论文喷气增焓独立控制方案在R410a空气源热泵系统上应用，该文是控制类有关专升本论文范文跟热泵和焓和喷气有关研究生毕业论文范文.
摘 要：通过理论分析R410a压缩机,表明对于空气源热泵系统在低温制热的情况下需要进行排气温度保护控制.对比直接喷液保护和喷气增焓( EVI)的排气温度保护方式,表明EVI喷射在提升系统制热能力和能效有显著优势.针对艾默生开发的EVI独立控制解决方案进行了介绍最后通过对一台常温热泵系统进行EVI控制改造,并采用艾默生独立控制解决方案.在不同工况下进行测试.实验数据表明,该EVI控制系统可以正常独立工作,改造后的系统的制热能力和制热能效有显著提高,同时系统可以在更低的环境温度下运行.
关键词：空气源热泵,R410a,喷气增焓,独立控制
The Study on the Application of EVI Independent Control
Solution on the Air Source Heat Pump System with R410a
XIANG Yu
( Emerson Climate Technologies (Suzhou) Co., Ltd, Suzhou, 215021 )
ABSTRACT: Through theoretical analysis of R410a compressor, shows the discharge temperature protectionis necessary at low ambient condition on air source heat pump R410a system. Compared the Enhanced Vapor In-jection (EVI) and liquid injection for discharge temperature protection, the EVI injection has much better improve-ment at heating capacity and COP. Introduce Emerson´s solution of EVI independent control package. At last,upgrade a Non-EVI system to add EVI function with Emerson´s EVI control package, and test various conditions.The test result shows that the EVI control system can work well independently. After upgrade, system has signif-icant improvement on heating performance, and also can run in extreme low ambient.
Key words: air source heat pump, R410a, EVI, independent control
0引言
随着当今科学技术的发展,生活水平的提高.越来越多的制冷制热产品进入市场,以满足人们日益提高的对舒适生活的追求.同时节能减排和低碳的要求也在不断提高,北方煤改电政策的提出,推动了高效低温制热机组的推广和应用.由于北方的寒冷天气,存在低温制热的需求,特别是当系统采用R410a环保冷媒时,带喷气增焓( EVI)的压缩机的系统成为一种有效的解决方案.为了更好推广使用喷气增焓技术,艾默生推出了EVI独立控制解决方案,该方案可以在不更改系统主控硬件,以及对系统主控的参数进行略微调整的情况,可以实现系统EVI功能.本文通过理论分析和实验对比,研究在R410a空气源热泵系统上进行EVI改造,验证了EVI独立控制解决方案的可行性,以及EVI对提升系统制热性能和进一步拓宽低环温运行范围的显著优势.
1 R410a压缩机低温制热的分析
以R410a冷媒涡旋压缩机为例,在对应实际相当的等熵效率下,理论计算排气温度如图1所示.如果要实现在低温环境条件下制热,或者高出水温度,压缩机必须要工作到压缩机排气温度完全运行范围外的区域,以点2为例,在蒸发温度_23.30 C／冷凝温度48.90 C,过冷度和过热度50 C的情况下,接近于在空气源热泵实际在-150 C实现450 C出水制热的情况,理论排气温度接近1360 C.通常情况下压缩机排气温度都要求控制在1100 C以下,所以在低温制热的情况下,采用R410a压缩机需要适当的手段进行排气温度保护和系统控制.
2喷液冷却和EVI喷射冷却的比较
目前热泵系统控制压缩机排气温度的方式通常有几种.
1)通过降低压缩机吸气过热度或吸气带液从而降低排气温度：
2)通过对压缩机压缩缸体内直接喷液来降低排气温度：
3)还有通过EVI喷射来降低压缩机排气温度.
由于降低吸气过热度对能力有较大牺牲在此我们不做研究,对于喷液冷却和EVI冷却,我们进行了对比分析.如图2所示直接喷液的P-H图,可以看出,直接喷液是通过引入适量过冷的液体M-m,来冷却压缩机从而降低压缩机排气温度.如图3所示EVI喷射冷却的P-H图,原理上通过EVI喷射气态或者少量液态到压缩机,以降低排气温度,同时在通过中间换热器过程中将冷凝器出口的制冷剂从Tli冷却到Tlo,从而增加了蒸发侧的焓差hTli -hTIo,增加了系统能力.而高压侧的循环量从m增加到m+i,增加了冷凝测的换热量.
我们在系统中通过测试对比了两种技术在制热性能和制热能效的差异.如图4,图5所示,通过对R410a空气源热泵系统EVI喷射和直接喷液的测试数据对比,EVI喷射效果明显好于直接喷液,在制热能力上普遍有20%以上的提升,制热能效上有5 8%~13 5%不等的提高.
3 EVI独立控制解决方案在R410a空气源热泵上应用研究
3.1 EVI独立控制方案介绍；
随着R22冷媒在全球范围内的限制使用和淘汰,环保冷媒R410a已经成为趋势,包括低温空气源热泵.但是系统在实现R410A切换的过程中,排气温度的系统控制解决方案变成主要的技术障碍.一种比较理想的解决方式是对EVI进行独立控制,从而继续保留原有的系统主控硬件和逻辑架构.这样可以最大化的降低EVI系统的复杂性和开发难度.以下是艾默生开发的EVI独立控制解决方案.
