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分體式熱泵系統(tǒng)的可變多區(qū)域試驗設(shè)施 文獻(xiàn)翻譯 題 目 分體式熱泵系統(tǒng)的可變 多區(qū)域試驗設(shè)施 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)老師 完成時間 分體式熱泵系統(tǒng)的可變多區(qū)域試驗設(shè)施 Harshal Upadhye博士 Domitrovic博士 阿米阿馬爾納特博士 摘 要 暖通空調(diào)技術(shù)的最新進(jìn)展在于，在所需提供制冷或加熱的系統(tǒng)容量的區(qū)域，可以實現(xiàn)精確地調(diào)節(jié)。有一些新技術(shù)如變速壓縮機(jī)和新興的控制技術(shù)，制造商已經(jīng)可以推出一個新的家庭直接膨脹系統(tǒng)。暖通空調(diào)設(shè)計與建模社區(qū)正著手分析類似系統(tǒng)的可靠性，并提供準(zhǔn)確的實驗室數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步了解實際所帶來的好處。在使用了典型的雙室溫濕室測試的單一系統(tǒng)中，一個腔室足以容納所述室外單元和其它房屋的室內(nèi)單元。多分裂系統(tǒng)也成為設(shè)計中一個新穎獨特的測試挑戰(zhàn)。 與多臺室內(nèi)盤管相比，一臺室內(nèi)室是無法模擬單個回風(fēng)條件下每個室內(nèi)盤管的。在這個問題難以解決的情況下，我們不妨可以利用同時進(jìn)行加熱和冷卻的特殊系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了設(shè)計、施工、和一個新穎的多區(qū)域試驗設(shè)施（試驗臺）--多分裂熱泵系統(tǒng)調(diào)試。四對室內(nèi)單元， 10噸（ 35.2kW ），涵道測試支架的構(gòu)造測試多分裂系統(tǒng)。每個區(qū)具有獨立的溫度、濕度和可控制的空氣流量，它允許室內(nèi)盤管在不同的條件下，其他線圈可以獨立地進(jìn)行測試。溫度控制是通過使用電阻加熱器和冷卻盤管實現(xiàn)的，而濕度的控制則是通過一個空氣/水霧化系統(tǒng)來實現(xiàn)。室內(nèi)單元上游的軸流風(fēng)扇，用于將空氣流轉(zhuǎn)化為所需的靜態(tài)壓力。本文詳細(xì)闡述了設(shè)計挑戰(zhàn)、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和各種儀器儀表方面的測試與分析。 關(guān)鍵詞 分體式；熱泵系統(tǒng)；多區(qū)域；VRF系統(tǒng) 引 言 單速分體式系統(tǒng)與管道式室內(nèi)機(jī)多應(yīng)用于美國住宅空調(diào)市場。該輕型商用住宅市場，如商場和小型辦公室，一直依靠屋頂單元（RTU）提供加熱和制冷到空調(diào)空間。小系統(tǒng)通常依賴于簡單的ON-OFF恒溫控制和通過管道將冷氣分配到不同的房間。由于越來越多的目光集中于設(shè)備的節(jié)能運行，高效的空調(diào)系統(tǒng)已成為監(jiān)管機(jī)構(gòu)，公用事業(yè)，制造商和建筑商的主要攻關(guān)項目。多區(qū)變?nèi)萘繜岜脼槠涮峁┝艘粋€途徑，并在節(jié)約能源方面大大超過了傳統(tǒng)的單速設(shè)備。在美國，很多區(qū)域都采用變制冷劑流量（VRF）擴(kuò)展空調(diào)/熱泵系統(tǒng)推進(jìn)市場，因此，有必要更全面地去了解其能源性能潛力。 VRF系統(tǒng)是一種集成的多區(qū)室直接膨脹系統(tǒng)，允許多個單獨可操作的室內(nèi)單元被連接到室外單元并進(jìn)行結(jié)合，即同時進(jìn)行的冷卻和加熱（SCH）。