定速熱泵空調高溫運行控制技術應用分析

寇芷薇　于橋林　舒宏

珠海格力電器股份有限公司　廣東珠海　519070

1　引言

現今，熱泵空調在生活中廣泛應用，使用環境溫度范圍大，既滿足用戶對冷量的需求，又滿足對熱量的需求。但定速熱泵空調制熱運行在氣候條件方面存在局限性，如北方冬季的低溫環境下，空調的制熱能力差，排氣溫度不夠高，室內空氣吸收的熱量小，達不到用戶需求。

為提高低溫制熱能力，國內外進行了許多技術研發和改進，其中付圣東等[1]在研究中提出，通過增加制熱輔助毛細管，其長度大于制冷毛細管，來提高吸氣溫度、排氣溫度及室內側換熱器管路溫度，提高空氣源熱泵空調器的制熱能力，此方法的成本很低，廣泛應用于定速熱泵空調。

以上研究主要解決空氣源熱泵空調低溫制熱運行的問題，但增長毛細管使定速熱泵空調在高溫工況下制熱運行更容易出現因系統負荷過高而影響壓縮機可靠性的問題，由于環境溫度高，排氣溫度、壓力隨之升高，當超過壓縮機的運行負荷范圍，會損害壓縮機，降低機組運行可靠性，不能滿足用戶需求。本文將闡述引入高溫運行控制技術對此問題的優化，并通過相關實驗來分析、驗證高溫運行控制技術對此問題的優化是否有效。

2　高溫制熱運行理論分析

如圖1所示，結合制熱原理和壓焓可以看出，定速熱泵空調制熱時來自室內換熱器中的高壓液態制冷劑經毛細管（節流裝置）節流成低壓低溫液態制冷劑→進入室外換熱器吸收室外空氣的熱量氣化成低壓氣態制冷劑→經壓縮機壓縮為高溫高壓氣態制冷劑→進入室內換熱器向室內空氣散熱冷凝成高壓液態制冷劑，如此循環，來提高室內溫度，達到制熱的目的。

但定速熱泵空調器在制熱模式下運行，對環境溫度是有限制的。由于室內換熱器向室內空氣散熱，如果該機在高溫工況下制熱運行，使得室內換熱器散熱量減小，室內換熱器管路中間溫度、排氣溫度和排氣壓力將會更高，若對此不加以控制，其排氣溫度和排氣壓力會持續上升，當超過壓縮機運行的允許負荷范圍，將會損害壓縮機，降低壓縮機可靠性。

當然有些定速熱泵空調會針對上述問題增加一些保護功能，如高負荷和高壓保護（當內機換熱器管路中間溫度升高到一定值時，進入高負荷保護；排氣壓力升高到一定值，進入高壓保護），達到這些保護的動作值時，會進入保護，空調停止運行，來降低換熱器管路溫度和系統壓力，保證壓縮機的運行在允許負荷范圍內。但這些功能的保護動作出現，會導致空調頻繁開停機，這種狀況會降低壓縮機運行可靠性及人體舒適性，同時溫度傳感器增加越多成本會越高。

3　高溫運行控制技術原理及目的

為解決上述定速熱泵空調器在制熱模式下運行時存在的問題，通過研究決定在空調器內部增加新的控制邏輯，該控制是根據檢測室內換熱器管路中間溫度來判斷是否進入高溫運行控制，使系統的溫度壓力降低，在滿足舒適性的前提下，保證壓縮機的可靠性。

高溫運行控制技術使用的原理也是通過改變換熱效果實現降壓降溫。定速熱泵空調在制熱模式下運行時，當室內換熱器管路中間溫度上升至一定溫度值時，進入高溫運行控制，外風機停止運行，使室內換熱器管路中間溫度和排氣壓力降低，待室內換熱器管路中間溫度降低至一定溫度值時，退出高溫運行控制，外風機開啟。通過該技術將室內換熱器管路中間溫度、排氣溫度、排氣壓力控制在一定范圍內。

該控制的關鍵在室內換熱器管路中間溫度的上限值和下限值選取。室內換熱器管路中間溫度上限值不能過高。對于有些空調設計高壓和高負荷保護而言，其室內換熱器管路中間溫度上限值小于要進入高負荷保護溫度值，避免機組頻繁出現開停機，縮短壓縮機使用壽命；對于沒有其他保護的定速熱泵空調，上限過高會影響壓縮機的可靠性。因此該值的考量要依據壓縮機的可靠性運行范圍以及對應系統的配置選型控制值。

室內換熱器管路中間溫度下限值不能過低。要保證一定的制熱能力，因為室外風機停止時間過長，導致排氣溫度衰減快，空調能力衰減快，出風溫度也會很低，使室內環境溫度熱量不足，不能滿足用戶需求；如果室內換熱器管路中間溫度下限值過低，會導致室外換熱器管路中間溫度過低，蒸發器出口制冷劑液體增多，進入低壓儲液器的制冷劑液體增多，壓縮機吸氣有液壓縮的風險。

4　實驗驗證

以下實驗是將高溫運行控制技術引入定速熱泵空調，驗證該技術能否有效地優化空調在高溫工況下制熱運行存在的問題。

實驗使用某廠家一額定制冷能力為2300W的定速熱泵空調，R32冷媒，按國標規定的最大運行制熱工況（室內環境溫度27℃，室外環境溫度24℃）進行實驗。

實驗方法：待工況穩定后，內機設定30℃，開機運行1h，觀察室內換熱器管路中間溫度、吸排氣溫度、吸排氣壓力等參數的變化及機組運行狀態。

實驗目的：驗證該機在高溫工況下制熱運行，運行過程中是否會及時進入高溫運行控制以及是否會出現高負荷、高壓故障停機或其他異常停機。

該組實驗的相關數據表如表1所示，溫度曲線圖如圖2所示。

表1　最大運行制熱工況-實驗數據

圖1　定速熱泵空調系統-制熱原理圖、壓焓圖

圖2　最大運行制熱-性能曲線

圖3　對應產品使用的壓縮機運行允許排氣溫度、壓力范圍

由表1和圖2可知：該定速熱泵空調在高溫工況下制熱運行，運行過程中按照設定的控制原理進入高溫運行控制，當室內換熱器管路中間溫度達到47℃進入高溫運行控制、42℃退出高溫運行控制，期間排氣溫度維持在80℃左右小于壓縮機運行時允許排氣溫度最大值（115℃，見圖3），室內換熱器管路中間溫度最高達到47.3℃、最低達41.6℃，排氣壓力最高達到3.737MPa，小于壓縮機運行時允許排氣壓力最大值（4.15MPa，見圖4），室內機出風溫度45.1℃～52.8℃，未出現高負荷或高壓故障停機或其他異常停機，空調器運行正常。

5　結論

5.1　實驗結論

本文通過實驗來分析、驗證高溫運行控制技術對定速熱泵空調在制熱模式下運行是可行的。該控制技術能有效地將室內換熱器管路中間溫度、排氣溫度、排氣壓力、室內機出風溫度等參數控制在合理的范圍內，在高溫運行期間室內出風溫度波動不大且有效的避免出現頻繁開停機，滿足用戶需求。該方法可通過相關驗證選取不同的溫度控制方法利用到其他產品上，降低產品成本，并且能滿足壓縮機可靠性。

5.2　高溫運行控制技術在應用中可能存在的缺陷

對于室內空間較小情況，室內環境溫度很快上升，在室外環境溫度低時，有可能進入高溫運行控制，外風機關閉可能會導致蒸發不完全，存在液壓縮的風險。在進行功能測試時，需增加相關實驗對此情況進行驗證。