该方案是由EVI控制板,过滤器,电子膨胀阀EVI进出口温度传感器,以及排气温度传感器组成.在制冷系统上,使用时需增加中间换热器.在电路控制上,主控可通过EVI控制信号,控制EVI工作和不工作,在不工作的情况下,EVI控制板会自动关闭EVI电子膨胀阀.在通常情况下EVI控制板会通过调整EVI开度控制EVI过热度,控制电子膨胀阀的开度,如果排气温度过如果排气温度过高,EVI会切换到压缩机排气温度保护,增加中间喷射量以降低排气温度.
3 2研究内容
对于EVI系统,最主要的技术难点是如何控制EVI回路的喷射流量和过热度,从而有效的控制压缩机排气温度在安全范围内.特别是针对双电子膨胀阀系统（主路和EVI辅路均采用电子膨胀阀的系统）,如何协调两个阀的调节控制尤为关键.因此要验证EVI独立控制解决方案的可行性,必须解决双电子膨胀阀的协调控制问题,包括
1)稳态排气温度的控制：
2)除霜工况系统的控制：
3)启动阶段系统的控制：
4)低温工况系统的控制：
为了验证本方案的可行性和可靠性,我们选定了一个实际系统进行了对比验证,同时为了扩展在低温工况下的应用,在原系统最低允许零下150C的情况下,改造后进行了零下200C的测试.
3 3被测机系统
如图7所示原系统,该系统是R410a空气源热泵系统,由压缩机,四通阀,冷凝器,主路电子膨胀阀,蒸发器,储液器,以及风扇电机组成.传感器和保护开关主要有排气温度,吸气温度,冷凝器温度,出水温度,蒸发器中温度,环境温度,以及低压和高压压力开关组成.改造后带EVI的系统如图8所示,在图7的基础上使用独立EVI控制解决方案,增加辅路EVI EXV和中间板换,增加EVI进出口温度温度传感器和排气温度传感器.压缩机由不带EVI系统采用ZW54KWP压缩机,改为带EVI系统采用ZP154KCE压缩机.控制设定EVI吸气过热度为50C.
3 4实验结果分析
根据GB/T25127.1-2-IO测试了-12 0C/-14 0C,70C/60C,21 0C/1 5.5℃工况,对原系统进行了测试,改造后系统在相同工况下进行对比,同时增加了-200C环境温度性能测试.
3 4 1对性能的影响
对比不带EVI系统和带EVI系统的能力,能效和功率.通过表2,表3,可以看出,带EVI的系统在能力上有20%左右的提高,在能效上有7 2%~9 5%提高.在低温-20 0C环境温度450C出水的条件下,通过表1数据,制热能力7836w,和原系统-120 C环境温度,410C出水,制热能力7808w,在同一个水平.
3 3 2对系统状态参数的影响
通过表1可以看出,在相同工况下,带EVI的系统对比不带EVI的系统,系统排气压力提高,吸气压力降低,排气温度升高,过冷度提高.
在除霜工况我们对系统也进行了测试,如图7所示.系统平稳运行,除霜结束也没有残留.
在-1 2 0C和-20 0C的低温工况下,做了启动实验,起初发现EVI启动阶段有取不到液的现象,表现为EVI过热度不在控制范围的现象.通过提高主路压缩机吸气过热度,这一现象明显改善,EVI过热度控制也在范围内.运行曲线如图9,图10所示.
4．结论
本文通过理论分析和实验数据对比,研讨了针对R410a低温热泵系统,通过电子膨胀阀控制EVI吸气过热度和排气温度保护必要性和优越性.针对R410a低温热泵EVI系统在开发过程中双电子膨胀阀控制的技术难点,提出了EVI独立控制解决方案,并通过实验对该方案的可行性进行了研讨.
1)通过对压缩机等熵效率的理论分析,对于应用在R410a空气源热泵的系统,在低温制热情况下,需要进行排气温度保护.
2)通过对直接喷液和EVI喷射冷却的对比,EVI喷射在能力上有20%以上的提升,在能效上有5 8%~13.5%不等的提高.
3)通过对EVI独立控制方案在设定EVI吸气过热度在5K的情况下,在R410a空气源热泵系统进行验证,结果表明EVI独立控制对系统制热能力有20%左右的提升,对制热能效有7%~ 9.5%左右的提高.在低温-20℃的环境温度下,能做到与原系统-1 2 0C环境温度下,相当的制热能力,同时在除霜和低温动过程都能很好的工作,该方案有效可行.
在低温工况下,EVI的系统应当注意主路的吸气过热度控制,保证系统冷媒正常循环,以保证EVI正常取液.
参考文献
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该文结束语,本文论述了适合热泵和焓和喷气论文写作的大学硕士及关于控制本科毕业论文，相关控制开题报告范文和学术职称论文参考文献.
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