多聯機室內機電子膨脹閥制冷劑內泄漏對制冷綜合性能系數的影響

郁夏夏，路陽，夏晨光，潘國洪，劉從

（英格索蘭亞太工程技術中心，江蘇太倉 215400）

多聯機室內機電子膨脹閥制冷劑內泄漏對制冷綜合性能系數的影響

郁夏夏*，路陽，夏晨光，潘國洪，劉從

（英格索蘭亞太工程技術中心，江蘇太倉 215400）

本文研究了多聯機室內機電子膨脹閥（EEV）內泄漏對制冷綜合部分負荷性能系數（IPLV）的影響。本文進行了兩組實驗研究，研究結果表明：第一組實驗時，有一臺室內機膨脹閥始終存在內泄漏，最終IPLV為4.53；第二組實驗時，關閉的內機膨脹閥沒有明顯內泄漏，最終IPLV為4.72，比第一組數據提高了4.2%。從實驗結果看出，部分負荷下不開機的室內機膨脹閥存在內泄漏，會導致測試的部分負荷制冷量下降，最終導致多聯機IPLV降低。因此在進行多聯機IPLV測試時需要關注室內機電子膨脹閥的內泄漏。

多聯機；制冷綜合性能系數；電子膨脹閥；內泄漏

0 引言

隨著社會發展，人們越來越關注能源和環境的問題。對于空調系統，能效高代表用戶用更少的電得到更多的冷量，能效越高越節能環保。目前市場上用戶購買空調已從傳統的關注制冷量轉變為關注冷量時更加關注能效，同時國家也推出了空調能效之星的評比活動，促進各廠家推出高能效的空調機組。

制冷綜合性能系數（IPLV）是評價多聯機能效高低的一個重要指標。國標GB/T 18837-2002[1]規定了多聯機IPLV的測量和計算方法。實驗室需測試多聯機100%負荷、(75±10)%負荷、(50±10)%負荷和(25±10)%負荷下的制冷量、輸入功率和能效比，根據標準中的公式計算出多聯機的IPLV。國標GB 21454-2008[2]中規定的多聯機最低能效要求和能源效率等級都與制冷IPLV有著密切的關系。

多聯機有著安裝靈活、占用空間小和部分負荷能效高等優點，越來越受到廣大研究者的關注。研究者從不同的角度研究了多聯機的性能分析方法和性能影響因素[3-7]，對多聯機的發展有著很好的推動作用。張超甫[8]研究了多聯機膨脹閥的運行特性。劉亞兵等[9]分析了內泄漏是電子膨脹閥（EEV）的主要故障之一，內泄漏主要是由高壓差和邏輯中沒有過盈脈沖等引起的。本文主要討論室內機電子膨脹閥內泄漏對多聯機制冷IPLV的影響。

1 數學模型

圖1給出了多聯機系統簡圖。圖中多聯機室外機主要包括壓縮機、氣液分離器、油分離器、外機盤管和電子膨脹閥等部件；室內機主要包括室內機盤管和電子膨脹閥等部件；室外機和室內機通過銅管和分歧管連接在一起。制冷時外機出來的過冷高壓液體經過分歧管進入有需求的內機變成過熱氣體并提供冷量，過熱氣體經過氣管進入外機，如此循環。本實驗室進行多聯機測試時通常在室外機出口的主液管上安裝流量計，測量制冷劑側的流量進而計算制冷劑側的制冷量，與空氣側的制冷量進行比較來判斷制冷量測量的準確性。國標GB/T 19232-2003[10]中規定了風機盤管水側和空氣側的供冷量平衡誤差必須小于5%，本實驗室一般也以5%作為制冷劑側與空氣側冷量的判讀依據。