VRF廠家宣稱該產(chǎn)品擁有能量效率高，便于安裝和操作以及優(yōu)越的區(qū)域控制系統(tǒng)等優(yōu)點。 VRF系統(tǒng)具有較高的市場占有率，在以日本為主的亞太市場以及美國市場的很大一部分都已經(jīng)接受了該產(chǎn)品。 美國的障礙VRF系統(tǒng)市場是VRF模式，是一種相對較慢的摻入市場并具有認(rèn)證性能的仿真工具，可以用來進(jìn)行合規(guī)性的計算，以滿足能源效益守則，捕獲能量信貸或有資格獲得退稅。各種商業(yè)建筑能源建模軟件正在測試VRF的模擬能力，但相關(guān)機(jī)型并未使用廠家公布的數(shù)據(jù)。ANSI / AHRI標(biāo)準(zhǔn)1230指定重要的測試條件為表現(xiàn)評級VRF系統(tǒng)。有效的模擬工具需要可靠和準(zhǔn)確的實驗室數(shù)據(jù)，方才具有足夠的分辨率來預(yù)測一個VRF系統(tǒng)在實際條件下的性能。多區(qū)域測試設(shè)置構(gòu)造各種VRF系統(tǒng)的性能映射并建立一個強大的數(shù)據(jù)集模型VRF系統(tǒng)。但必須指出的是ANSI / AHRI標(biāo)準(zhǔn)1230等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為一個指導(dǎo)各種測試條件，方法和程序標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)這種多區(qū)測試設(shè)置的目的卻不只是一個設(shè)備評級機(jī)構(gòu)。 VRF系統(tǒng)的實驗室試驗： VRF系統(tǒng)的實驗室測試需要溫濕室，模擬室內(nèi)和室外條件在該系統(tǒng)運行操作。雙室溫濕室一般用于測試單個分割系統(tǒng)，其中一個腔室模擬室外條件和其他模擬室內(nèi)條件。多分裂系統(tǒng)需要一個以上的室內(nèi)腔室，以模擬不同的室內(nèi)環(huán)境。單一的室內(nèi)室組建多臺室內(nèi)機(jī)，可用于簡化測試，所有的室內(nèi)單元將在相同的空間運行決策一些測試點，但SCH卻無法測試。根據(jù)是否被安置在一個獨立的室內(nèi)測試下腔室內(nèi)機(jī)改變其操作或一個單一腔室的其他單位，在室內(nèi)單元操作的基礎(chǔ)上，返回空氣溫度、相對濕度和空氣流速傳導(dǎo)至熱交換器。室內(nèi)單元的操作是依賴于返回空氣條件和空氣的流速，在實驗室測試裝置供給調(diào)節(jié)的返回空氣（溫度，相對濕度和流率）的室內(nèi)單元可用于測試，而非一個腔。以這個概念進(jìn)一步聯(lián)想，如果多個氣流的空調(diào)回風(fēng)口被提供給多臺室內(nèi)機(jī)組連接到一臺室外單元，則每個室內(nèi)單元可以是在不同的回風(fēng)條件下工作。在這種情況下只有一個腔室，用于容納所述室外單元和所述室內(nèi)機(jī)并需要滿足安裝提供回風(fēng)指定的條件。要建立被測VRF系統(tǒng)的性能圖，該系統(tǒng)需要在各種室內(nèi)操作，室外條件下也與室內(nèi)單元以各種模式（加熱，冷卻，只有風(fēng)扇）。以覆蓋范圍的條件對于該系統(tǒng)的室內(nèi)和室外單元，下列項目是必需的 1 、測試設(shè)置將包括一個環(huán)境室里面由外部手段來控制彼此之間的溫度10 華氏度（-12 ℃）至約105華氏度（40℃）以及腔室內(nèi)部的10％和70％的相對濕度。VRF -HR （熱回收）系統(tǒng)的室外機(jī)將被放置在這個環(huán)境室。 2 、測試設(shè)置將包括四個獨立控制的管道式空氣站和外部手段來控制空氣溫度，相對濕度，空氣流量和靜壓。 3 、測試裝置包括儀器測量空氣流量、系統(tǒng)的壓力和溫度，及電源、制冷劑在測試系統(tǒng)中的不同位置的質(zhì)量流量和相對濕度。具有柔韌性的另外的其他測量點在測試期間根據(jù)需要予以安裝。 