CN111337280B

CN111337280B - 一种用于vrf空调系统变工况下的冷热量测试系统及方法

Info

Publication number: CN111337280B
Application number: CN202010132206.5A
Authority: CN
Inventors: 秦朝葵; 张超; 陈志光; 顾圆圆; 吴聪; 朱晗
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2020-02-29
Filing date: 2020-02-29
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2040-02-29
Also published as: CN111337280A

Abstract

本发明涉及一种用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统及方法，圆弧瓦片式Pt100铂电阻进行制冷剂温度的测量，压力变送器进行制冷剂压力的测量，两者共同解决制冷剂焓差的测量；不同量程的标准涡轮流量计进行制冷剂总流量的测量；单向阀、电磁阀、球阀等阀门构成VRF空调系统实际运行时的控制系统；数据采集子系统用于所测温度、压力和流量数据的远程传输。该测试方法的优点在于基于制冷剂流量法测量机组制冷热量的原理，解决了制冷剂流量的精确测量问题，在保证制冷剂足够过冷度的前提下实现液相流量测量；同时巧妙利用阀门控制子系统控制测试管路制冷剂流通情况实现不同运行工况下制冷剂流量的测量，提高了测量系统对于变工况的适应能力。

Description

一种用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统及方法

技术领域

本发明涉及空调系统技术领域，尤其是涉及一种用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统及方法。

背景技术

变制冷剂流量（Variable Refrigerant Flow，VRF）空调系统因其良好的独立调节性、部分负荷工况下的高能效以及便于控制管理的特点，在工程中得到了越来越广泛的应用。与传统中央空调系统一样，实际工程应用过程中，VRF空调系统的设计选型，需要考虑建筑的负荷特点和环境变化，对空调系统全年的运行工况进行综合比较，全工况的能耗计算不仅需考虑设备额定工况下的能效比，更要了解其在部分负荷工况下工作特性。现有市场上多关注VRF设备的额定效率，且均为实验室条件下测试进行，暂未见到设备现场实测的部分负荷工况运行数据。

国标《GB/T 17758-2010 单元式空气调节机》给出了常规空调机组性能测试的基本要求和流程，工程应用中，VRF空调系统制冷热量的测试主要有空气焓差法和制冷剂流量法。空气焓差法通过在每个室内机进出风管上加装温度、湿度传感器和风量测量装置，利用室内机处理前后的空气参数变化计算该室内机所提供的冷热量，测试原理简单，现场可操作性强。但由于管道保温后仍然与环境间存在一定的换热量，即冷媒流动过程中有热量损失，使得实际测得的室内机制冷热量小于该室内机所能提供的冷热量，导致获得的机组性能系数COP偏低。制冷剂流量法通过在冷媒管上加装温度、压力和流量测试仪表，利用“制冷热量=制冷剂流量×制冷剂焓差”的原理计算，该方法考虑了管道在环境中损失的冷热量，可更真实地体现VRF空调系统的实际运行性能，适用于对制冷剂充注量不敏感，安装程序中包括现场连接制冷剂管路的空调机试验。

但目前制冷剂流量法在应用中存在以下限制条件：（1）液相流量的精确测量：当流量计出口的液体过冷度过小或蒸发器出口制冷剂过热度过小时，制冷剂处于气液两相流状态，流量计量产生偏差，导致系统制冷量计算误差增大。（2）流量计的选型及对应的控制系统：VRF空调工作模式的切换和部分负荷运行工况导致制冷剂流量的波动，单一标准型号流量计对应的量程均不适用，必须并联使用多种量程的流量计并辅以相应的阀门控制，改变流量计的接入情况以达到精确测量。上述问题导致精度更高的制冷剂流量法的推广程度远不及空气焓差法，限制了对于VRF空调系统实际运行性能的深入研究。

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用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统，该测试系统包括Pt100铂电阻、压力变送器、涡轮流量计、阀门控制子系统以及对应的数据采集子系统，其中：

所述Pt100铂电阻，用于进行制冷剂温度的测量，所述压力变送器，用于进行制冷剂压力的测量，结合两者共同解决制冷剂焓差的测量；

不同量程的所述涡轮流量计，用于进行制冷剂总流量的测量；

所述阀门控制子系统，用于制冷、制热工况下不同部分负荷下测试管路的流通情况控制；

所述数据采集子系统，用于所测温度、压力和流量数据的远程传输。

进一步地，所述的Pt100铂电阻采用圆弧瓦片式Pt100铂电阻。

进一步地，所述结合两者共同解决制冷剂焓差的测量具体包括：利用所述Pt100铂电阻贴管壁保温后测量制冷剂温度，利用所述压力变送器测量制冷剂压力，结合REFPROP软件得到室外侧制冷剂出口和进口的焓差。

