专利名称：一种制冷系统的变频节能控制方法
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。
以蒸汽压縮式制冷系统为例，压縮能耗主要取决于制冷剂的流量和压縮机进出口的压力 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O,然后确定满足制冷剂质量流量Gr的压缩机能耗R,和压缩机转速M;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，逐步调整压縮机供电频率#使压縮机转速达到"值；通过主动调节电子膨胀阀开度^; 使冷凝压力/V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) 根据实际的室内千球温度7^"。、室内湿球温度r,,室外干球温度r。,旨。、室外湿 球温度n;，室内的用户设定温度值乙，，及室内的用户设定风量F^，得到冷负荷込(或热
负荷^)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g。(或
热负荷G)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。
a =込x(r。—。 —7;,)/(308 —300) + px^r xC戶x(7^"。 —r,)/3600 (公式1)
Gr-W + A:2x(込-1) (公式2)
其中，込是标准状况下的制冷量，p和Q "分别是根据室内干球温度7;^。、湿球温度7^、风
量乙,通过空气的物性计算得到的空气密度和比热容；W和左2是与制冷系统有关的常数。
/tl和A:2的确定方法如下使用该机组进行制冷试验，获得稳态时的实际冷负荷^g和制
冷剂实际流量G&，至少获得二组实验数据，带入公式3联立求解得到H和;t2。
G/"实，；=A1 + A2x(d i—1)(i为试验次数，i=l， 2) (公式3)
(2) 在制冷循环中，以系统过热度乙。^。,可能的最小值(用户可以设置该值)为已知条件和循环计算的起始点，以设计工况压力作为室内热交换器的出口压力步长递推计算 其入口状态参数《_,. 和/^ ，并通过限定、,。前后两次计算值的偏差来判别收敛；将计算所得 的室内热交换器的入口状态参数《—, 和/^ 作为电子膨胀阀计算的出口状态参数《—。 ,和
&,，根据线性流量特性来计算其入口状态参数 ;—, 和^」 ;并将算得的电子膨胀阀入口状
态参数7;」"和g,与室内热交换器出口状态参数s，、 ？;_。 ,共同作为可变容量压縮机计算的
输入参数，利用上一状态求得压比近似值，引入新工况迭代计算新工况下可变容量压缩机的 出口状态参数7;,;从电子膨胀阀计算得到的室外热交换器出口状态c、 r。，(出发，步
长递推计算其入口状态参数7;」 ，并与可变容量压縮机出口状态 ;，,进行比较，通过调整室
外热交换器的风量r"使二者相适应；通过依次对系统各部件运行状态进行仿真计算，寻找过
冷度乙p,。,最小值对应的系、统运行状态。制热f盾环^^台点、同带JH^i环，但i十胃力A^带J冷1f 环相反。
(3)以设计工况值为基准，判断系统各部件的状态参数是否与实际情况相符，并通过制 冷剂质量流量G/"进行实时调整。当电子膨胀阀入口压力《—,. 过高时，表示室内热交换器入口
焓值/!,j过高，需要减小制冷剂质量流量O，反之则要增大制冷剂质量流量G/"，并返回重
新计算；当可变容量压縮机供电频率#过大时，需要减小制冷剂质量流量O，反之需要增
大制冷剂质量流量o，并返回重新计算；如果室外热交换器出口温度r。。",接近室外千球温 度t;，,。，则此时冷凝器换热温差太小，无法换热，则要增大制冷剂质量流量Gr，并返回重
新计算；室外热交换器风量Fa过小时，减小制冷剂质量流量Gr，反之则要增大制冷剂质量
