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CN110715466A - 一种多联式空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种多联式空调系统及其控制方法 Download PDF

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CN110715466A CN201910927905.6A CN201910927905A CN110715466A CN 110715466 A CN110715466 A CN 110715466A CN 201910927905 A CN201910927905 A CN 201910927905A CN 110715466 A CN110715466 A CN 110715466A
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Abstract

本发明涉及一种多联式空调系统及其控制方法，所述的控制方法为：根据用户设定的室内温度值与室内温度实测值之差，调节该室内机的膨胀阀开度；根据吸气过热度目标值与吸气过热度实测值之差，调节压缩机频率。与现有技术相比，本发明所提供的多联式空调系统，室外机不包括室外膨胀阀，能够降低系统的复杂度，减少制冷剂充注量，缩减生产制造成本，控制方法能够根据各室内机的制冷/制热负荷与室内温度设定值的变化情况，精确控制室内机膨胀阀开度与压缩机频率，使空调系统输出的制冷量/制热量完全匹配各室内机的负荷需求；能够改善多联式空调系统的控制性能，而且控制算法十分简单，实用性更好。

Description

一种多联式空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其是涉及一种多联式空调系统及其控制方法。
背景技术
多联式空调系统，也称变制冷剂流量空调系统，具有安装灵活，舒适度好， 能效系数高等优点，已获得十分广泛的应用。
图1所示为现有多联式空调系统的结构示意图，参见发明专利 CN103486692A，CN106196495A，CN107543290A和CN103292422B。多联式空调 系统由室外机和多台室内机通过连接管相连而成。室外机部分主要由气液分离器 1，压缩机2，四通换向阀3，室外换热器4，室外风机5和室外膨胀阀6组成。室 内机部分主要由室内膨胀阀7，室内换热器8和室内风机9组成。
多联式空调系统运行中，为满足多台室内机的制冷或制热负荷，需要通过调 节压缩机频率及室内外膨胀阀开度，来实现制冷剂流量的精确控制。
现有技术中，对于压缩机频率的控制，发明专利CN105571067A公开了一种 多联机控制方法及系统。根据每个室内机的设定温度和室内环境温度，计算综合温 差。根据综合温差修正蒸发温度或冷凝温度目标值。由压缩机频率控制蒸发温度(制 冷工况)或冷凝温度(制热工况)。发明专利CN103292422B公开了一种多联机制 冷运行吸气压力控制方法。根据室内机进口平均温度与吸气饱和温度目标值的关系 变更吸气压力目标值，再由压缩机频率控制吸气压力，使机组运行的吸气压力与室 内机运转状态相适应。发明专利CN103486692A公开了一种负荷自适应变频多联 式热泵系统及控制压缩机频率的方法。在制冷工况下，由压缩机频率控制室内换热 器进口的制冷剂液管温度，其中制冷剂液管温度控制目标值基于回风温度设定值与 实测值之差确定。在制热工况下，由压缩机频率控制排气压力，其中排气压力控制 目标基于吸气压力实测值确定。
现有技术中，对于室内膨胀阀开度的控制，发明专利CN106196495A公开了 一种多联机空调及其控制装置和控制方法。当空调运行于制冷模式时，室内膨胀阀 的开度基于排气过热度和室内过热度进行控制；当空调运行于制热模式时，室内膨 胀阀的开度基于排气过热度和室内过冷度进行控制。发明专利CN107543290A公 开了一种室内膨胀阀控制方法。制热工况下，根据室内换热器的实际过冷度与目标 过冷度的比较结果来调节室内膨胀阀的开度，并使用气液分离器入口的制冷剂过热 度修正目标过冷度。发明专利CN103486691A公开了一种多联机空调系统的制冷 剂流量控制方法和装置。制热工况下，根据回风温度值、风温设定值、送风温度值、 压力值等参数确定目标过冷度。根据过冷度目标值与实测值之差调整室内电子膨胀 阀开度，使电子膨胀阀开度控制能够响应室内机的实时负荷变化。发明专利 CN106052216A公开了一种多联机制热时对室内膨胀阀的控制方法。根据室外机环 境温度设定目标吸气过热度，各室内膨胀阀同时控制吸气过热度和室内机出口的过 冷度，以合理分配制冷剂，达到制热均衡的效果。
室外膨胀阀的控制方法在现有技术中少有提及，发明专利CN103486692A指 出，在多联机制冷运行中，室外电子膨胀阀全开；在制热运行中，室外和室内电子 膨胀阀均起到节流作用。事实上，制热工况下，当室内膨胀阀用于控制室内过冷度 时，室外膨胀阀需控制压缩机的吸气过热度，以防止压缩机液击。