本发明还提供一种基于所述的用于VRF空调系统变工况下的冷热量测试系统的测试方法，该测试方法包括以下步骤：

步骤1：由安装在VRF空调系统中室外机外侧管段上的所述Pt100铂电阻和所述压力变送器得到制冷剂出口、进口的温度、压力数据，并结合REFPROP软件得到进出口的制冷剂焓差；

步骤2：由安装在VRF空调系统中各并联的分管路中所安装的所述涡轮流量计在不同工况下得到换热管路中制冷剂总流量；

步骤3：基于步骤1和步骤2分别得到的进出口的制冷剂焓差和在不同工况下的换热管路中制冷剂总流量得到VRF空调机组的实际制冷热量；

步骤4：利用所述数据采集子系统中的数据采集上位机的组态软件将所有数据收集并保存于数据库内，并定制数据表格按时发送现场实时测得的温度、压力、流量以及相关数据。

进一步地，所述的步骤2具体包括以下分步骤：

步骤21：经过所述阀门控制子系统控制对应单向阀的通断来控制制冷工况和制热工况下测试管路的切换；

步骤22：通过安装在VRF空调系统中的电磁阀的通断来控制管路流通情况以选择合适量程范围的所述涡轮流量计；

步骤23：由安装在VRF空调系统中各并联的分管路中所安装的对应所述涡轮流量计在不同工况下得到换热管路中制冷剂总流量。

进一步地，所述的步骤4中的所述数据采集子系统包括数据采集上位机和各数据采集模块，所述数据采集上位机与所述各数据采集模块于独立的局域网内通讯。

进一步地，所述数据采集上位机与所述各数据采集模块使用TCP/IP协议于独立的局域网内通讯。

进一步地，所述的步骤23具体包括：当工况为制冷工况时，换热管路中制冷剂总流量由各并联的分管路中所安装的对应所述涡轮流量计读数求和得到；当工况为制热工况时，换热管路中制冷剂总流量由各并联的分管路中某一并联支路的对应所述涡轮流量计读数得到。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明测试系统及方法并联使用不同量程的涡轮流量计进行VRF空调机组实际运行时制冷剂总流量的测量，解决制冷剂在经过冷凝器换热后分成多路换热管路以及机组实际运行时制冷剂最大流量与最小流量比值超过市场现有流量计量程比等情况带来的流量计选型问题，测量精确、适用范围广。

（2）本发明测试系统及方法利用单向阀的通断控制接入测试管路工作的温度、压力测量仪表，分别用于制冷和制热工况的测量；利用电磁阀的通断控制接入测试管路工作的涡轮流量计，分别对应不同范围制冷剂流量的测量。整个阀门控制子系统简单可控、易于调节，保证测量的精度及稳定性。

（3）本发明测试系统及方法可根据制冷、制热不同工况的变化以及不同负荷率对应的制冷剂流量大小情况进行阀门控制子系统的动作，改变接入VRF空调系统的测试管路，实现系统制冷热量的精确测量；通过电磁阀控制的并联流量计测试系统，解决多换热管路、变流量系统的流量计选型问题，有效降低了测试方法的复杂程度和经济成本，如将该测试方法应用于公共建筑的VRF空调系统上，利用它得到空调机组实际运行时的供冷/热量，并辅以能耗监测平台的建设，可以得到VRF空调机组的实际运行特性，并以此出发总结出一套适用于公共建筑的节能诊断、能耗预测方法。

（4）本发明测试系统及方法重点解决了制冷剂流量法在实际应用中各测试仪表的安装位置确定和变工况下液相流量精确测量问题，实现了流量波动时不同量程流量计的自动切换。

附图说明

图1为本发明实施例的热力循环压焓图；

图2为本发明实施例的测试方案图；

图3为本发明实施例中由电磁阀控制的并联流量计测量方法的控制原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明针对目前VRF空调系统焓差、流量测量精度低、测试系统变工况适应能力弱等问题，设计了一种基于制冷剂流量测试的VRF空调系统的冷热量测试方法，可实现系统不同工况下制冷热量的精确测量。该方法包括制冷剂温度、压力测量，管路制冷剂总流量测量，管路阀门控制及数据采集远传。其中，实现制冷剂管路总流量的精确测量是该方法的关键。

