[发明专利]一种制冷系统的变频节能控制方法

说明书

技术领域

本发明属于节能技术领域，涉及一种具有变容量的制冷系统或具有变容量制冷回路的空 调系统，特别涉及一种与制冷(或制热)负荷相匹配的变容量调节和阀最大开度的节能运行 控制方法。

背景技术

随着世界范围内能源危机的日趋严重，各国政府都在为经济可持续发展积极地推广节能 降耗技术。能源紧张问题同样也成为制约我国发展的重要因素。随着各种制冷、空调设备的 日益广泛使用，其能耗占社会总能耗的比例迅速增长。在追求舒适性的同时，制冷、空调设 备所带来的能源、环保问题也日益受到人们的重视。节能已经成为制冷与空调技术发展的基 本要求。

为了解决制冷系统的高能耗问题，引进先进的控制策略和控制技术，实现制冷机组高效 运行是节能的重要途径。质量和能量传递过程的时延、惯性是制冷系统控制的主要问题。制 冷系统本身多参数、时变、非线性的特点决定了其精确和优化控制的难度。

开发部分负荷下的制冷机组节能控制策略和技术是实现制冷机组节能的重要方向。现有 的制冷机组控制策略仍以部分设备的调节特性为主，而对机组的整体特性关注不够，因此仍 存在超调现象，导致部分负荷下的运行能耗较高。采用电子膨胀阀的调节系统虽然保证了蒸 发器在很小的出口过热度下稳定工作，具备了主动调节膨胀阀开度的硬件条件，但在节流阀 的控制思路上仍根据蒸发器出口过热度进行调节，还属于被动调节。虽然变频空调通过变转 速可以在一定程度上适应冷负荷的变化，但仍然仅以蒸发器的过热度作为控制目标，实际上 很难维持系统在最高效率点运行。另一方面，虽然电子膨胀阀技术在制冷及空调行业得到了 广泛应用，但其控制策略仍然没有摆脱过热度反馈控制模式，因而无法从根本上改变时滞的 被动控制方式所带来的不稳定和高能耗。虽然如此，由于电子膨胀阀可以实现流量的精确控 制，无疑为使用先进的控制策略提供了硬件条件。对于VRV、VAV、MVRV等拥有大量末端 的复杂系统，仅依靠室内机的各种组合来制定系统控制策略的方法是几乎不可能实现的。

以蒸汽压缩式制冷系统为例，压缩能耗主要取决于制冷剂的流量和压缩机进出口的压力 差，换热器换热能力的利用程度决定了系统的运行能耗。制冷系统能依靠自平衡能力在满足 冷负荷要求的前提下稳定运行在不同的冷凝蒸发压差下。对于蒸发器，过热区是无相变换热， 换热系数远小于两相区的换热系数。冷凝器过热区换热温差大，两相区换热系数大，而过冷 区换热温差和换热系数都小，因此过冷区的换热能力远小于过热区和两相区。可见蒸发器出 口过热度和冷凝器出口过冷度的大小反映了换热器换热能力的利用程度。

发明内容

本发明目的是提供一种与制冷(或制热)负荷相匹配的节能运行控制方法，在保证冷负 荷所需循环制冷剂流量的前提下，通过调节节流阀的开度重新分配蒸发器和冷凝器里的制冷 剂的分布，充分发挥换热器的换热能力，降低冷凝蒸发压差，减少不可逆损失，以实现系统 的节能运行。

一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于：根据负荷的变化或变化趋势确定制冷 剂质量流量Gr，然后确定满足制冷剂质量流量Gr的压缩机能耗W_el和压缩机转速n；通过建 立的节能控制数学模型预测出使冷凝器负荷满足冷负荷和压缩机功率变化的冷凝压力Pc最 小值，逐步调整压缩机供电频率ff使压缩机转速达到n值；通过主动调节电子膨胀阀开度Av 使冷凝压力Pc达到最低，实现冷凝器与蒸发器间的最小压差运行，使制冷系统运行能耗最低。 控制方法步骤如下：

(1)根据实际的室内干球温度T_airin0、室内湿球温度T₂，室外干球温度T_airout0、室外湿 球温度TT₂，室内的用户设定温度值T_setup，及室内的用户设定风量V_air，得到冷负荷Q₀(或热 负荷Q)的初始近似值，然后通过实验数据拟合出循环计算的制冷剂流量Gr和冷负荷Q₀(或 热负荷Q)的关系式，从而确定制冷剂流量Gr的初始近似值，对于制冷循环工作过程计算如 公式1和公式2所示。