測試設(shè)置設(shè)計： 測試設(shè)置被分為兩個獨立的區(qū)域，一個室外單元，用于模擬戶外條件的室外單元和用于模擬室內(nèi)機(jī)條件的室內(nèi)部分。 圖1 雙室氣候箱（右側(cè)室將容納的VRF室外機(jī)下測試。） 室外部分： 在圖1所示的雙室氣候室的室外部分用于容納的室外單元 VRF-HR單位。室外氣候箱的額定容量10噸（35.2kW）。該VRF-HR的單位是測試有6噸（21.1kW）的標(biāo)稱容量。該室有電阻加熱器，蒸汽發(fā)生器和 除濕器來控制溫度和濕度條件下的室外單元。精確的空氣溫度±0.5°F（± 0.28℃），相對濕度±1％將由集成的可編程控制器進(jìn)行控制。氣候室將 從10°F（-12°C）至60°F（15.5℃）加熱模式測試名義上保持在范圍內(nèi)。在制冷模式下， 氣候室經(jīng)模擬條件可達(dá)105°F（40°C）。在制熱模式下約10°F（-12°C）。目前的主要任務(wù)是降低限制與核心升級，并且計劃在不久的將來組建冷卻回路室。 室內(nèi)部分： 室內(nèi)試驗設(shè)施的設(shè)計是一個新穎獨特的挑戰(zhàn)。因為被測試的系統(tǒng)有4臺室內(nèi)機(jī)，需要有4臺室內(nèi)機(jī)分別控制空氣流來模擬應(yīng)對不同區(qū)域的不同條件。若是需要運行，其中兩個室內(nèi)機(jī)可能會運行在加熱模式和冷卻其他兩個混合模式測試模式。為了克服與測試4臺室內(nèi)機(jī)同時相關(guān)的困難，一個基于導(dǎo)管的測試設(shè)置是一個很好的建議，而不是建立和調(diào)節(jié)四個獨立的氣候室。 四區(qū)涵道試驗臺的設(shè)計中提供給每個涵道區(qū)域中的空氣是獨立可控的。各涵道區(qū)調(diào)節(jié)空氣向室內(nèi)機(jī)的回路進(jìn)氣口。調(diào)節(jié)上述返回空氣，一個共同的供給管與變速風(fēng)扇和冷卻盤管將預(yù)先冷卻和除濕供給每個涵道區(qū)域中的空氣。每個管道將有熱水器，空氣/水霧化加濕器的濕度控制和對流量的調(diào)節(jié)阻尼器系統(tǒng)。這整個安裝程序?qū)⒃诿總€室內(nèi)單元的入口提供獨立控制的條件。圖2示出了測試的平面圖設(shè)置。工作原理如下：環(huán)境空氣被抽入一個共同的進(jìn)氣，并通過預(yù)冷卻盤管該冷卻空氣流，并減少了絕對濕度。超出了冷卻盤管，空氣流拆分成四個單獨的12 “×12” （ 0.3mx 0.3m）快門管道與個別阻尼器通過各個電路，以控制體積流量。每個4管道具有耐管道加熱器和噴霧加濕器，帶來的冷氣可達(dá)到規(guī)定的條件。各個管道的加熱器和加濕器被獨立地控制，以維持溫度和相對濕度的規(guī)定設(shè)定點。變速風(fēng)扇將提供所需的空氣壓力，以克服在測試的電阻立管，電阻加熱器，攪拌器和儀器儀表設(shè)備。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不會在變化的個別測試。圖3顯示了已建成的測試設(shè)置。常見的進(jìn)氣口，標(biāo)記為回風(fēng)在可見的右側(cè)而這四個送風(fēng)管道上可以看到左側(cè)標(biāo)記為區(qū)1至4區(qū)。一種控制站的室內(nèi)的測試裝置是在左下角可見。 儀器儀表： 數(shù)據(jù)采集試驗臺的控制是通過一個專用的PXI系統(tǒng)來實現(xiàn)的。編程使用市售的數(shù)據(jù)采集軟件來完成。測試設(shè)置中各個子系統(tǒng)要么控制手動或者通過計算機(jī)程序控制。表1為給出的控制參數(shù)和控制方法的列表?？諝忪史椒ㄓ糜诿總€室內(nèi)單元測量的冷卻或加熱能力。無能力測量是在室外機(jī)上完成，作為一個有效性檢查兩臺室內(nèi)機(jī)安裝質(zhì)量的流量計來計算制冷劑方面的能力。