流量O，并返回重新计算；最后如果循环制冷剂充注量计算值m,比设定的充注量w小时，
减小制冷剂质量流量Gr，反之则要增大制冷剂质量流量O，并返回重新计算，直到循环制
冷剂充注量计算值m,无限逼近设定的充注量m时，则迭代计算结束。通过以上措施调节制冷
剂在冷凝器和蒸发器中的分配，在冷负荷匹配和系统稳定运行的基础上，通过主动控制实现 电子膨胀阀开度A达到"最大"，此时系统的冷凝压力Pc和蒸发压力的差达到最小。 制冷剂质量流量Gr的调整方式如公式4所示，用户能根据需要设定制冷剂质量流量的偏差值 AG,。
0二G^土AO (公式4)其中，Gr"为上一次计算得到的制冷剂质量流量；AO是给定的偏差值，该值可决定流量的
计算精度，如可取为额定灌注量的o.oi。
本发明通过在制冷系统的适当位置安装的各种温度、湿度、压力及流量传感器，将检测 到的信号输入到预先设定好的控制系统，用于控制制冷系统中的压縮机及各个室内机的膨胀 阀等机构，通过电子膨胀阀的主动调节以适应冷负荷的变化，充分发挥冷凝器和蒸发器的换 热能力，使压縮机压比最小，此时冷凝器和蒸发器的压差最小，系统具有最佳的能效比，充 分发挥采用电子膨胀阔作为节流装置的变频压缩机的优势，达到主动节能控制的目的。
本发明的能耗控制方法将对膨胀阀的控制从被动控制转向主动控制，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，降低换热温差(即降低冷凝蒸发压差)，减少了不可逆损失， 达到良好的节能效果。
图l是典型制冷系统的本发明原理图，图l中符号及含义分别为101-可变容量压縮机 102-油分离器；103-单向阀；104-排气压力传感器；105-四通阀；106-室外热交换器；107-压 力传感器；108-电子膨胀阀；109-压力传感器；llO-温度传感器；lll-流量传感器；112-室外 温度传感器；113-室外湿度传感器；114-压力传感器；115-室内热交换器；116-室内湿度传感 器；117-室内温度传感器；118-温度传感器；119-压力传感器；120-温度传感器；121-流量传 感器；122-排气温度传感器。
图2是本发明中的系统控制方案的方框图。
具体实施例方式
一、 制冷系统构成
本发明中，典型制冷系统的控制原理如图1所示，包括室外机单元和室内机单元。 其中，室外机单元主要由可变容量压縮机101、四通阀105、室外热交换器106、电子膨 胀阀108、连接管路等部分组成。
在制冷工况时，冷媒流动顺序如下，并形成闭环制冷回路
可变容量压縮机101—油分离器102—单向阀103—四通阀105—室外热交换器106—电 子膨胀阀108—室内热交换器115—四通阀105—可变容量压縮机101。 在制热工况时，冷媒流动顺序如下，并形成闭环制热回路
可变容量压縮机101—油分离器102—单向阀103—四通阀105—室内热交换器115—电 子膨胀阀108—室外热交换器106—四通阀105—可变容量压縮机101。，在上述制冷系统中，可变容量压縮机101的排气口装有排气压力传感 器104和排气温度传感器122，用于检测可变容量压缩机101的排气压力C和排气温度
7; 。 ,;可变容量压縮机101的回气口装有压力传感器119、温度传感器120和流量传感器121，
用于检测可变容量压縮机的回气压力g》、回气温度7;—,n和制冷剂质量流量O;在室外热交
换器106的空气吸入口装有室外温度传感器112和室外湿度传感器113，用于检测室外干球
温度C。w。和室外相对湿度尸。",。；在室外热交换器106的出n装有流ft传感器ill和压力传感
器107，用于检测室外热交换器106出口的制冷剂质量流量O和出口制冷剂压力《—。 ,;在电
子膨胀阀108和室内热交换器115之间靠近108处装有温度传感器110和压力传感器109， 用于检测电子膨胀阀108的出口制冷剂温度C、出口制冷剂压力在电子膨胀阀108
