多联机控制技术的研究

多联机控制技术的研究

马欢,黄振华,周传辉

（武汉科技大学，武汉430000；陕西大唐高科技电科技有限公司710000；武汉科技大学，武汉430000）

摘要：多联机控制技术是多联机系统的关键技术之一，它面向高效节能、高舒适性和通用性，在过去几年中有了很大的进展，尤其是对可变排放系统进行了改进，从而促进了工业的可持续发展。从循环控制、除霜控制、回油控制、舒适性控制等几个角度对多联机控制技术进行了综述，并对其发展趋势进行了展望，为多联机开发新技术、开发新技术提供了依据。

关键词：多联机；控制；制冷循环；除霜

1 引言

多联机是一种多末端、长配管、变制冷剂流量的直供汽化（热）装置。与水冷却器比较，多联机传热环节少，能耗降低；与固定容积系统比较，该方案在局部负载情况下具有良好的运行特性；它的优点是多个终端分别进行控制，管道占地少，设计安装简单，尤其适合于各种房间要求的房间，在室内温度变化较大，可以随意调节，要求进行分区测量，因而被大量应用于办公楼、酒店、学校等建筑，并逐步应用到居住建筑中[1]。日本80年代初就出现了多联机，尽管在90年代末刚刚起步，但是在国内却得到了快速的发展，其产值一直是中央空调行业的第一位，每年的产量都是全国第一。根据数据显示，在2017年，多联机的市场份额已经高达51.5%。长江地区的建筑需要大量的冷却和供暖，因此，采用相同的冷热特性的多层设备受到了广泛的使用，其中60%以上的设备都是在这一区域使用的。多联机控制是多联机的核心，它掌握了机组的实时工作状况，是保证多联机自动稳定、安全、舒适和节能的关键。多联机从出现到现在已经有40年了，它的控制技术也在飞速发展。了解其发展历史、技术现状和发展动向，对于产品研发和行业发展具有重要的参考价值。首先，要对其技术的发展过程进行回顾，探讨其技术发展的原因及实施途径；二是要掌握技术的发展状况，对其优点和缺点进行剖析，确定今后的研究发展思路。从多联机的多线控制、除霜、回油、舒适度等几个角度对其技术发展进行了综述。

2 多联机的循环控制

多联机循环式控制主要是根据不同房间负载的不同，根据不同房间的不同负载，设置不同的制冷量，达到不同房间温度下的采暖效果，从而达到节能、高效的效果。其制冷流率一般通过内部单元的电子扩张阀门（打开程度）来调整，并且所要求的制冷总量通过压缩机（数量和旋转速度）以及户外热交换器（区域和风机）来供应。通常，室内空调的风速由使用者自己设置，只有在自动控制时，它可以起到一定的调整作用[2]。在多输入多输出（MIMO）的闭环控制中，一般都是采用多进多出的闭环控制体系。该两个位置的控制指标包含了使用者所设置的房间内的气温，所述的过热（冷度）和压缩机的进气口/出气口的压力值等，在得到了所述的控制目的之后，根据所述的制冷机的工作特征，对所述各个致动器的调整（所述阀开度、压缩机运行台数和转速、室外机风速、热交换器的热交换器热面积等），使得所述受控参数（室温及主要部件的状态参数）趋于接近目标值。在室温（受控目标）受到干扰时，根据系统所提供的数据，进行相应的动作，以确保系统的稳定和精确。在满足要求的情况下，可以将其看作是一个多解的模型，所有的方法都可以得到同样的精确的结果；在优化控制方案的基础上，综合考虑了其对节能的影响[3]。由此，可以把多个机组的控制流程视为在满足各种限制的情况下，最优化的计算方法。由于多联机具有多变量、多状态、多滞后、多参数耦合关系等特性，在此基础上，由于其精确的数学模式很难得到，国内外学者和企业经过多年的努力，开发出了多种控制手段。从体系结构上来说，它们可以分为两种：集中控制和分散控制；从控制的实现上，可以划分成两个位置开/关控制，PID控制，模糊控制，自适应控制，最优值控制，神经网络控制等。

3 多联机的除霜控制

多联机除霜判据由单参数控制向多参数综合指标控制发展，并逐步将数据挖掘和机器学习相结合，以改善控制的准确性。其中逆循环法、热气旁通、回风加热、蓄能除霜等多种除霜方法在多台机组中得到广泛的运用[4]。逆循环法。通过“换向”制冷剂，从内部获取热量消融冰冻，控制简单，能效高，但是在室内的舒适度较低；热风旁路方法：将高压空气从空气中导入到户外的热交换器，利用废气的热量来熔化冰冻，不需要从房间里获取热量，改善了舒适度，但仍然需要中断供暖；针对目前的问题，本文介绍了采用的换气加温方式，即在冷气旁通式的基础上，在压气式抽油管上加装了一个加热器，将蒸发器内的液相转换成气态，从而加速融霜速度，保证系统的稳定性；储能解冻利用蓄能器将在常规操作条件下的一部分热储存起来进行除霜，而不需要从房间中获取热量，从而加快了除霜的速率，并在除霜过程中对房间进行加热[5]。