由上述可见，现有的多联式空调系统控制技术，通常由压缩机频率控制吸气 或排气饱和温度，其中吸气或排气饱和温度(压力)控制目标大多是经验性的关联 式。例如，发明专利CN103486692A一种负荷自适应变频多联式热泵系统及控制 压缩机频率的方法给出的制热工况下目标排气压力Pdo＝7.7Ps min+0.4，其中Ps min 为吸气压力。若由经验关联式得到的排气压力目标值偏高，会造成压缩机频率偏大， 耗能增加；若排气压力目标值偏低，会造成系统输出的制热量不足，无法满足室内 负荷需求。因此，现有的压缩机频率控制方法难以根据室内负荷精确调整系统输出 的总制冷量或制热量。
而对于室内膨胀阀控制，现有技术通常由室内膨胀阀开度控制室内机过冷度 或过热度，其中过冷度和过热度的控制目标依据经验值确定，例如发明专利 CN106052216A给出的过冷度控制目标是6℃-10℃。现有的室内膨胀阀控制方法并 非直接控制各室内机的回风温度。因此，无法根据不同室内机的温度设定及负荷变 化，合理分配制冷剂，使房间温度精确达到设定目标。对于室外膨胀阀控制，在制 热运行中，室外和室内电子膨胀阀均起到节流作用。这会导致室外膨胀阀和室内膨 胀阀的调节彼此干扰，造成系统不稳定运行。
综上所述，有必要提出一种多联式空调系统及其控制方法，能够根据室内机 的负荷变化，精确调节压缩机频率和膨胀阀开度，使系统输出的制冷量或制热量匹 配室内负荷需求，满足室内温度设定目标。同时，解决制热工况下室外膨胀阀和室 内膨胀阀的控制中相互干扰的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多联式空调 系统及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多联式空调系统，包括室外机和多台室内机，所述室外机包括依次串联的 气液分离器，压缩机，四通换向阀，室外换热器，所述室内机包括依次串联的室内 膨胀阀和室内换热器，所述室外换热器配合设置有室外风机，所述室内换热器配合 设置有室内风机，所述气液分离器和压缩机之间设置有压缩机吸气温度传感器和压 力传感器，所述室内换热器进口设置有室内温度传感器。
本发明所提供的多联式空调系统，室外机部分不包括室外膨胀阀。从根本上杜 绝了室内膨胀阀与室外膨胀阀的调节之间相互干扰的问题。
进一步的，所述空调系统包括：
制冷循环：包括顺次连接的压缩机、室外换热器、室内膨胀阀、室内换热器和 气液分离器，所述气液分离器的出口连接所述压缩机的进口形成循环回路；
制热循环：包括顺次连接的压缩机、室内换热器、室内膨胀阀、室外换热器和 气液分离器，所述气液分离器的出口连接所述压缩机的进口形成循环回路；
所述制冷循环和制热循环中压缩机通过四通换向阀连接室外换热器或室内换 热器，所述室外换热器或室内换热器通过四通换向阀连接气液分离器。
进一步的，所述多台室内机相互并联后与室外机相连接。
一种多联式空调系统的控制方法，具体步骤如下：
(a)检测压缩机的吸气压力ps，根据制冷剂饱和压力与饱和温度的对应关系， 确定压缩机的吸气饱和温度Tsat；
(b)检测压缩机的吸气温度Ts，计算压缩机的吸气过热度Tssh＝Ts-Tsat；
(c)根据吸气过热度的实测值Tssh与吸气过热度的目标值Tssh,0的比较结果， 调整压缩机频率；
(d)对于每台室内机，检测室内换热器的进风温度TRA，获取各室内温度的 设定值TRA,0。
(e)对于每台室内机，将室内换热器的进风温度TRA与室内温度的设定值TRA,0进行比较，根据比较结果，调整相应室内机膨胀阀的开度。
进一步的，步骤(c)中，所述吸气过热度目标值Tssh,0为保证压缩机不受液击 的最小值，在不同环境参数下是固定值，典型值为5℃。
进一步的，步骤(c)中：当吸气过热度的实测值Tssh小于吸气过热度的目标 值Tssh,0时，控制压缩机频率增加；当吸气过热度的实测值Tssh大于吸气过热度的 目标值Tssh,0时，控制压缩机频率减少，压缩机频率变化的幅值通过PID算法确定。
进一步的，步骤(e)中：制冷工况下，当室内换热器的进风温度TRA小于室 内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开度减小；当室内换热器的进风温度TRA大于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开度增大，室内膨胀阀开度的变 化幅度可以通过PID算法确定。
进一步的，步骤(e)中：制热工况下，室内膨胀阀开度的控制与制冷工况相 反，当室内换热器的进风温度TRA小于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀 阀开度增大；当室内换热器的进风温度TRA大于室内温度的设定值TRA,0时，控制 室内膨胀阀开度减小，室内膨胀阀开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
