CN105987481A - 一种变频空调器的换热器风量匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频空调器的换热器风量匹配方法，当室内机换热器在额定制冷工况下的风量为X时，室内机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.8～0.95)X、在额定制热工况下的风量设定为(1.2～1.6)X、在中间制热工况下的风量设定为(1.0～1.4)X；和/或当室外机换热器在额定制冷工况下的风量为Y时，室外机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.6～0.85)Y、在额定制热工况下的风量设定为(0.7～1.0)Y、在中间制热工况下的风量设定为(0.4～0.7)Y。通过优化调整空调器在中间制冷、额定制热和中间制热工况下的室内机风量和室外机风量，使得空调器的室内外换热器的风量处于经优化的风量附近，可使空调器在最高效率附近运行，噪声也较低。

Description

一种变频空调器的换热器风量匹配方法

技术领域

本发明涉及空调器领域，具体地说涉及一种变频空调器的换热器风量匹配方法。

背景技术

定频空调器的压缩机转速基本不变，输出制冷或制热量基本保持不变，因此定频空调器不能大幅度调节制冷或制热量，只能依靠不断地开停机来调节室内温度。然而，频繁开停机会导致能耗增加，进而导致定频空调器能效比COP低。能效比COP是制冷量或者制热量与系统功耗的比值。系统能效比是评价空调性能最重要的参数。

而变频空调器的压缩机频率随系统负荷的不同而自动调节，基本不停机，不存在开停机能量损失，压缩机频率降低可大大节约电机输入功率，因此变频空调器的能效比比定频空调器高，通常压缩机运行频率较高时，变频空调器的能效比相对较低，压缩机运行频率较低时，变频空调器的能效比较高。因此，考核变频空调器的能效比时需要综合考核变频空调器在额定工况和中间工况下的能效比。因此可对变频空调器在额定工况和中间工况下的条件进行优化设计，以进一步提高变频空调器的能效比。

空调器的噪声是空调器的最重要的参数之一，也是衡量空调器品质的重要指标之一，空调器的噪声主要来自风机的空气动力噪声、结构振动噪声、制冷剂噪声等，在生活质量不断提高的今天，人们越来越追求低噪声的空调器，因此降低噪声一直是空调器的改进方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频空调器的换热器风量匹配方法，优化空调器在不同工况下的室内机和室外机的风量，进而达到使空调器在最高效率附近运行和减少风机噪声的效果。

根据上述目的，本发明提供一种变频空调器的换热器风量匹配方法，当室内机换热器在额定制冷工况下的风量为X时，室内机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.8～0.95)X、在额定制热工况下的风量设定为(1.2～1.6)X、在中间制热工况下的风量设定为(1.0～1.4)X；和/或

当室外机换热器在额定制冷工况下的风量为Y时，室外机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.6～0.85)Y、在额定制热工况下的风量设定为(0.7～1.0)Y、在中间制热工况下的风量设定为(0.4～0.7)Y。

进一步地，额定制冷量为3500W的空调器中，

室内机换热器在额定制冷工况下的风量为630m³/h、在中间制冷工况下的风量设定为575m³/h、在额定制热工况下的风量设定为945m³/h、在中间制热工况下的风量设定为840m³/h；

室外机换热器在额定制冷工况下的风量设定为1800m³/h、在中间制冷工况下的风量设定为1350m³/h、在额定制热工况下的风量设定为1500m³/h、在中间制热工况下的风量设定为1200m³/h。

进一步地，所述变频空调器的额定制冷量为2600W～7200W。

与现有技术相比，本发明的变频空调器的换热器风量匹配方法至少具有以下优点和有益效果：通过优化调整空调器在中间制冷、额定制热和中间制热工况下的室内机风量和室外机风量，可使空调系统随工况变化调整室内外风机的风量，在满足工况换热量的情况下，使空调器始终在高效率状态下运行，达到最大的系统能效比COP，其节能性最好，噪声也最低，更节能环保。

具体实施方式

现在将更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

额定制冷、中间制冷、额定制热和中间制热为制冷行业的专业术语，由空调行业的国标规定。其中，额定制冷工况下空调系统的制冷能力为中间制冷工况下空调系统的制冷能力的两倍；额定制热工况下空调系统的制热能力为中间制热工况下空调系统的制热能力的两倍。