圖1 多聯機系統簡圖

流過總液管制冷劑流量為：

式中：

Mtotal——流過總液管制冷劑流量，kg/s；

Mi——流過第i個內機的制冷劑流量，如果第i個內機沒有開機，Mi則為由于膨脹閥內泄漏通過的流量，kg/s；

n——內機數量，個。

制冷劑側制冷量為：

式中：

PRef——制冷劑側制冷量，W；

hG——制冷劑流過主氣管的焓值，J/kg；

hL——制冷劑流過主液管的焓值，J/kg；

N——內風機功率，W。

制冷劑側制冷量為：

式中：

Qi——第i個內機與空氣的換熱量，W；

Qt——管路流失的冷量，忽略不計，W。

定義制冷劑側制冷量與空氣側制冷量的供冷量平衡誤差：

式中：

B——空氣側測試制冷量與制冷劑側制冷量的供冷量平衡誤差，絕對值一般需要小于5%，%；

PAir——空氣側測試制冷量，W。

2 實驗分析

本實驗多聯機室外機制冷量為28 kW，裝有4臺室內機，4臺室內機制冷量相等。首先通過一組實驗來判斷內機膨脹閥是否泄漏。室內機盤管中部裝有溫度傳感器，根據機組邏輯，如果有部分內機開機，則不開機的內機電子膨脹閥關死。如果膨脹閥能夠完全關閉（不存在內泄漏），那么盤管中部溫度Tm應該和室內環境溫差不多；如果膨脹閥存在內泄漏，則中部溫度要遠遠低于環境溫度。

首先控制室內環境干球溫度27 ℃、濕球溫度19 ℃，室外環境干球溫度27 ℃。將4臺內機全部打開，機組運行一段時間后逐一關閉內機并運行一段時間觀察Tm并記錄數據。從表1數據可以看出，1號內機關閉時，盤管中部溫度遠小于環境溫度，因此可以判斷1號室內機關機時EEV不能完全關閉，EEV存在一定的內泄漏。由于泄漏量比較小，無法測量具體泄漏量大小，因此本文只討論實驗時內機泄漏量下的IPLV和部分負荷制冷量的變化，讀者需要不同情況具體分析。

按照標準進行IPLV試驗。100%負荷試驗時，內機全部開啟，測試機組制冷量為27,985 W，功率為7,147 W，制冷劑側制冷量為28,484 W，供冷量平衡誤差為1.77%。兩組75%、50%和25%部分負荷試驗時需要關閉一部分內機。第一組試驗保持1號內機始終關閉（不開機的內機始終存在內泄漏），第二組試驗保持1號內機始終開啟（不開機的內機不存在內泄漏），兩組試驗各部分負荷下壓縮機頻率保持一致。測試數據見表2和表3。其中表2為1號內機一直關閉時的測試數據，表3為1號內機一直開啟時的測試數據。

表1 內機關閉時盤管中部溫度

表2 1號內機一直關閉時測試數據

表3 1號內機一直開啟時測試數據

根據表2中的數據計算出1號內機關閉時的機組的IPLV為4.53；根據表3中的數據計算出1號內機開啟時的機組的IPLV為4.72。由此可見多聯機部分負荷下，有泄漏的不開啟的內機膨脹閥對IPLV的影響較大。

當停機的室內機EEV存在內泄漏時，制冷時，一部分制冷劑從泄漏EEV中經過并與空氣進行自然對流換熱，一般認為自然對流換熱量很小，容易被忽略。表4給出了兩組試驗空氣側制冷量對比的數據，第二組實驗時幾乎不存在停機室內機EEV內泄漏，可以把第二組作為空氣側真實制冷量，PAir2-PAir1即為停機內機與空氣自然對流換熱量。從表4中可以看出，隨著負荷的降低，自然對流損失冷量所占的比重不斷上升，25%負荷時損失了6.2%的制冷量，部分負荷時的制冷量損失最終導致IPLV的下降。

表4 兩組試驗空氣側制冷量對比

圖2給出了兩組數據的供冷量平衡誤差對比。相同負荷下，有內泄漏的停機室內機供冷量平衡誤差數據要明顯大于另外一組，這是由于EEV的泄漏導致一部分制冷劑旁通，旁通的制冷劑與空氣進行自然對流換熱，這部分換熱量未算入空氣側制冷量導致供冷量平衡誤差增大。隨著負荷的減小，供冷量平衡誤差逐漸變大，有內泄漏停機室內機的誤差數據變化急劇，而不存在內泄漏的數據變化不大。這是由于隨著負荷的降低，總制冷劑流量下降較大，EEV泄漏的流量下降不大，導致泄漏的比重增加，從而導致供冷量平衡誤差增加。從表1數據可以看出，盤管中部溫度都略小于環境溫度，表明盤管都存在微小的泄漏，由于負荷的下降，不開機的內機越來越多，導致供冷量平衡誤差變大，但是泄漏量微小，所以第二組數據變化不是很明顯。