对于每台室内机，根据用户设定的室内温度值与室内温度实测值之差，控制该 室内机的膨胀阀开度。对于室外机，根据吸气过热度目标值与吸气过热度实测值之 差，控制压缩机频率。通过压缩机频率与室内膨胀阀开度的联合控制，既满足了各 室内机的制冷或制热负荷需求，又能够保证压缩机的安全运行。本发明所提供的上 述控制方法，适用于制冷和制热两种运行工况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所提供的多联式空调系统，不包含室外膨胀阀，从根本上杜绝了室 内膨胀阀与室外膨胀阀的调节之间相互干扰的问题。
2.本发明所提供的多联式空调系统控制方法，能够根据各室内机的制冷/制热 负荷与室内温度设定值的变化情况，精确控制室内机膨胀阀开度与压缩机频率，使 系统输出的制冷量/制热量以及室内机之间的制冷剂流量分配，精准匹配各室内机 的负荷需求。
3.不同于现有技术中需要根据复杂的控制算法确定蒸发温度/冷凝温度和过冷度/过热度控制目标，本发明所提供的控制方法中，压缩机频率与膨胀阀开度的控 制目标：吸气过热度与室内温度，全部基于定值控制，控制算法十分简单。
4.本发明所提供的多联式空调系统，不包含室外膨胀阀，降低了系统的复杂 度与生产制造成本。
5.本发明所提供的多联式空调系统，制热工况下仅室内膨胀阀节流，室内膨 胀阀与室外换热器间的制冷剂连管内为两相制冷剂。而现有技术中，制热工况下室 内膨胀阀与室外膨胀阀均节流，且后者起主要节流作用，室内膨胀阀与室外膨胀阀 间的制冷剂连管内为高密度的液体制冷剂。因此，与现有技术相比，本发明能够减 少制热工况下的制冷剂充注量。又由于多联式系统制热工况的制冷剂充注量大于制 冷工况，系统的初始充注量主要取决于制热工况的最佳充注量。因此，本发明能够 有效减少多联机空调系统的初始充注量，降低成本。
附图说明
图1为现有多联式空调系统的结构示意图；
图2为实施例的多联式空调系统及传感器安装示意图。
图3为多联式空调系统的控制流程图。
图中标号所示：
1、气液分离器，2、压缩机，3、四通换向阀，4、室外换热器，5、室外风机， 6、室外膨胀阀，7、室内膨胀阀，8、室内换热器，9、室内风机，T1、压缩机吸 气温度传感器，P1、压力传感器，T2、室内温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种多联式空调系统，如图2所示，包括气液分离器1，压缩机2，四通换向 阀3，室外换热器4，室外风机5，室内膨胀阀7，室内换热器8和室内风机9。空 调系统可以实现制冷和制热两种运行模式。
当多联式空调系统以制冷模式运行时，压缩机2的排气端与四通换向阀3的A 端相连，经四通换向阀3的B端与室外换热器4的进口相连，室外换热器4的出 口经过室内膨胀阀7与室内换热器8的进口相连，多个室内换热器8的出口并联汇 合之后与四通换向阀3的C端相连，再经四通换向阀3的D端通过气液分离器1 与压缩机2的进气端相连，完成一个制冷循环。
当多联式空调系统以制热模式运行时，压缩机2的排气端与四通换向阀3的A 端相连，经四通换向阀3的C端与多个室内换热器8的进口相连，室内换热器8 的出口与室内膨胀阀7相连，多个室内膨胀阀7的出口汇合之后与室外换热器4 的进口相连，室外换热器4的出口与四通换向阀3的B端相连，再经四通换向阀3 的D端通过气液分离器1与压缩机2的进气端相连，完成一个制热循环。
一种多联式空调系统的控制方法，多联式空调系统需安装必要的传感器，如图 2所示，包括设置于压缩机吸气管路上的压缩机吸气温度传感器T1，设置于压缩 机吸气管路上的制冷剂压力传感器P1，和设置于室内换热器进风口的室内温度传 感器T2，如图3所示，具体步骤如下：
(a)检测压缩机2的吸气压力ps，根据制冷剂饱和压力与饱和温度的对应关 系，确定压缩机2的吸气饱和温度Tsat。
(b)检测压缩机2的吸气温度Ts，计算压缩机的吸气过热度Tssh＝Ts-Tsat。
(c)根据吸气过热度的实测值Tssh与吸气过热度的目标值Tssh,0的比较结果， 调整压缩机频率。吸气过热度目标值Tssh,0为保证压缩机不受液击的最小值，经典 值为5℃。当吸气过热度的实测值Tssh小于吸气过热度的目标值Tssh,0时，控制压缩 机频率增加；当吸气过热度的实测值Tssh大于吸气过热度的目标值Tssh,0时，控制 压缩机频率减少。压缩机频率变化的幅值可以通过PID算法确定。
(d)对于每台室内机，检测室内换热器的进风温度TRA，获取各室内温度的 设定值TRA,0。
(e)对于每台室内机，将室内换热器的进风温度TRA与室内温度的设定值TRA,0进行比较，根据比较结果，调整相应室内机膨胀阀的开度。制冷工况下，当室内换 热器的进风温度TRA小于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开度减小； 当室内换热器的进风温度TRA大于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开 度增大。室内膨胀阀开度的变化幅度可以通过PID算法确定。制热工况下室内膨 胀阀开度的控制与制冷工况相反，当室内换热器的进风温度TRA小于室内温度的设 定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开度增大；当室内换热器的进风温度TRA大于室内 温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀开度减小。