定速热泵空调高温运行控制技术应用分析

寇芷薇　于桥林　舒宏

珠海格力电器股份有限公司　广东珠海　519070

1　引言

现今，热泵空调在生活中广泛应用，使用环境温度范围大，既满足用户对冷量的需求，又满足对热量的需求。但定速热泵空调制热运行在气候条件方面存在局限性，如北方冬季的低温环境下，空调的制热能力差，排气温度不够高，室内空气吸收的热量小，达不到用户需求。

为提高低温制热能力，国内外进行了许多技术研发和改进，其中付圣东等[1]在研究中提出，通过增加制热辅助毛细管，其长度大于制冷毛细管，来提高吸气温度、排气温度及室内侧换热器管路温度，提高空气源热泵空调器的制热能力，此方法的成本很低，广泛应用于定速热泵空调。

以上研究主要解决空气源热泵空调低温制热运行的问题，但增长毛细管使定速热泵空调在高温工况下制热运行更容易出现因系统负荷过高而影响压缩机可靠性的问题，由于环境温度高，排气温度、压力随之升高，当超过压缩机的运行负荷范围，会损害压缩机，降低机组运行可靠性，不能满足用户需求。本文将阐述引入高温运行控制技术对此问题的优化，并通过相关实验来分析、验证高温运行控制技术对此问题的优化是否有效。

2　高温制热运行理论分析

如图1所示，结合制热原理和压焓可以看出，定速热泵空调制热时来自室内换热器中的高压液态制冷剂经毛细管（节流装置）节流成低压低温液态制冷剂→进入室外换热器吸收室外空气的热量气化成低压气态制冷剂→经压缩机压缩为高温高压气态制冷剂→进入室内换热器向室内空气散热冷凝成高压液态制冷剂，如此循环，来提高室内温度，达到制热的目的。

但定速热泵空调器在制热模式下运行，对环境温度是有限制的。由于室内换热器向室内空气散热，如果该机在高温工况下制热运行，使得室内换热器散热量减小，室内换热器管路中间温度、排气温度和排气压力将会更高，若对此不加以控制，其排气温度和排气压力会持续上升，当超过压缩机运行的允许负荷范围，将会损害压缩机，降低压缩机可靠性。

当然有些定速热泵空调会针对上述问题增加一些保护功能，如高负荷和高压保护（当内机换热器管路中间温度升高到一定值时，进入高负荷保护；排气压力升高到一定值，进入高压保护），达到这些保护的动作值时，会进入保护，空调停止运行，来降低换热器管路温度和系统压力，保证压缩机的运行在允许负荷范围内。但这些功能的保护动作出现，会导致空调频繁开停机，这种状况会降低压缩机运行可靠性及人体舒适性，同时温度传感器增加越多成本会越高。

3　高温运行控制技术原理及目的

为解决上述定速热泵空调器在制热模式下运行时存在的问题，通过研究决定在空调器内部增加新的控制逻辑，该控制是根据检测室内换热器管路中间温度来判断是否进入高温运行控制，使系统的温度压力降低，在满足舒适性的前提下，保证压缩机的可靠性。

高温运行控制技术使用的原理也是通过改变换热效果实现降压降温。定速热泵空调在制热模式下运行时，当室内换热器管路中间温度上升至一定温度值时，进入高温运行控制，外风机停止运行，使室内换热器管路中间温度和排气压力降低，待室内换热器管路中间温度降低至一定温度值时，退出高温运行控制，外风机开启。通过该技术将室内换热器管路中间温度、排气温度、排气压力控制在一定范围内。

该控制的关键在室内换热器管路中间温度的上限值和下限值选取。室内换热器管路中间温度上限值不能过高。对于有些空调设计高压和高负荷保护而言，其室内换热器管路中间温度上限值小于要进入高负荷保护温度值，避免机组频繁出现开停机，缩短压缩机使用寿命；对于没有其他保护的定速热泵空调，上限过高会影响压缩机的可靠性。因此该值的考量要依据压缩机的可靠性运行范围以及对应系统的配置选型控制值。

室内换热器管路中间温度下限值不能过低。要保证一定的制热能力，因为室外风机停止时间过长，导致排气温度衰减快，空调能力衰减快，出风温度也会很低，使室内环境温度热量不足，不能满足用户需求；如果室内换热器管路中间温度下限值过低，会导致室外换热器管路中间温度过低，蒸发器出口制冷剂液体增多，进入低压储液器的制冷剂液体增多，压缩机吸气有液压缩的风险。

4　实验验证

以下实验是将高温运行控制技术引入定速热泵空调，验证该技术能否有效地优化空调在高温工况下制热运行存在的问题。

实验使用某厂家一额定制冷能力为2300W的定速热泵空调，R32冷媒，按国标规定的最大运行制热工况（室内环境温度27℃，室外环境温度24℃）进行实验。

实验方法：待工况稳定后，内机设定30℃，开机运行1h，观察室内换热器管路中间温度、吸排气温度、吸排气压力等参数的变化及机组运行状态。

实验目的：验证该机在高温工况下制热运行，运行过程中是否会及时进入高温运行控制以及是否会出现高负荷、高压故障停机或其他异常停机。

该组实验的相关数据表如表1所示，温度曲线图如图2所示。

表1　最大运行制热工况-实验数据

图1　定速热泵空调系统-制热原理图、压焓图

图2　最大运行制热-性能曲线

图3　对应产品使用的压缩机运行允许排气温度、压力范围

由表1和图2可知：该定速热泵空调在高温工况下制热运行，运行过程中按照设定的控制原理进入高温运行控制，当室内换热器管路中间温度达到47℃进入高温运行控制、42℃退出高温运行控制，期间排气温度维持在80℃左右小于压缩机运行时允许排气温度最大值（115℃，见图3），室内换热器管路中间温度最高达到47.3℃、最低达41.6℃，排气压力最高达到3.737MPa，小于压缩机运行时允许排气压力最大值（4.15MPa，见图4），室内机出风温度45.1℃～52.8℃，未出现高负荷或高压故障停机或其他异常停机，空调器运行正常。

5　结论

5.1　实验结论

本文通过实验来分析、验证高温运行控制技术对定速热泵空调在制热模式下运行是可行的。该控制技术能有效地将室内换热器管路中间温度、排气温度、排气压力、室内机出风温度等参数控制在合理的范围内，在高温运行期间室内出风温度波动不大且有效的避免出现频繁开停机，满足用户需求。该方法可通过相关验证选取不同的温度控制方法利用到其他产品上，降低产品成本，并且能满足压缩机可靠性。

5.2　高温运行控制技术在应用中可能存在的缺陷

对于室内空间较小情况，室内环境温度很快上升，在室外环境温度低时，有可能进入高温运行控制，外风机关闭可能会导致蒸发不完全，存在液压缩的风险。在进行功能测试时，需增加相关实验对此情况进行验证。