用于計算基于空氣焓值法的供應(yīng)能力和回風(fēng)溫度和相對濕度，空氣流速是關(guān)鍵參數(shù)。五個收益檔次功率計（一個用于戶外部電源和4對室內(nèi)單元）被安裝，用于確定所消耗的功率和系統(tǒng)的效率。額外的儀器如熱電偶，制冷劑的壓力測量在系統(tǒng)中的各個點和一個冷鏡式濕度計的診斷上作用明顯，便于了解在不同模式下的操作順序和故障排除。 圖2 俯視圖測試設(shè)置 測試程序： 被測系統(tǒng)可以VRF人力資源單元或只是一個VRF熱泵不具有先進(jìn)SCH操作。在制冷模式下，所有的數(shù)字控制器，用于室內(nèi)單元被設(shè)置為制冷模式，溫度設(shè)定為允許的最低為例如64°F（17.8 °C）。由于返回的空氣溫度和相對濕度由測試控制安裝，測試系統(tǒng)控制器是永遠(yuǎn)不會滿足和單位連續(xù)運行。室外和回風(fēng)條件被控制到一組預(yù)定的條件。類似于制冷模式，制熱模式下的數(shù)字控制器被設(shè)置為所允許的最高溫度為例如84°F（28.9 °C）。在混合模式下，相應(yīng)的數(shù)字控制器被設(shè)置為最低或最高溫度取決于操作模式。該單元調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（室外機(jī)），并根據(jù)其內(nèi)部控制邏輯擴(kuò)展設(shè)備的位置。無在測試單元，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等的內(nèi)部操作控制，是行使。 該系統(tǒng)中的所述被操作穩(wěn)定的狀態(tài)，如果系統(tǒng)（返程空氣干球溫度和相對濕度，在規(guī)定條件下室外干球溫度和相對濕度和室內(nèi)機(jī)的空氣流），并供給空氣的干球溫度是內(nèi)公差帶至少10分鐘。測試操作公差帶要求退貨空氣干球溫度和室外干球溫度為±2°F （1.1 °C），室外濕球溫度為±1°F （0.5 ℃），對室內(nèi)機(jī)風(fēng)量為±2％額定風(fēng)量和送風(fēng)溫度為±1 °F （0.5 ℃）（根據(jù)AHRI 1230）。 圖3 完成測試設(shè)置（室內(nèi)部分） 測試設(shè)置調(diào)試： 很難實現(xiàn)的測試條件為室內(nèi)和室外設(shè)置被選擇，以確保測試設(shè)置可以達(dá)到 這些條件。兩種不同的條件下被選擇，一個用于冷卻模式和一個用于加熱模式。第三條件下，一個標(biāo)準(zhǔn)的評價試驗條件也選擇為比較所收集到的制造商的數(shù)據(jù)。 冷卻方式： 在制冷模式下的85°F（29.4℃）干球和70°F（21.1℃）濕球溫度和室外室內(nèi)條件65°F（18.3℃）室條件干球溫度選擇。這些條件產(chǎn)生最高的散熱能力的運行范圍內(nèi)的單位在65°F（18.3°C）的DBT室外機(jī)，拒絕最大熱的室外室內(nèi)。這將增加室外腔室的溫度。 表1 子系統(tǒng)和相應(yīng)的控制列表 子系統(tǒng) 控制器 類 型 注 解 加熱器 戶外回風(fēng)管 數(shù)據(jù)采集程序 PWM 多重安全聯(lián)鎖裝置， 手動控制 房間回風(fēng)管 工業(yè)控制器 PWM 加濕器 戶外回風(fēng)管 OEM提供 PID 手動控制 房間回風(fēng)管 工業(yè)控制器 PWM 除濕機(jī) 戶外回風(fēng)管 冷卻盤管（2級） ON / OFF 手動打開，以降低濕度 房間回風(fēng)管 商用除濕機(jī) ON / OFF 手動打開，以降低濕度 空氣流量 回風(fēng)管 風(fēng)閥 手動 手動調(diào)節(jié)風(fēng)門各個風(fēng)管 整體空氣流量 整體空氣流動 變速驅(qū)動器 手動控制速度 冷 卻 戶外回風(fēng)管 冷卻盤管（2級） ON / OFF 手動打開，以降低溫度 房間回風(fēng)管 冷卻盤管（2級） ON / OFF 手動打開，以降低溫度 VRF系統(tǒng) 室內(nèi)機(jī) OEM控制器 數(shù)字化 設(shè)定溫度，風(fēng)扇速度和 操作模式 室外機(jī) 反應(yīng)到OEM控制器 在室外室中的冷卻盤管需要跟上這個熱負(fù)荷，以保持一個穩(wěn)定的溫度 65°F（18.3°C）的DBT。