室内膨胀阀开度的变化幅度可 以通过PID算法确定。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此 说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限 于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改 进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多联式空调系统，包括室外机和多台室内机，其特征在于，所述室外机包括依次串联的气液分离器(1)，压缩机(2)，四通换向阀(3)，室外换热器(4)，所述室内机包括依次串联的室内膨胀阀(7)和室内换热器(8)，所述室外换热器(4)配合设置有室外风机(5)，所述室内换热器(8)配合设置有室内风机(9)，所述气液分离器(1)和压缩机(2)之间设置有压缩机吸气温度传感器(T1)和压力传感器(P1)，所述室内换热器(8)进口设置有室内温度传感器(T2)。
2.根据权利要求1所述的一种多联式空调系统，其特征在于，所述空调系统包括：
制冷循环：包括顺次连接的压缩机(2)、室外换热器(4)、室内膨胀阀(7)、室内换热器(8)和气液分离器(1)，所述气液分离器(1)的出口连接所述压缩机(2)的进口形成循环回路；
制热循环：包括顺次连接的压缩机(2)、室内换热器(8)、室内膨胀阀(7)、室外换热器(4)和气液分离器(1)，所述气液分离器(1)的出口连接所述压缩机(2)的进口形成循环回路；
所述制冷循环和制热循环中压缩机(2)通过四通换向阀(3)连接室外换热器(4)或室内换热器(8)，所述室外换热器(4)或室内换热器(8)通过四通换向阀(3)连接气液分离器(1)。
3.根据权利要求1所述的一种多联式空调系统，其特征在于，所述多台室内机相互并联后与室外机相连接。
4.根据权利要求1所述的一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
(a)检测压缩机(2)的吸气压力ps，根据制冷剂饱和压力与饱和温度的对应关系，确定压缩机(2)的吸气饱和温度Tsat；
(b)检测压缩机(2)的吸气温度Ts，计算压缩机(2)的吸气过热度Tssh＝Ts-Tsat；
(c)根据吸气过热度的实测值Tssh与吸气过热度的目标值Tssh,0的比较结果，调整压缩机(2)频率；
(d)对于每台室内机，检测室内换热器(8)的进风温度TRA，获取各室内温度的设定值TRA,0。
(e)对于每台室内机，将室内换热器(8)的进风温度TRA与室内温度的设定值TRA,0进行比较，根据比较结果，调整相应室内机膨胀阀的开度。
5.根据权利要求4所述的一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，步骤(c)中，所述吸气过热度目标值Tssh,0为保证压缩机(2)不受液击的最小值。
6.根据权利要求4所述的一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，步骤(c)中：当吸气过热度的实测值Tssh小于吸气过热度的目标值Tssh,0时，控制压缩机(2)频率增加；当吸气过热度的实测值Tssh大于吸气过热度的目标值Tssh,0时，控制压缩机(2)频率减少，压缩机(2)频率变化的幅值通过PID算法确定。
7.根据权利要求4所述的一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，步骤(e)中：制冷工况下，当室内换热器(8)的进风温度TRA小于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀(7)开度减小；当室内换热器(8)的进风温度TRA大于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀(7)开度增大，室内膨胀阀(7)开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
8.根据权利要求4所述的一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，步骤(e)中：制热工况下，室内膨胀阀(7)开度的控制与制冷工况相反，当室内换热器(8)的进风温度TRA小于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀(7)开度增大；当室内换热器(8)的进风温度TRA大于室内温度的设定值TRA,0时，控制室内膨胀阀(7)开度减小，室内膨胀阀(7)开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
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