249DeST中VRF模拟模型建立与验证要点.doc

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Daikin VRV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（Variable Refrigerant Flow, 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。 2 VRF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1 VRF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