圖2 兩組試驗供冷量平衡誤差比較

比較表2和表3的多聯機輸入功率，可以發現相同部分負荷下，存在內泄漏的輸入功率比不存在內泄漏的輸入功率要小，但是相差很小，可以認為兩者相當。由于功率相當，不存在內泄漏的測試制冷量較高，因此能效比也較高，最終使得IPLV較高。

3 結論

1）不存在泄漏的停機室內機測量的IPLV比存在內泄漏的要高4.2%（文中室內機泄漏量工況下）；

2）一般都會認為泄漏引起的自然對流換熱量比較小，而本文通過實驗發現25%負荷時自然對流損失的制冷量占總制冷量的6.2%左右（文中室內機泄漏量工況下），進行多聯機部分負荷測試時要注意這部分制冷量的損失；

3）多聯機內機膨脹閥的內泄漏會引起供冷量平衡誤差的增加。實驗室在進行多聯機部分負荷測試時如果發現供冷量平衡誤差較大，需要考慮是否是由于室內機膨脹閥內泄漏引起的。

從實驗分析可以看出：多聯機室內機電子膨脹閥內泄漏會造成部分負荷制冷量的下降以及IPLV的降低，測試過程中需要引起關注。

[1] GB/T 18837-2002 多聯式空調（熱泵）機組[S].

[2] GB 21454-2008 多聯式空調（熱泵）機組能效限定值及能源效率等級[S].

[3] 周鵬飛, 賀群妮. 多聯機空調系統運行性能的影響因素分析[J]. 制冷技術, 2012, 32(3): 62-65.

[4] 壽煒煒, 賀江波. 多聯機空調（熱泵）機組在南方地區的應用[J]. 制冷技術, 2012, 32(2): 28-31.

[5] 劉傳聚, 鄭文. 多聯式空調（熱泵）機組性能及應用述評[J]. 制冷技術, 2006, 26(4): 7-11.

[6] 張俊淼, 吳成斌, 季阿敏, 等. 多聯機的三種制冷季節性能評價指標的差異性分析[J]. 暖通空調, 2012, 42(1): 88-93.

[7] 申廣玉, 顧中平. 選擇不同負荷組合對測試多聯機IPLV的影響[J]. 制冷與空調, 2007, 3(7): 75-77.

[8] 張超甫, 李紅旗, 趙志剛, 等.多聯機系統中電子膨脹閥運行特性研究[J]. 制冷, 2007, 26(1): 50-53.

[9] 劉亞兵, 朱偉, 趙志剛, 等. 電子膨脹閥常見故障分析[J].制冷與空調, 2013, 7(13): 29-32.

[10] GB/T 19232-2003 風機盤管機組[S].

Effect of the Refrigerant Internal Leakage of Electronic Expansion Valve in Indoor Unit for Multi-split Air Conditioners on Integrated Part Load Value

YU Xia-xia*, LU Yang, XIA Chen-guang, PAN Guo-hong, LIU Cong
(Ingersoll Rand Engineering & Technology Center-Asia Pacific, Taicang, Jiangsu 215400, China)

The effect of internal leakage of electronic expansion valve (EEV) in indoor unit for Multi-split air conditioners on integrated part load value (IPLV) is studied in the paper. Two groups of experimental investigation were performed. The experimental result shows that, the cooling IPLV of one group is 4.53 when one shut-down indoor unit has the problem of internal leakage under part load condition; the cooling IPLV of other group is 4.72 when all indoor unit have no internal leakage and the IPLV is improved by 4.2%. The experimental results show that, there is refrigerant internal leakage in EEV of indoor unit which is shut down under part load condition, leading to the decrement of the cooling capacity and IPLV. So attention should be paid to indoor unit EEV when doing IPLV test.

Multi-split air conditioners; Integrated Part Load Value; Electronic expansion valve; Internal leakage

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.01.207

*郁夏夏(1986-)，男，工程師，碩士。研究方向：制冷空調。聯系地址：江蘇省太倉市蘇州東路88號，郵編：215400。聯系電話：0512-53597743。E-mail：xiaxia.yu@irco.com。