多联机空调系统的工作原理、应用及发展趋势

多联机空调系统的工作原理、应用及发展趋势

随着城镇化进程的加快和人民生活水平的提高,建筑物空调系统能耗比重不断上升。据统计,空调系统能耗已占建筑总能耗的50%以上。多联机系统集中式和分散式的优点于一身,通过一拖多的模块组合方式,用最少的室外机实现最大的冷热需求匹配,因其高效、灵活、舒适、节能等特点成为近年来的研究和应用热点。本文将围绕多联机的工作原理、应用特点、发展方向等方面展开论述,以期为相关研究提供有益参考。

示意图，不对应文中任何具体信息

一、多联机的基本构成与工作原理

(一)多联机的基本构成

多联机系统主要由室外机和室内机两大部分组成。室外机包括压缩机、四通阀、室外换热器、单向阀等,其中压缩机多采用定频和变频复合的形式,通过变频压缩机的变速运行实现冷热量的无级调节;四通阀用于制冷和制热工况的转换;室外换热器兼具冷凝器和蒸发器的功能,通过散热风扇强化换热;单向阀保证冷媒只能按特定方向流动。室内机包括室内换热器、电子膨胀阀等,其中电子膨胀阀用于控制冷媒流量,实现室内机的独立调节;室内换热器作为末端设备直接供冷供热。室内外机之间通过冷媒管互联,并引出众多分歧管连接不同室内机。

(二)多联机的工作原理

1. 制冷循环

夏季制冷时,室外机充当冷凝器,室内机充当蒸发器。压缩机出口的高温高压气态冷媒经四通阀进入室外换热器,与室外空气换热冷凝为高压液态,再经单向阀、室外膨胀阀节流为低压液态,进而在分歧管分配后流入各室内机。在室内换热器内,冷媒吸收室内空气热量蒸发为低压气态,再经四通阀、气液分离器回到压缩机吸气口,完成制冷循环。

2. 制热循环

冬季供热时,循环方向正好相反。室内机变为冷凝器,室外机变为蒸发器。经压缩机压缩的高温高压气态冷媒先流向四通阀,再进入室内换热器与室内空气换热冷凝放热,冷凝后的高压液态冷媒再经室内膨胀阀节流为低压液态,汇入分歧管后流向室外机。在室外换热器内,冷媒吸收室外空气热量蒸发为低压气态,再经四通阀、气液分离器回到压缩机吸气口,完成供热循环。值得注意的是,由于冬季室外温度较低,蒸发温度也相应降低,为防止室外换热器结霜,系统会定期开启除霜模式,通过四通阀换向、电加热等措施清除表面霜层,保证换热效率。

二、多联机的性能特点及主要应用场景

(一)多联机的优点

与常规空调系统相比,多联机具有以下优点:

1. 灵活组合。一台室外机可最多带16台室内机,满足不同房间的冷热需求,且indoor unit可选择风管式、吊装式、壁挂式等多种形式,灵活性大大提高。

2. 独立调节。每台室内机可根据房间实际负荷独立调节温度、风速等参数,满足个性化需求,提高舒适度。

3. 节能高效。多联机普遍采用直流变频技术,根据负荷变化实时调速,显著提高压缩机效率和系统能效比,运行费用大幅降低。

4. 安装便捷。室内外机之间仅需细小的冷媒管和控制线连接,施工难度和成本相对较低,尤其适合狭小空间和局部改造等场合。

5. 维护简单。分散式布置有利于室内外机检修和保养,单点故障不影响全系统,运行可靠性高。

(二)多联机的缺点

尽管多联机优势明显,但在实际应用中仍存在一定局限性:

1. 初投资大。由于采用分布式布置,所需室外机、室内机数量多,加之变频器、电子膨胀阀等精密部件成本高,导致前期投入相对较大。

2. 适用面积窄。多联机冷媒管路较长,制冷剂充注量相应增加,易发生冷媒泄漏等安全问题。因此其更适合中小型建筑,在大型商业综合体等场合优势不明显。

3. 开停机频繁。多联机末端用户众多,各自独立控制,不可避免出现频繁开停机,压缩机寿命受影响。

4. 除湿效果差。制冷时室内机温度较低,表面易结露,但除湿主要靠冷凝器,而非专门的除湿装置,难以良好去湿。

(三)多联机的主要应用场景

综合多联机的性能特点,其主要应用在以下场合:

1. 中小型办公楼。办公楼内部区域分割多,各房间冷热负荷差异大,且办公时间相对灵活,多联机独立调节、分区控制的优势得以发挥。

2. 宾馆酒店。hotel房间数量多且分散,利用多联机可实现各房间独立控制,有人开启、无人关闭,大幅节约能耗。此外,多联机噪音小、舒适性好,也是酒店的重要需求。

3. 学校教学楼。教学楼房间功能多样,对温度、湿度要求不一,多联机可对教室、实验室等分别控制。同时其安装灵活、机组布置分散,不占用使用面积。

4. 高档别墅。别墅追求高舒适性和个性化体验,多联机末端种类丰富、温度可调,能满足不同房间的冷热需求。

5. 改造工程。对于建筑加层、局部调整等改扩建项目,多联机施工简便、与原有系统兼容性好,为建筑节能改造提供了新思路。

三、"双碳"背景下多联机技术的发展方向

(一)"双碳"目标对空调系统的新要求

"双碳"即"碳达峰、碳中和",是应对气候变化、推进生态文明建设的重大战略决策。在"双碳"目标下,降低建筑物能耗、提高空调系统能效已成为行业共识。据测算,多联机较常规空调系统可节能30%以上,在建筑节能领域大有可为。未来多联机的技术创新应紧扣节能、减排、环保三大主线,重点包括以下几个方面。

(二)提高压缩机效率

压缩机是多联机系统的核心,其能效水平直接决定系统性能。未来应进一步提高压缩机的变频调速范围,扩大压缩机运行频率上下限,增强部分负荷工况下的效率。同时,积极采用串联压缩、喷气增焓等新技术,通过中间喷气、气体冷却等措施减小压比,从而降低功耗、提高效率。

(三)优化系统控制策略

多联机内部包含众多可调部件,协调各部件参数设定可在保证舒适性的同时最大限度降低能耗。未来宜借助人工智能、大数据分析等手段,建立端到端的智能控制系统,通过机器学习不断优化室内外机匹配、冷媒流量分配等,因地制宜地制定控制策略。同时,积极推动自适应控制、远程控制、语音控制等新型控制模式,提高系统的灵活性和便利性。

(四)开发环保型冷媒

目前多联机使用的R410A、R134a等制冷剂均属于氢氟碳化物(HFCs),GWP值高,面临淘汰压力。为响应《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》,未来应加快开发GWP值更低的环保型冷媒,如HFOs类的R1234yf、R1234ze等,在确保安全性的前提下实现制冷剂的绿色替代。同时,优化冷媒管路设计,减少充注量,最大限度降低泄漏风险。

(五)推动余热回收技术

多联机在制热模式下室外机会释放大量冷凝热,若能加以回收利用,可显著提升系统能效。未来应大力推动余热回收技术,通过"冷热电"三联供等方式,将室外机冷凝热用于生活热水、供暖等,实现能源的梯级利用。同时,积极发展水环热泵技术,利用地表水、污水源等作为冷热源,代替空气源,在夏季制冷、冬季制热模式下均可提高效率。