和室内热交换器115之间靠近115处装有温度传感器118和压力传感器114，用于检测室内热 交换器115的入口制冷剂温度7;一,."和入口制冷剂压力《,；在室内热交换器115的空气吸入口
装有室内温度传感器117和室内湿度传感器116，用于检测室内干球温度7^ 。和室内相对湿
在实际应用中，室外热交换器除采用空冷式外，还可以采用水冷式。 二、 控制系统构成
图2示出了本发明中的系统控制方案的方框图。空调运行中测得的各种参数，如室外干
球温度r。,自。和室外相对湿度4。，室内干球温度r。,^和室内相对湿度^。等，均作为控制器
的输入参数，经过控制器的运算处理后，计算出可变容量压縮机供电频率#、电子膨胀阀开
度JW言号脉冲作为输出，并用来控制可变容量压缩机和电子膨胀阀，下面将说明其控制过程 和控制过程中的参数含义、控制方法 i、制冷循环工作过程
根据用户设定温度^一和由室内温度传感器in所测得的室内干球温度^-"c ，通过比较
运算器计算出两者之间的温度差(即室温偏差)AT; AT作为输入参数进入到由系统各部件 的数学模型所组成的控制器中。根据室外温度传感器112、室外湿度传感器113、室内温度传
感器117和室内湿度传感器116的检测到的温湿度信号(室外干球温度^自Q、室外相对湿度
F。"(、室内干球温度L自和室内相对湿度《"o)，经过转换得到室内、外的湿球温度^和77^将室内干球温度&一、室内湿球温度々，室外干球温度^^c和室外湿球温度^2,连同用户
设定温度^，和用户设定风量^r一起，带入公式1计算出冷负荷G的初始近似值(即预测 值)，传入室内热交换器H5的数学模型中。
室内热交换器115的数学模型以冷负荷a预测值、风量^设定值和过热度7;^—最小
值作为输入条件，通过迭代计算获得满足室内制冷需求下的室内热交换器115的工作状态， 包括其换热温度、压力分布，室内空气与室内热交换器115换热后的出口状态，制冷剂在管
内的气液相分布，以及制冷剂在其进、出口的参数A,。 ,)等。
以从室内热交换器115的数学模型计算出的电子膨胀阀108的入口制冷剂焓/^—, 和出口 制冷剂压力《一作为电子膨胀阀108的数学模型的输入条件，将本发明方法提出的电子膨胀
阔最大开度乂、M要求对应为尽可能减小室外热交换器出口过冷度7;，,，,，将室外热交换器过
冷度乙^，,设定值引入电子膨胀阀108的数学模型中，计算此时对应的电子膨胀阀开度^4v及
其入口参数7;_; 和/^ 。根据c通过物性计算可求得饱和液态参数7;—而电子膨胀阀开
度A和g,由下式计算得到
A v " x L + 0.2 x - ^ ; _, )/240 (公式5 )
g *=《加,+Grx0/(2000x《加,xO/xO/x加xJ。 (公式6) 其中^是电子膨胀阀全开状态下的通道截面积，/ —i是上一次电子膨胀阀的开度频数，、^ 是上一次迭代算得的电子膨胀阀入口制冷剂焓，g。w是电子膨胀陶出口制冷剂压力，Gr是
制冷剂质量流量，Crf是电子膨胀阀的流量系数。
将通过电子膨胀阀108的数学模型计算得出的入口参数7;—; 和尸^ 引入可变容量压縮机
ioi的数学模型，以制冷剂在室内热交换器ii5出口的状态c、 ？;,作为可变容量压縮机
101的数学模型的输入参数7;》、《,，获得对应于该循环制冷剂质量流量Gr的可变容量压
缩机供电频率#和该运行工况下的可变容量压縮机能耗^;，同时得到可变容量压缩机ioi 出口制冷剂状态7;—。 , ， 7;,值可作为室外热交换器106的数学模型的收敛判别标准。
室外热交换器106的数学模型以电子膨胀阀108的数学模型得出的制冷剂出口状态尸。_。 ,、 r。—。J乍为仿真计算的起点，ffl过迭代计算获得对应于程序设定的过冷度 ^^。。,要求 下的室外热交换器106工作状态 ;_,. ，将7;」 与7;_。 ,相比较从而得到可以令系统的数学模型
收敛的室外热交换器106的风量Fa。
以系统的制冷剂充注量m为依据，调节可变容量压縮机转速(变频)以调节循环制冷剂