4多联机的回油控制

4.1压缩机的回油

在多联机压缩机中，为降低机油流入管路和室内机组，一般采用单独的高效率油分离装置，使机油能够迅速回流至压缩机。它的分离技术是采用了通过改变压缩机的废气侧的空气流动的离心技术和重力沉降技术来实现的[6]。在长管、高落差的多线系统中，往往还设有一个回油弯头，以便在一定程度上将润滑油送到压缩机中，并在适当的时候增加一段时间，将冷却液送到压缩机，即所谓的“回油操作方式”。采用回油操作的多台机组，可以增加工作频率，增加制冷剂的流速，从而将冷却液送至压缩机[7]。一般情况下，汽化一侧的风扇会在返回油路时停用，并将扩张阀的开启程度调整到最大。多联机的回油操作控制方案一开始采用在启动和关闭期间操作的回油方式，或者在规定的时间段内，按规定的时间间隔进行操作。在此基础上，还将冷却剂状态和环境参数等因素纳入计算范围，以确定回油率；在将外部大气温度的情况下，将压缩机的平均废气压力与阀值的幅度进行对比。按设备要求运转回油方式，提高压缩机的工作频率，并对各个阀的开、关进行调节。同时，通过调整润滑油的物理性质，可以提高多线循环机油操作的效率[8]。

4.2压缩机之间、模块之间的均油

为了实现对各个压缩机内部的油平面进行均匀调整，可以在压缩机间分别配置一个均匀的油路和一个平衡阀门来调整压气机的油平面；还可以使用自动均匀技术。多个压气机和回油管由均油管连接，只由管道中的压力均衡调节，而不需要换能器和动力部分并联均匀油技术部件；横向回油控制技术[Sm51]，使压缩机间的压力均匀化，使油从油分离器的出口处流回到其它的压缩机，使各压缩机的油面得到了充分的均衡[9]。

5舒适度调节

5.1室内末端

通过对多联机终端进行智能化的监控，不仅可以改善内部环境的舒适度，而且可以达到节约能源的目的。首先，建立不均衡的工作环境是改善人体舒适度和降低系统能耗的技术手段。该系统利用了室内机的红外智能人体感应技术[52-S3]，利用小波技术将人员的位置和状态信息传递给空调控制器，并对其进行智能化的控制（摆风角度、风速、温度），从而改善了工作人员在工作环境中的舒适度；对人的运动状况进行了实时监测，并可实现人来启动，人走关机，达到了节能的目的。同时，通过调节人体的真实温度，提高人体的舒适度[10]。Fountian发明了一种“加热”与“冷却”的人机接口，防止了不适当的设置；陈哲良等研发了“冷、热、干、湿”交互界面，在线学习用户舒适的温度和湿度，达到了对室内温度的调节，提供更加舒适稳定的内部热环境，节约能源。但因不同的人对不同温度感知的不同，这一方法还有待于更深入的探索与优化。尽管在室内终端进行智能化的控制有利于提高舒适性和节能，但是它的技术费用很高；同时，为了进一步推广应用，还必须建立完善的控制方案，以确保其安全性和可靠性[11]。

5.2除湿控制

空气中的水分含量是一个很大的因素，多联机空调系统的空调系统主要是为了改善房间的舒适度，同时考虑到节能的原理。在多台机组进行热、湿分离的情况下，一般采取低温除湿法，通过减小室内风扇的速度来减小汽化温度，增大蒸汽与蒸汽的分压差距，从而改善其除湿性能[12]。但由于多联机蒸发温度和送风温度偏低，使设备的舒适度降低，导致能源消耗增加。

6 总结

多联机由于其满足部分时间、局部空间的需要，易于达到性能节约、安装空间、简单的系统设计以及节省的设备和维护费用等独特的优点而受到广大客户的青睐。通过对多联机系统中的关键技术——控制技术的研究，总结和剖析多线计算机系统的发展历程，为今后的发展指明了新的发展道路[13]。经过三十余年的发展，多联机已经在根据变抽（放）压进行能力调整、不中断制热除霜、油路回油、均油、室内舒适度和不均匀性空间的构建、以及利用大数据技术实现的节电和故障检测等方面取得了重大突破。未来多联机技术与大数据技术的交叉融合，实现多联机技术的革新，提高多联机运行的综合能力，使多联机向高效节能、舒适性、多功能化、智能化发展。

参考文献

[1]张仕强,陈敏.基于气象参数联动控制技术的多联机研究[J].制冷与空调,2021,21(08):97-101.

[2]霍廖然.从专利申请看中国多联机控制技术的发展现状[J].制冷与空调,2021,21(07):1-3+9.

[3]吉维池.多联机系统的施工安装技术及质量控制研究[J].建材与装饰,2020(03):220-221.

[4]易巨开.空调多联机的系统优化[J].建材与装饰,2018(27):197-198.

[5]孔国生.多联机空调技术及其设计分析[J].电子测试,2018(Z1):123+91.DOI:10.16520/j.cnki.1000-8519.2018.z1.057.

[6]邓雅静.家用小型多联机:小荷才露尖尖角[J].电器,2016(09):36-37.

[7]武连发,熊建国,余凯,罗亚军.高温多联机空调系统的控制方式研究[J].制冷技术,2016,36(04):20-23.

[8]刘顺利.浅析多联机空调系统的设计要点[J].制冷与空调(四川),2016,30(01):68-71.

[9]郑春金.多联机空调系统的技术探讨及设计要点分析[J].福建建材,2015(12):84-85+89.

[10]汪志强,邓军琦.多联机空调系统控制技术的发展状况与趋势分析[J].制冷与空调(四川),2013,27(03):217-220+225.

[11]王宇.奥克斯成功召开北京多联机经销商峰会[J].机电信息,2012(34):50.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2012.34.017.

[12]郝盛.多联机运行协调机理及其控制模式的工程应用[J].洁净与空调技术,2012(02):82-84.

[13]贾富霞.试论多联机空调系统的设计与应用[J].企业技术开发,2012,31(08):94-95.