這一點是選擇專門進(jìn)行測試，以維持65°F（18.3°C）的DBT室外室的能力。 較低的室外室溫度在制冷模式下，越難以維持。在室內(nèi)設(shè)置，該測試點 確認(rèn)加熱器的操作和濕度控制。測試設(shè)置可以維持的條件在室內(nèi)和室外部分延長的時間周期，確認(rèn)在冷卻模式下的操作。 加熱方式： 在制熱模式下，較高的室外室溫度較低的室內(nèi)返回空氣溫度是困難的維護(hù)。出于這個原因，65°F（18.3°C）DBT和60°F的室外條件下（15.5℃）的DBT室內(nèi)條件為選擇。對于這個測試點，在室內(nèi)測試裝置具有運行兩個冷卻盤管及加熱器，保持65°F（18.3°C）DBT。在冷卻盤管第一冷卻低于65°F（18.3℃）的空氣，然后將電阻加熱器中的每個導(dǎo)管帶來的溫度上升到設(shè)定點。操作證實，該加熱器可以處理負(fù)載。在箱外室，室外單元是試圖以冷卻腔（吸收熱到制冷劑）和腔室的電阻加熱器必須跟上負(fù)載。測試設(shè)置能夠保持這些條件沒有任何困難。 等級測試點： 從標(biāo)準(zhǔn)的1230AHRI等級測試點用于加熱和冷卻也被認(rèn)為是在調(diào)試過程。用于冷卻模式AHRI收視點是室內(nèi)80°F（26.6°C）DBT和67°F（19.4℃）濕球溫度（WBT），室外在95°F（35oC）的DBT。為加熱模式的條件是室內(nèi)在70°F（21.1℃）的DBT和室外的47°F（8.3℃）DBT和43F（6.1℃）WBT。該操作在測試矩陣信封的末端已經(jīng)核實，在AHRI等級分很容易實現(xiàn)的。 結(jié) 論 一種新穎的涵道多區(qū)測試設(shè)置VRF系統(tǒng)的性能映射落成及啟用在電科院的 熱環(huán)境實驗室，諾克斯維爾，田納西州。該測試裝置能夠檢測VRF系統(tǒng)在滿負(fù)荷冷卻，滿負(fù)荷供熱，部分負(fù)荷降溫，部分負(fù)荷供熱和熱回收模式。測試裝置是通過一個釋放調(diào)試過程，將難以實現(xiàn)的條件變?yōu)榱艘粋€測試單元。測試設(shè)置尚未完全在眾多廠商中運營且VRF系統(tǒng)正在測試，以獲得全面的實驗數(shù)據(jù)集。 致 謝 測試設(shè)置為調(diào)查VRF技術(shù)項目的一部分，由博納維爾電力資助管理，佛羅里達(dá)太陽能中心與南加州愛迪生實驗室研究開發(fā)。 參考文獻(xiàn) [1] ANSI / AHRI標(biāo)準(zhǔn)1230 '2010標(biāo)準(zhǔn)變制冷劑流量（VRF）一拖多空調(diào)的性能評價和熱泵設(shè)備'空調(diào)，暖氣和制冷研究所，阿靈頓，弗吉尼亞州。 [2] ASHRAE手冊2009年，基本原理、采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會，亞特蘭大，GA公司。 [3] 阿馬爾納特，A.和布拉特，2008米，可變制冷劑流量：一個新興的空調(diào)和熱泵技術(shù)，ACEEE暑期研究建筑節(jié)能夏，Winanday大腸桿菌，喬治灣和勒布倫，J. 2002 ，測試方法為VRF系統(tǒng)，國際制冷與空調(diào)大會上，美國普渡大學(xué)。 [4] 2009年，建模和變量的實驗分析制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，第11屆國際IBPSA會議，與格拉斯哥、蘇格蘭和香港， 2010年，變制冷劑流量系統(tǒng)和地源之間的能源效率比較熱泵系統(tǒng)，能源和建筑（2010）。 11