质量流量Gr,调至电子膨胀阀最大开度^v,时的系统运行工况。若系统充注量w过大或过
小，或是室外热交换器106的风量Fa过大或过小，表现为室外热交换器106的风量&对流 量Gr的调整与系统质量守恒要求对制冷剂质量流量Gr的调整方向相反，从而导致程序始终
无法收敛，这时需增大过冷度r^^。。,设定，重新计算，直至寻找到最小冷凝蒸发压差的系统
运行工况。
2、制热循环工作过程
根据用户设定温度7;,和由室内温度传感器117所实测的室内干球温度r。^。，通过比较
运算器计算出两者之间的温度差(即室温偏差)AT; AT作为输入参数进人到由系统各部件 的数学模型所组成的控制器中。根据室外温度传感器U2、室外湿度传感器113、室内温度传 感器U7和室内湿度传感器116的检测到的温湿度信号(室外干球温度7;自。、室外相对湿度
4。、室内干球温度7^。和室内相对湿度i^。)，经过转换得到室内、外的湿球温度72和汀2;
将室内千球温度7;,。"。、室内湿球温度7;，室外干球温度7^。^和室外湿球温度n;，连同用户 设定温度7;,和用户设定风量1^一起，带入公式i计算出热负荷2的初始近似值(即预测
值)，传入室内热交换器115的数学模型中。
室内热交换器115的数学模型以热负荷g预测值、风量7a设定值和过冷度7^^。。,最小值
作为输入条件，通过迭代计算获得满足室内制热需求下的室内热交换器115的工作状态，包 括其换热温度、压力分布，室内空气与室内热交换器115换热后的出口状态，制冷剂在管内
的气液相分布，以及制冷剂在其进、出口的参数(f」 ， 7;」n，《,，。 ,)等。
以从室内热交换器115的数学模型计算出的电子膨胀阀108的入口制冷剂焓h，和入口 制冷剂压力《, 作为电子膨胀阀108的数学模型的输入条件，将本发明方法提出的电子膨胀
阀最大开度」vmax要求对应为尽可能减小室外热交换器出口过热度7;^^。,，将室外热交换器过
热度乙^k,设定值引入电子膨胀阀108的数学模型中，计算此时对应的电子膨胀阀开度A及其出口参数7;^和g,。根据《_, 通过物性计算可求得饱和液态参数7;_。 ,,而电子膨胀阀
开度由公式5计算，。u,由公式7计算得到。
《。 ,=《， -<^"><&/(200(^ '"xO/xO/x和x(公式7)
其中，《—, 是电子膨胀阀入口制冷剂压力，Gr是制冷剂质量流量，a/是电子膨胀阀的流量 系数。
将通过电子膨胀阀108的数学模型计算得出的出口参数7;—。 ,和《_。 ,引入可变容量压縮 机ioi的数学模型，以制冷剂在室内热交换器ii5入口的状态/^"、 7;一, 作为可变容量压縮机
101的数学模型的输入参数7;—。 ,、 g,，获得对应于该循环制冷剂质量流量Gr的可变容量
压縮机能耗R,和压縮机转速"，同时得到可变容量压縮机ioi入口制冷剂状态7;—, ， 7;)值 可作为室外热交换器106的数学模型的收敛判别标准。
室外热交换器106的数学模型以电子膨胀阀108的数学模型得出的制冷剂入口状态户。, 、
r。一,"作为仿真计算的起点，通过迭代计算获得对应于程序设定的过热度7^w要求下的室外 热交换器106工作状态r。—。w，将 ;,与7;—, 相比较从而得到可以令系统的数学模型收敛的室
外热交换器106的风量r^。
以系统的制冷剂充注量m为依据，调节可变容量压縮机转速(变频)以调节循环制冷剂
质量流量o ，调至电子膨胀阀最大开度^、M时的系统运行工况。
本发明的制冷系统变频节能控制方法能够用于中小型制冷系统，本方法根据回风温度的
变化AT确定冷负荷0。或热负荷2的变化。对大型中央空调系统如果使用水冷方式，可以根 据回水温度AT的变化确定负荷的变化。
权利要求
1.一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Wel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。