制冷剂出口、进口的温度、压力数据由安装在室外机外侧管段上的制冷剂出口、进口处的温度、压力测量仪表提供，并结合REFPROP软件计算得到进出口的制冷剂焓差；换热管路中制冷剂总流量由各分管路中所安装涡轮流量计读数求和（制冷工况）或某一并联支路的流量计读数（制热工况）得到，通过单向阀的通断来控制制冷和制热工况测试管路的切换，通过电磁阀的通断来控制管路流通情况以选择合适量程范围的涡轮流量计。可依据VRF空调系统不同模式、不同负荷率等工况的变化，调整测试管路接入情况，以保证测量精度，最终根据“制冷/热量=制冷剂焓差×制冷剂流量”得到机组的实际制冷热量。

制冷工况下：在位于室外机外侧管段上的制冷剂出口处加装热电阻1个，压力变送器1个，得到出口焓值；在位于室外机内部的换热器与节流阀之间的各换热管路上各加装热电阻1个，压力变送器1个，涡轮流量计1个，得到制冷剂流量并根据支路与干路焓值平衡计算得到进口焓值（节流前后视为等焓过程）。根据“制冷量=制冷剂流量×（出口焓值－进口焓值）”计算实际制冷量。

制热工况下：在位于室外机外侧管段上的制冷剂进口处加装热电阻1个，压力变送器1个，得到进口焓值；在位于室外机外侧管段上的制冷剂出口处加装热电阻1个，压力变送器1个，得到出口焓值；根据管路制冷剂流量最大值M _max结合标准流量计量程范围，将制冷剂流量范围0~M _max划分为N段，每段选择对应量程的涡轮流量计，并辅以控制该支路通断的电磁阀；实际运行时根据得到制冷剂流量信号确定用于流量测量的支路，该支路电磁阀打开，其他支路电磁阀关闭，保证制冷剂实时流量在接入测试管路流量计的量程范围内，得到制冷剂流量的精确值。根据“制热量=制冷剂流量×（进口焓值－出口焓值）”计算实际制热量。

值得强调的是，无论是制冷还是制热工况，流量计均应加装在空调机组的再冷器之后，以保证制冷剂足够的过冷度，实现流量的液相测量。

数据采集子系统基于以太网的局域网模式，数据采集上位机与各数据采集模块使用TCPIP协议在独立的局域网通讯，由数据采集上位机的组态软件收集并保存在数据库内，并定制各类数据表格按时发送现场实测所得的温度、压力、流量等数据，利用通讯协议和数据传输模块实现现场各测试仪表采集的电流信号向模拟量的转化及数据远传过程。

实施例

图1所示为VRF空调系统的循环压焓图，因室外机内换热器与节流阀之间的管道较短且有保温，即4点参数与1点接近，考虑到安装仪表的方便性和有效性，可在保证过冷度的前提下只安装1处（电子膨胀阀及再冷器之后）温度和压力测试仪表。A点和B点分别为蒸发器入口和出口，C点和D点分别为冷凝器入口和出口。

制冷运行时，制冷剂在经过冷凝器换热后分成两路换热管路，故D点处需要在两个换热支路上各装上1个涡轮流量计、1个热电阻、1个压力变送器；B点安装1个热电阻、1个压力变送器。由B点温度、压力读数获得状态点2焓值，由D点两个支路上的温度、压力读数分别获得两个状态点对应的焓值h'和h''，由流量计分别获得支路制冷剂流量m'和m''，得到D点对应的状态点1的焓值，由m'和m''的和得到总流量M₁，从而计算实际制冷量。

制热运行时，制冷剂流量由电磁阀控制的并联流量计测试得到，故在A点处的每个支路上各安装一个量程范围不同的涡轮流量计；C点安装1个热电阻、1个压力变送器。由C点温度、压力读数获得状态点3焓值，由A点温度计、压力计读数获得状态点1的焓值（1'与1点等焓），根据A点电磁阀的动作状态由某一并联支路流量计读数获得制冷剂流量M₂，从而计算实际制热量。

加上阀门控制子系统，整个制冷和制热工况的测试方案图如图2所示。

制冷运行时，单向阀1、4、6打开，单向阀2、3、5关断，B处和D处温度、压力测量仪表工作，D处流量计E101、E102工作，A处温度、压力、流量测量仪表均不工作。