在室内机换热器、室外机换热器确定以后，配套的风扇及其电机选配后，需要匹配优化额定制冷、中间制冷、额定制热和中间制热四种工况下的室内机风机和室外机风机的风量。根据风机相似定律：风量与风机转速(N)成正比，室内换热器风量的大小主要取决于室内机风机转速，室外换热器风量的大小主要取决于室外机风机转速。再根据风机相似定律：风机的驱动功率与风机转速的三次方成(N³)正比，降低风机的转速，风机的驱动功率将按转速的三次方的比例大幅下降，风机的消耗功率也将大幅下降。此外，若风量过大，制冷时，除湿效果不好，制热时出风温度偏低。

对于空调器风机噪声，影响因素很多，通常空调器风机的噪声与其风扇形式、风机转速和使用状况有关，即使型号相同，各厂家生产的风机的噪声值也不尽相同。其中，风机转速是影响风机噪声的主要因素。当室内机换热器、室外机换热器和风扇的型号、结构确定以后，根据风机相似定律：换热器噪声与风机转速的五次方成(N⁵)正比，随着风机转速的增加，噪声呈增加的趋势，而风量与风扇转速(N)成正比，即风量增大导致噪声增大。如前所述，风机风量也不宜过大或过小，若换热器的换热能力有富余，可适当减少冷却空气的风量，此时风机的转速下降，噪声将按风机转速的五次方的比例大幅下降。

对于变频空调器，由于在中间工况和额定工况下，系统的负荷不一样，压缩机的运行频率不一样(额定工况下压缩机运行频率高于中间工况下压缩机的运行频率)，导致室内外换热器空气侧所需要的最佳风量不一样。

同时，假如是下调风机风量的话，风机转速也会下降，所以其噪声也会下降，这对使用空调的用户很重要。综上，优化设计额定工况和中间工况下的风量对于节能和降噪有其重要性。

根据管内侧热阻与管外侧热阻等量匹配要求，管内侧流动换热系数随制冷剂流量增加而增大，管外侧流动换热系数随风量增加而增大，因此，压缩机运行频率降低，制冷剂流量减少，此时对于风机来说仅需较小的风量即可完成换热，减小风量可使风机功耗减少，进而降低整机功率。额定工况下，压缩机运行频率高，制冷剂流量大，风机管内侧流动换热系数增大，根据管内侧热阻与管外侧热阻等量匹配要求，此时需要增加风机管外侧流动换热系数，因而需要增加风机的风量。中间工况下，压缩机运行频率降低，制冷剂 流量减少，风机管内侧流动换热系数同样减小，根据管内侧热阻与管外侧热阻等量匹配要求，此时不需要较高的风机管外侧流动换热系数，因而可以降低风机的风量。

利用计算机辅助技术进行制冷设备的仿真与模拟已经成为各个制冷产品开发的主要手段，本发明根据空调器的制冷原理，按照上述要求和风机相似定律，通过对实际系统的分析、综合与设计，再根据空调器的工况，控制室内外换热器送风量，具体为：当压缩机运行频率升高、制冷剂流量增大时，增大换热器风量；当压缩机运行频率降低、制冷剂流量减小时，减小换热器风量；建立室外机换热器、室内机换热器、压缩机和节流元件的计算模型，利用计算机辅助技术对室内换热器和室外换热器的风量在不同工况下进行调整、测试和优化。

在仿真研究过程中，大致经过下述四个步骤：

(1)通过分析设计，建立实际系统的计算模型；

(2)将上述计算模型转变为能在计算机上运行的计算模型；

(3)编出计算程序；

(4)对计算模型进行修改、调整、测试和优化。

其中，本发明实施例中，压缩机模型采用20系数变频压缩机模型，气液分离储液器采用稳态储液模型，蒸发器和冷凝器采用3D分布参数模型，蒸发器出口过热度为1.5K；风机采用风机相似模型，采用基础物理实验数据标定，采用联立方程组算法求解，并将系统的风量作为直接输入变量，同时将系统的主要性能参数如能效比COP、制冷或制热量作为输出参数，统计不同风量下的这些性能参数，并在满足制冷或者制热量的前提下，获得最佳能效比COP对应的风量。