2. 如权利要求1所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于-(1) 根据实际的室内干球温度？;,^、室内湿球温度7;，室外干球温度7;^,。、室外湿球 温度77^2，室内的用户设定温度值7;,，及室内的用户设定风量 ^，得到冷负荷a或热负荷g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o和冷负荷a或热负荷2的关系式，从而确定制冷剂流量O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；<formula>formula see original document page 2</formula> (公式1)<formula>formula see original document page 2</formula> (公式2)其中，込是标准状况下的制冷量，p和Q^分别是根据室内干球温度7;^。、湿球温度72、风量F^通过空气的物性计算得到的空气密度和比热容；W和/t2是与制冷系统有关的常数；W和A2的确定方法如下使用该机组进行制冷试验，获得稳态时的实际冷负荷g《和制 冷剂实际流量G&，至少获得二组实验数据，带入公式3联立求解得到H和A2;<formula>formula see original document page 2</formula> (i为试验次数，i=l， 2) (公式3)(2) 在制冷循环中，以系统过热度7^^。,可能的最小值为己知条件和循环计算的起始点， 以设计工况压力作为室内热交换器的出口压力《,，步长递推计算其入口状态参数《_, 和 、, ，并通过限定^,"前后两次计算值的偏差来判别收敛；将计算所得的室内热交换器的入 口状态参数/^ 和、,. 作为电子膨胀阀计算的出口状态参数^和^—。 (，根据线性流量特性 来计算其入口状态参数7;)和c;并将算得的电子膨胀阀入口状态参数7;—, 和^—, 与室内 热交换器出口状态参数《,、7;,共同作为可变容量压縮机计算的输入参数，利用上一状态求得压比近似值，引入新工况迭代计算新工况下可变容量压縮机的出口状态参数2;,;从电子膨胀阀计算得到的室外热交换器出口状态C、 r。,出发，步长递推计算其入口状态参数K)，并与可变容量压縮机出口状态 ;一。u,进行比较，通过调整室外热交换器的风量卩《使二者相适应；通过依次对系统各部件运行状态进行仿真计算，寻找过冷度7^^。。,最小值对应的系统运行状态；制热循环起始点同制冷循环，但计算方向与制冷循环相反；(3)以设计工况值为基准，判断系统各部件的状态参数是否与实际情况相符，并通过制 冷剂质量流量Gr进行实时调整；当电子膨胀阀入口压力g—, 过高时，表示室内热交换器入口焓值^一w过高，需要减小制冷剂质量流量Gr,反之则要增大制冷剂质量流量O,并返回重 新计算；当可变容量压缩机供电频率#过大时，需要减小制冷剂质量流量O，反之需要增大制冷剂质量流量o，并返回重新计算；如果室外热交换器出口温度r。，,接近室外干球温度L^。，则此时冷凝器换热温差太小，无法换热，则要增大制冷剂质量流量Gr，并返回fi 新计算；室外热交换器风量Fa过小时，减小制冷剂质量流量O，反之则要增大制冷剂质量 流量G/"，并返回重新计算；最后如果循环制冷剂充注量计算值m,比设定的充注量加小时， 则减小制冷剂质量流量G。反之则要增大制冷剂质量流量Gr，并返回重新计算，直到循环 制冷剂充注量计算值^无限逼近设定的充注量m时，则迭代计算结束；通过以上措施调节制冷剂在冷凝器和蒸发器中的分配，在冷负荷匹配和系统稳定运行的基础上，通过主动控制实 现电子膨胀阔开度^v达到"最大"，此时系统的冷凝压力尸c和蒸发压力尸e的差AP达到最小； 用户能根据需要设定制冷剂质量流量的偏差值AO ;制冷剂质量流量Gr的调整方式如公式4 所示，<formula>formula see original document page 0</formula> (公式4)其中，G^,为上一次计算得到的制冷剂质量流量；AGr是给定的偏差值。