制热运行时，单向阀2、3、5打开，单向阀1、4、6关断，C处和D处温度计压力计工作，A处某一并联支路流量计工作，D处温度、压力、流量测量仪表均不工作。

制热运行时电磁阀控制的并联流量计按以下控制方式具体实施：设系统制冷剂流量大致范围为0.2-3m³/h，量程范围较宽，现有标准型号流量计对应的量程均不适用。并联两台量程不同的流量计，各自的量程为0.1-0.6m³/h和0.6-6m³/h，辅以电磁阀控制：管路中实际冷媒流量在0.6m³/h及0.6m³/h以下时，VALVE1为通电状态，阀门打开；VALVE2为断电状态，阀门关断；由涡轮流量计1来测量流量。管路中实际冷媒流量在0.6m³/h以上时，VALVE2为通电状态，阀门打开；VALVE1为断电状态，阀门关断；由涡轮流量计2来测量流量。当10s内流量变化小于0.1m³/h时，电磁阀不发生通断电动作；当两个电磁阀同时为断电状态时，控制系统会向主系统发出电平警示信号，启动系统保护，如图3所示。

本发明通过在各测试管路支路上安装球阀，为该测试方法在实际应用过程中的检修起到关断作用，并保证制冷管路畅通不受电磁阀异常工作的影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种VRF空调系统变工况下的冷热量测试方法，其特征在于，该测试方法基于冷热量测试系统实现，所述冷热量测试系统包括Pt100铂电阻、压力变送器、涡轮流量计、阀门控制子系统以及对应的数据采集子系统，所述阀门控制子系统包括多个单向阀和电磁阀，用于制冷、制热工况下不同部分负荷下换热管路的流通情况控制，所述数据采集子系统用于所测温度、压力和流量数据的远程传输；

制冷工况下：在位于室外机外侧管段上的制冷剂出口处加装Pt100铂电阻1个，压力变送器1个，得到出口焓值；在位于室外机内部的换热器与节流阀之间的各换热管路上各加装Pt100铂电阻1个，压力变送器1个，涡轮流量计1个，根据支路与干路焓值平衡计算得到进口焓值，并各换热管路上所安装涡轮流量计读数求和得到制冷剂流量；

制热工况下：在位于室外机外侧管段上的制冷剂进口处加装Pt100铂电阻1个，压力变送器1个，得到进口焓值；在位于室外机外侧管段上的制冷剂出口处加装Pt100铂电阻1个，压力变送器1个，得到出口焓值，同时旁通加装由电磁阀控制的不同量程的并联涡轮流量计，实际运行时根据得到制冷剂流量信号确定用于流量测量的支路，支路的涡轮流量计读数得到制冷剂流量；

所述测试方法包括以下步骤：

步骤1：由所述Pt100铂电阻和压力变送器得到制冷剂出口、进口的温度、压力数据，并结合REFPROP软件得到进出口的制冷剂焓差；

步骤2：由所述涡轮流量计在不同工况下得到换热管路中制冷剂总流量；

步骤3：基于步骤1和步骤2分别得到的进出口的制冷剂焓差和在不同工况下的换热管路中制冷剂总流量得到VRF空调系统的实际制冷热量；

步骤4：所述数据采集子系统将所有数据收集并保存于数据库内，并定制数据表格按时发送现场实时测得的温度、压力、流量以及相关数据；

所述的步骤2具体包括以下分步骤：

步骤21：所述阀门控制子系统控制对应单向阀的通断来控制制冷工况和制热工况下换热管路的切换；

步骤22：所述阀门控制子系统控制电磁阀的通断来控制管路流通情况以选择合适量程范围的所述涡轮流量计；

步骤23：由对应所述涡轮流量计在不同工况下得到换热管路中制冷剂总流量。

2.根据权利要求1所述的一种VRF空调系统变工况下的冷热量测试方法，其特征在于，所述的Pt100铂电阻采用圆弧瓦片式Pt100铂电阻。

3.根据权利要求1所述的一种VRF空调系统变工况下的冷热量测试方法，其特征在于，利用所述Pt100铂电阻贴管壁保温后测量制冷剂温度，利用所述压力变送器测量制冷剂压力，结合REFPROP软件得到室外侧制冷剂出口和进口的焓差。

4.根据权利要求1所述的一种VRF空调系统变工况下的冷热量测试方法，其特征在于，所述的步骤4中的所述数据采集子系统包括数据采集上位机和各数据采集模块，所述数据采集上位机与所述各数据采集模块于独立的局域网内通讯。

5.根据权利要求4所述的一种VRF空调系统变工况下的冷热量测试方法，其特征在于，所述数据采集上位机与所述各数据采集模块使用TCP/IP协议于独立的局域网内通讯。