对于给定的额定制冷量的变频空调器，额定制冷工况下，室内机风量为X、室外机风量为Y时，对应的室内机风机功率为P_内、室外机风机功率为P _外、室内机风机噪声为F_内、室外机风机噪声为F_外，最后，模拟得出的各工况风量比例关系，如表1所示：

表1

工况	额定制冷	中间制冷	额定制热	中间制热
					室内机风量(m3/h)	X	(0.8～0.95)X	(1.2～1.6)X	(1.0～1.4)X

室外机风量(m3/h)

Y

(0.6～0.85)Y

(0.7～1.0)Y

(0.4～0.7)Y

根据风机相似定律：风量与风机转速(N)成正比，风机的驱动功率与风机转速的三次方成(N³)正比，因此风机功率与风量的三次方成正比。以中间制冷工况下室内机风量为0.8X为例，此时室内机风机功率为0.8³P_内≈0.5P_内，其他工况下，风机功率计算方法与上述方法相同。在经过优化的中间制冷、额定制热和中间制热工况的室内机风量和室外机风量下，得到表2中所示的室内机风机功率和噪声、室外机风机功率和噪声。

表2

工况	额定制冷	中间制冷	额定制热	中间制热
					室内机风机功率/W	P内	(0.5～0.9)P内	(1.7～4.1)P内	(1.0～2.7)P内
室外机风机功率/W	P外	(0.2～0.6)P外	(0.35～1.0)P外	(0.1～0.35)P外
					室内机风机噪声/dB	F内	F内-(1～5)	F内+(4～10)	F内+(0～7)
室外机风机噪声/dB	F外	F外-(4～11)	F外-(0～8)	F外-(8～20)

本发明提供的风量优化系数范围，可使空调系统随工况变化调整室内外风机的风量，在满足工况换热量的情况下，使空调器始终在高效率状态下运行，达到最大的系统能效比COP。

以额定制冷量为3500W的变频空调为例，经优化的室内机风量和室外机风量如表3所示：

表3

工况	额定制冷	中间制冷	额定制热	中间制热
					室内机风量(m3/h)	630	575	945	840
室外机风量(m3/h)	1800	1350	1500	1200

相应地，室内外风机功率和噪声如表4所示：

表4

本发明中的换热器风量匹配方法可适用于包括但不限于额定制冷量为2600W～7200W的变频空调器。

综上所述，本发明的换热器风量匹配方法通过制冷剂流量计算管内侧换热系数、通过风量计算管外翅片侧换热系数，然后按照管内外换热器系数相当匹配原理以确定最佳风量。

此外，本发明的换热器风量匹配方法具有通用性，在实际应用中，根据不同款的具体变频空调器，基于前述的技术方案可以计算出不同工况时的最佳风量，从而适应不同空调厂家的空调设计需求。

以上具体地示出和描述了本发明变频空调器的换热器风量匹配方法的示例性实施方式，实施例中的结构等可根据实际需要做出各种改变，以上改变均涵盖在权利要求保护范围内。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求保护范围内的各种修改和等效置换。

Claims (3)

1.一种变频空调器的换热器风量匹配方法，其特征在于，

当室内机换热器在额定制冷工况下的风量为X时，室内机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.8～0.95)X、在额定制热工况下的风量设定为(1.2～1.6)X、在中间制热工况下的风量设定为(1.0～1.4)X；和/或

当室外机换热器在额定制冷工况下的风量为Y时，室外机换热器在中间制冷工况下的风量设定为(0.6～0.85)Y、在额定制热工况下的风量设定为(0.7～1.0)Y、在中间制热工况下的风量设定为(0.4～0.7)Y。

2.根据权利要求1所述的变频空调器的换热器风量匹配方法，其特征在于，额定制冷量为3500W的空调器中，

室内机换热器在额定制冷工况下的风量为630m³/h、在中间制冷工况下的风量设定为575m³/h、在额定制热工况下的风量设定为945m³/h、在中间制热工况下的风量设定为840m³/h；

室外机换热器在额定制冷工况下的风量设定为1800m³/h、在中间制冷工况下的风量设定为1350m³/h、在额定制热工况下的风量设定为1500m³/h、在中间制热工况下的风量设定为1200m³/h。

3.根据权利要求1所述的变频空调器的换热器风量匹配方法，其特征在于，所述变频空调器的额定制冷量为2600W～7200W。