3.如权利要求1所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于制冷系统由可变 容量压缩机(101)、油分离器(102)、单向阀(103)、排气压力传感器(104)、四通阀(105)、 室外热交换器(106)、第一压力传感器(107)、电子膨胀阀(108)、第二压力传感器(109)、 第一温度传感器(110)、第一流量传感器(111)、室外温度传感器(112)、室外湿度传感器 (113)、第三压力传感器(114)、室内热交换器(115)、室内湿度传感器(116)、室内温度传感器(117)、第二温度传感器(118)、第四压力传感器(119)、第三温度传感器(120)、 第二流量传感器(121)、排气温度传感器(122)构成；制冷系统包括室外机单元和室内机单 元；其中，室外机单元由可变容量压缩机(101)、四通阀(105)、室外热交换器(106)、电 子膨胀阀(108)及连接管路组成；在制冷工况时，冷媒流动顺序如下，并形成闭环制冷回路可变容量压縮机(101)—油分离器(102)—单向阀(103)—四通阀(105)—室外热 交换器(106)—电子膨胀阀(108)—室内热交换器(115)—四通阀(105)—可变容量压 縮机(101);在制热工况时，冷媒流动顺序如下，并形成闭环制热回路可变容量压縮机(101)—油分离器(102)—单向阀(103)—四通阀(105)—室内热 交换器(115)—电子膨胀阀(108)—室外热交换器(106)—四通阀(105)—可变容量压 縮机(101);可变容量压缩机(101)的排气口装有排气压力传感器(104)和排气温度传感器(122)， 用于检测可变容量压縮机(101)的排气压力g—她和排气温度7;—。 ,;可变容量压縮机(101)的回气口装有第四压力传感器(119)、第三温度传感器(120)和第二流量传感器(121)，用 于检测可变容量压縮机的回气压力S一,"、回气温度7;，和制冷剂质量流量Gr;在室外热交换 器(106)的空气吸入口装有室外温度传感器(112)和室外湿度传感器(113)，用于检测室 外干球温度r。,自。和室外相对湿度i^,。；在室外热交换器(106)的出口装有第一流量传感器(111)和第一压力传感器(107),用于检测室外热交换器(106)出口的制冷剂质量流量O 和出口制冷剂压力C;在电子膨胀阀(108)和室内热交换器(115)之间靠近(108)处装有温度传感器(110)和第二压力传感器(109),用于检测电子膨胀阀(108)的出口制冷 剂温度7;—咖、出口制冷剂压力C;在电子膨胀阀(108)和室内热交换器(115)之间靠近(115)处装有第二温度传感器(118)和第三压力传感器(114)，用于检测室内热交换器(115) 的入口制冷剂温度 ;)和入口制冷剂压力在室内热交换器(115)的空气吸入口装有室内温度传感器(117)和室内湿度传感器(116)，用于检测室内干球温度r。^。和室内相对湿 度4。
4.如权利要求1或权利要求2所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于对 于制冷循环工作过程根据用户设定温度自P和由室内温度传感器(117)所测得的室内干球温度、""。，通 过比较运算器计算出两者之间的温度差、即室温偏差AT; AT作为输入参数进入到由系统各 部件的数学模型所组成的控制器中；根据室外温度传感器(112)、室外湿度传感器(113)、 室内温度传感器(117)和室内湿度传感器(116)的检测到的温湿度信号，即室外干球温度7"。"'。