249DeST中VRF模拟模型建立与验证.docx

DeST中VRF模拟模型建立与验证清华大学建筑技术科学系王旭辉夏建军张晓亮燕达摘要本文从指导实际工程中VRF空调系统的设计和运行优化出发以DeST软件为平台建立了适于全年逐时模拟的VRF系统分部件灰箱模型。利用日本大金（Daikin）提供的VRV系统参数在合理简化模型的基础上进行了参数识别和验证得到能够准确反映DaikinVRV性能特性的VRF模型可以进一步用其进行全年逐时能耗的模拟为DeST的实际工程应用提供指导和帮助。关键词VRF（变制冷剂流量）DeST模拟模型参数识别验证1引言变制冷剂流量（VariableRefrigerantFlow以下简称VRF）空调系统20世纪80年代始发展于日本和西欧一些国家中90年代被引入中国逐渐代替一些传统的中央空调系统得到较为广泛的应用。由于其采用变容量调节以匹配系统负荷变化通过改变流经各室内机的制冷剂流量来满足不同室内机所带房间的热湿负荷需求且各室内机可以独立调节因此特别适合于同一建筑内部各房间功能和负荷多样化的建筑比如写字楼、商场等在节能方面具有较为突出的表现。由于其良好的调控性能其季节能效比高于风冷热泵空调机组[1]；而与传统大型中央空调相比VRF系统又具有自动化程度高、使用灵活、管理方便等优点。因此VRF空调系统在现阶段的工程设计中日益得到广泛应用。从VRF系统在建筑中实际应用的效果来看其系统能效性能与设计理想工况以及厂家提供的数据还存在不小的差距主要原因有室内机与室外机选型不当、对管长和高差对系统性能未加以修正、系统设计超出匹配限制等[2]这些问题造成VRF系统在实际应用中容量匹配不当、运行能耗高、COP偏低。因此即使有性能良好的VRF产品也要根据工程实际进行认真的设计才能使VRF系统在运行中真正达到节能、舒适的效果。而要实现良好的设计应该对VRF的运行进行全工况遍历即考察所设计的VRF系统在全年各种工况下的运行性能全面考察不同的系统方案的优缺点以对设计和运行进行全面的指导。目前进行全工况遍历最可行有效的方法是进行模拟分析。借助于清华大学建筑技术科学系独立开发的建筑能耗模拟分析软件DeST[3]能够获得VRF系统所负责的建筑区域的全年逐时负荷以负荷作为VRF系统模拟模型的输入可获得VRF全年逐时运行情况的模拟结果从而实现全工况遍历。本文以DeST软件为平台搭建了VRF系统模拟模块建立了以分部件灰箱模型为基础的VRF系统模拟模型并且利用厂家样品数据进行了模型识别和验证从而获得能够进行全年系统能耗模拟的完整VRF模型。2VRF系统模拟模型进行VRF系统模拟是为了指导设计选型和运行优化因此VRF系统模型必须符合以下三个基本要求：一是该模型能够反映不同工况下系统不同部件的运行状况；二是该模型适合于以小时为步长的全年逐时模拟；三是该模型具有良好通用性对于不同的VRF系统能够通过关键参数的识别来反映其特性。分部件联合模拟灰箱模型是最符合上述要求的模型本文分别建立压缩机、室外机换热器、室内机换热器和膨胀阀的灰箱模型然后将它们联立为VRF系统模型联合模拟联立求解。VRF系统的基本组成部件是1个室外机、2个或多个室内机以及连接室外机和室内机的管网如图1。其中室外机由室外换热器、风机和压缩机构成室内机由室内换热器和风机构成。各室内机的制冷剂流量控制由各室内机换热器前的电子膨胀阀实现。图1VRF系统组成部件2.1压缩机模型VRF系统多采用涡旋压缩机其工作过程可分为3个阶段如图2所示：(1)制冷剂在吸气口的预热过程（su->su1）(2)制冷剂在压缩机中先绝热压缩后等容压缩过程（su1->ex1）。(3)制冷剂在排气口的冷却过程（ex1->ex）。图2涡旋压缩机工作过程示意图图3涡旋压缩机工作过程在压焓图上表示在压焓图上表示相应的过程如图3所示：(1)认为压缩机电机的热损失全部用于制冷剂进入吸气口之前的预热。(2)涡旋压缩机压缩过程可以看成一个绝热过程又分为两个阶段：等熵压缩过程和绝热等容过程。两个过程的分界压力为内部压比所决定的出口压力（用“ad”来表示）分界点比容与进口比容以及内部压缩比有如下关系：。(3)在压缩机出口的冷却放热量由如下公式计算：其中和为两个散热量常系数根据清华大学的夏建军2000年于比利时列日大学的实验结果[4]。压缩机的能耗计算如下：其中为与实际压缩过程无关的压缩机机械损失；为与实际压缩过程有关的压缩机机械损失和为关联系数。对于给定的压缩机三个参数、和可以通过产品样本的拟合来获取。压缩机的频率计算公式为：。其中为压缩机入口体积排量为压缩机容积效率。2.2冷凝器模型VRF系统的运行工况包括全体制冷、大部分制冷、热回收、大部分制热、全体制热这5种其室外换热器和室内换热器依据工况的不同有时作为冷凝器有时作为蒸发器它们的换热原理是