)定性

    多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組以節(jié)約能源、智能化調(diào)節(jié)和精確的溫度控制著稱，但是，是否能真正具備上述三項(xiàng)優(yōu)越性呢？實(shí)際并不一定，而與其容量大小和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性相關(guān)。

    2.1 關(guān)于多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組容量

    為了宣傳多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組的優(yōu)越與萬能，常用以下幾點(diǎn)表達(dá)，即：多室外制冷壓縮機(jī)的單一系統(tǒng)，可聯(lián)接64臺(tái)、128臺(tái)甚至256臺(tái)室內(nèi)機(jī)，配管z*長(zhǎng)可達(dá)125m，室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)之間的高差可為50m，室內(nèi)機(jī)之間的高差可達(dá)30m。且不論為了實(shí)現(xiàn)這種大系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，特別是針對(duì)由于環(huán)境溫度過低與管路過長(zhǎng)帶來的液體回流、液態(tài)制冷劑再閃發(fā)和回油困難等問題，需要增加一些輔助回路與附件，致使系統(tǒng)復(fù)雜，更重要的是將造成過多能量消耗，以及系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行。

    為什么能耗增加？一方面由于機(jī)組容量增加，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的z*優(yōu)化匹配有難度，致使能耗增加。例如，日本為了實(shí)現(xiàn)1997年12月京都會(huì)議決議，規(guī)定多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組的制冷能效比(EER)為：制冷量小于等于4kW為4.12，小于等于7kW為3.23，小于等于28kW為3.07，可以說明問題。另一方面，由于管路過長(zhǎng)，阻力損失大大增加，也將造成制冷壓縮機(jī)能耗大為增加，各廠家對(duì)此均有說明，故不多述?？傊?，多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組容量不宜太大，額定制冷量以不大于56kW為好，而且，室外機(jī)就說可能分散布置。

    2.2 關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

    以制冷工況為例，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度是表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。但是，對(duì)于室內(nèi)機(jī)來說卻不能作為調(diào)節(jié)參數(shù)，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要控制蒸發(fā)器制冷劑出口的過熱度，以防止回液，因此，室內(nèi)機(jī)的被控參數(shù)是室溫和蒸發(fā)器制冷劑出口的過熱度，而調(diào)節(jié)參數(shù)只有室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量和電子膨脹閥的開度。

    對(duì)于室外機(jī)來說，其中變頻制冷壓縮機(jī)是VRF氣液兩相流體網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力源，其吸氣壓力和排氣壓力的變化是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵；但是，盡管制冷壓縮機(jī)吸氣壓力和排氣壓力一定，室外環(huán)境溫度、壓縮機(jī)頻率和冷凝器風(fēng)量變化，都直接影響冷凝器制冷劑出口的再冷度，而此再冷度又是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，因此，制冷壓縮機(jī)吸氣壓力、排氣壓力以及冷凝器風(fēng)量是調(diào)節(jié)參數(shù)，而這些參數(shù)之間又存在充分的耦合關(guān)系。

    根據(jù)上述分析，石文星博士提出VRF空調(diào)系統(tǒng)的自治協(xié)調(diào)控制法，即：

    ①在保證室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器制冷劑出口具有一定過熱度的條件下，應(yīng)用電子膨脹閥控制室溫穩(wěn)定；

    ②在保證室外機(jī)冷凝器制冷劑出口具有一定再冷度的條件下，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率和冷凝器風(fēng)量控制制冷壓縮機(jī)吸氣壓力和排氣壓力；

    ③在室外機(jī)處集中控制壓縮機(jī)吸氣過熱度。