、室外相对湿度《"'。、室内干球温度；^"。和室内相对湿度《"Q，经过转换得到室内、外的湿球温度K和77^将室内干球温度『。'""o、室内湿球温度7^,室外干球温度^f。w。和室外湿球温度772，连同用户设定温度C和用户设定风量K-一起，带入公式1计算出冷负荷&的 初始近似值即预测值，传入室内热交换器(115)的数学模型中；室内热交换器(115)的数学模型以冷负荷a预测值、风量^r设定值和过热度7;^^。,最小值作为输入条件，通过迭代计算获得满足室内制冷需求下的室内热交换器(115)的工作状 态，包括其换热温度、压力分布，室内空气与室内热交换器(115)换热后的出口状态，制冷剂在管内的气液相分布，以及制冷剂在其进、出口的参数、即《, , 加，t;加。
5. 如权利要求4所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于以从室内热交换器 (115)的数学模型计算出的电子膨胀阀(108)的入口制冷剂焓^—,力和出口制冷剂压力g,作为电子膨胀阀(108)的数学模型的输入条件，将本发明提出的电子膨胀阀最大开度」v^要求对应为尽可能减小室外热交换器出口过冷度7;^^,，将室外热交换器过冷度7^^。。,设定值引入电子膨胀阀(108)的数学模型中，计算此时对应的电子膨胀阀开度^;及其入口参数2; , 和尸￡—根据c通过物性计算求得饱和液态参数7;—, ，而电子膨胀阀开度^和《_, 由公式5和公式6计算得到<formula>formula see original document page 5</formula>其中^是电子膨胀阀全开状态下的通道截面积，y^是上一次电子膨胀阀的开度频数，\— 是上一次迭代算得的电子膨胀阀入口制冷剂焓，c是电子膨胀阀出口制冷剂压力，o是制冷剂质量流量，cw是电子膨胀阀的流量系数。
6. 如权利要求5所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于将通过电子膨胀阀(108)的数学模型计算得出的入口参数 ； ^和《,."引入可变容量压縮机(ioi)的数学模型，以制冷剂在室内热交换器(115)出口的状态〈 ,、 7;，,作为可变容量压縮机(101)的数学模型的输入参数7;」 、 获得对应于该循环制冷剂质量流量G/"的可变容量压縮机能耗 R,，根据压縮机性能曲线预测压缩机转速"和可变容量压缩机供电频率#，同时得到可变容量压縮机(101)出口制冷剂状态7;,， C值作为室外热交换器(106)的数学模型的收 敛判别标准；室外热交换器(106)的数学模型以电子膨胀阀(108)的数学模型得出的制冷剂出口状 态《—。 ,、 1_加作为仿真计算的起点，通过迭代计算获得对应于程序设定的过冷度7^抓。。,要求下的室外热交换器(106)工作状态r。》，将r。》与7;,相比较从而得到令系统的数学模型收敛的室外热交换器(106)的风量&。
7. 如权利要求6所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于以系统的制冷剂充 注量m为依据，调节可变容量压縮机转速以调节循环制冷剂质量流量^，调至电子膨胀阀最大开度^Ux时的系统运行工况；若系统充注量w过大或过小，或是室外热交换器(106)的风量&过大或过小，表现为室外热交换器(106)的风量Fa对流量O的调整与系统质量守恒 要求对制冷剂质量流量O的调整方向相反，从而导致程序始终无法收敛，这时需增大过冷度乙^^,设定，重新计算，直至寻找到最小冷凝蒸发压差的系统运行工况。
