多聯機系統百米長配管對制冷能力影響的實驗研究

郭芳程 李廷勛

（1.中山大學 廣州 510725； 2.廣東美的暖通設備有限公司 佛山 528311）

引言

隨著生活水平的提高，人們對生活品質的要求越來越高，空調越來越普及，已經成為生活必需品。多聯機作為高端產品，也是應用越來越廣泛，特別是商用辦公、高端別墅等場所，多聯機由于安裝靈活、性能優越、功能全面，成為大家的首選。

所謂多聯機，即一臺或數臺風冷室外機可連接數臺不同或相同型式、容量的直接蒸發式室內機構成單一制冷循環系統。多聯機各品牌宣傳的一個重點就是配管長度，比如大金VRV X7宣傳總管長1 000 m，最大等效單管長240 m，最大實際單管長200 m。美的、格力……各大品牌都有類似宣傳。

顯然，長配管便于安裝，但同時也是會導致各種各樣的問題，如可靠性、舒適性、能力能效等[1～2]，其中制冷能力直接影響用戶感知的舒適性，但目前對于該項研究缺乏具體的數據[2]。

本文主要分析比較典型的百米長配管對制冷能力的影響，并通過實際測試驗證。各大品牌安裝說明書里配管長度包括主配管長度和分歧管到內機管長度，這里專指主配管長度。

1 理論分析計算模型

長配管對能力影響主要存在問題是壓力損失和熱量損失。

壓力損失我們可以通過逐段計算近似得出，實際中我們可以通過標準安裝長度得到各部件的壓損，長配管段根據沿程壓力損失公式（1），局部壓力損失根據公式（2）計算，不同工況下再根據實際流量修正。主要計算公式如下列所示[2～3]。

適用范圍：Re=5 000～105

適用范圍：Re=105～106

以上公式中，ΔPλ是沿程壓力損失，ΔPζ是局部壓力損失，λ是沿程壓損系數，ζ是局部壓損系數，l是管長度，d是管內徑，ρ是制冷劑密度，v是制冷劑流速，μ是制冷劑動力粘度，Qm是制冷劑質量流量。

熱量損失由于實際工程復雜多樣，保溫存在很大差異，計算復雜，我們通過按比例近似計算。

制冷劑R410A的物性包括焓值、密度、動力粘度都可以由NIST Refprop根據溫度和壓力查詢，這是目前最權威的制冷劑數據庫，直接引用數據精度更高。

從沿程壓損公式（1）來看，顯然配管越長，管徑越小，沿程壓損越大。根據標準短配管測試數據，我們可以計算得到了長配管系統的壓力損失和熱量損失。

制冷能力通過壓縮機十系數法求解，根據短配管數據逆運算出來的系統參數并代入計算得到的壓損、熱損進行迭代運算，可以得到系統能力。

我們選取了某外資品牌一款多聯機測試短配管數據，假設壓縮機頻率不變，理論計算長配管能力，與實測短配管能力對比，得到趨勢如圖1，其中長配管根據廠家要求加大管徑。

根據圖1我們可以看出，安裝100 m長配管后各溫度工況下能力都有所衰減，溫度越高，衰減越小，這是由于溫度越高，壓縮機運行頻率降低，系統流量減小，實際壓力損失減小。

2 實驗驗證

以上理論計算我們假設了頻率不變，實際情況是怎么樣呢？

我們隨后對該外機進行長配管測試，安裝如圖2所示，短配管主管長5 m，長配管主管長100 m，主配管管徑根據安裝說明書加大一號，其余管路一樣。

實際測試對比如圖3所示。

圖1 長/短配管能力比計算值與溫度關系

圖2 多聯機系統能力測試安裝圖

圖3 長/短配管能力比值與溫度關系

實際測試我們發現，多聯機的能力衰減比計算值減小，在高溫工況基本沒有衰減。

根據多個機型測試，發現各機型衰減略有不同，最大衰減約為15 %。

3 分析與結論

實驗測試和理論計算的差異，實際上涉及多聯機的壓力補償和壓力限頻控制，雖然長配管存在壓力損失，但是多聯機壓力補償控制會提高頻率，沒有壓力補償控制的也會由于壓力降低，解除壓力限頻而提高頻率，增加輸出能力。如我們研究的機型在標冷35 ℃工況，短配管頻率94 Hz，而長配管頻率98 Hz，這使得最終衰減減小。

通過數據我們可以看到，不論是模擬計算還是實驗，隨著室外溫度升高，制冷能力衰減減小，所以我們設計時能力方面考慮標冷工況即可，一般一百米長配管衰減10 %～15 %，不同機型的具體衰減要具體分析計算。

壓力損失與管長、管徑有很大關系，多聯機設計安裝時要符合多聯機廠家規定，按規定選擇管徑和限制管長，保溫上也要做好，才能最大發揮多聯機的性能。

根據以上分析，我們可以更有效地指導設計，為多聯機的有效運行提供保障。