8. 如权利要求1或权利要求2所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于对 于制热循环工作过程根据用户设定温度7;一和由室内温度传感器(117)所实测的室内干球温度r。^。，通过比较运算器计算出两者之间的温度差即室温偏差AT; AT作为输入参数进人到由系统各部件 的数学模型所组成的控制器中；根据室外温度传感器(112)、室外湿度传感器(113)、室内温度传感器(in)和室内湿度传感器(116)的检测到的温湿度信号、即室外干球温度t;自。、 室外相对湿度i^。、室内干球温度r。^。和室内相对湿度&。，经过转换得到室内、外的湿球 温度r2和rr2;将室内干球温度7^ 。、室内湿球温度r2 ，室外干球温度 。和室外湿球温度 7丁2，连同用户设定温度7;—和用户设定风量j^一起，带入公式i计算出热负荷g的初始近似值即预测值，传入室内热交换器(115)的数学模型中；室内热交换器(115)的数学模型以热负荷2预测值、风量Ka设定值和过冷度7;^,，,最小值作为输入条件，通过迭代计算获得满足室内制热需求下的室内热交换器115的工作状态， 包括其换热温度、压力分布，室内空气与室内热交换器115换热后的出口状态，制冷剂在管内的气液相分布，以及制冷剂在其进、出口的参数S—,", , ， &。w， 加。
9. 如权利要求8所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于以从室内热交换器 (115)的数学模型计算出的电子膨胀阀(108)的入口制冷剂焓/^, 和入口制冷剂压力《_, 作为电子膨胀阀(108)的数学模型的输入条件，将本发明提出的电子膨胀阀最大开度^、w要求对应为尽可能减小室外热交换器出口过热度 ;^。,，将室外热交换器过热度7;^^。,设定值引入电子膨胀阀(108)的数学模型中，计算此时对应的电子膨胀阀开度A及其出口参数7; 。 ( 和S—。 (;根据S》通过物性计算可求得饱和液态参数而电子膨胀阀开度Jv由公式5计算，《—。 ,由公式7计算得到；其中，/^ 是电子膨胀阀入口制冷剂压力，Gr是制冷剂质量流量，a/是电子膨胀阀的流量 系数。
10. 如权利要求9所述一种制冷系统的变频节能控制方法，其特征在于将通过电子膨胀阀(108)的数学模型计算得出的出口参数7;,和c引入可变容量压縮机(101)的数学模 型，以制冷剂在室内热交换器(115)入口的状态《)、7;一, 作为可变容量压缩机(101)的数 学模型的输入参数7;一。 ,、 c，获得对应于该循环制冷剂质量流量o的可变容量压縮机供电频率f和该运行工况下的可变容量压縮机能耗F^，同时得到可变容量压縮机(101)入口制冷剂状态7;^ 7;_, 值作为室外热交换器(106)的数学模型的收敛判别标准；室外热交换器(106)的数学模型以电子膨胀阀(108)的数学模型得出的制冷剂入口状态尸。—, 、 r。—J乍为仿真计算的起点，通过迭代计算获得对应于程序设定的过热度7^^2。,要求下 的室外热交换器(106)工作状态7; 。a,，将7;,与7;」 相比较从而得到令系统的数学模型收敛的室外热交换器(106)的风量K。,
全文摘要
本发明属于节能技术领域，涉及一种制冷系统的变频节能控制方法。该控制方法根据冷负荷的变化或变化趋势确定制冷剂的质量流量，然后确定满足此流量下的压缩机消耗功率，通过建立的节能控制数学模型预测出使冷凝器热负荷满足冷负荷和压缩机功率变化的最小冷凝压力，逐步调整压缩机供电频率使压缩机转速达到预测值；调节膨胀阀开度使冷凝压力达到最低，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。本发明解决了系统中压缩机、膨胀阀、风机的优化控制问题，利用节能控制数学模型对系统运行的可控因素(如压缩机转速、膨胀阀开度、室外机风量)进行联合调节，使制冷系统运行在最佳工作点，实现制冷系统在变频调节基础上的进一步节能。
文档编号F25B49/02GK101603751SQ20091008896
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者李海燕, 立 王, 童莉葛 申请人:北京科技大学