在第4章中已经介绍过双级压缩变容积比低温空气源热泵系统控制的基本原理，在这里针对低温分体式热泵型房间空调器循环系统控制的一些具体内容进行讨论。

1.系统配置

以3HP分体式低温空气源热泵型房间空调器系统为例分析循环系统的控制策略。该系统的压缩机气缸容积和容积比以及循环系统主要配置参数见表6.1。

表6.1 3HP分体式热泵型房间空调器系统的主要配置参数

2.中间温度控制

（1）中间温度

如第2章所述，对于双级压缩二级节流中间不完全冷却循环，在压缩机容积比一定的情况下，当蒸发压力和冷凝压力一定时，存在一个最佳中间压力使采用双级压缩变容积比压缩机的空气源热泵型空调器性能系数最高。

在分体式热泵型房间空调器中，为节约成本，一般采用温度传感器采集系统运行的数据。由于采用温度传感器采样，故不能直接得到蒸发压力和冷凝压力，需要进行数据的转换。因此，在分体式热泵型空调器中，中间压力是根据压缩机运行频率、室外换热器的中间温度和室内换热器的中间温度来确定的。由于中间压力与中间温度、蒸发压力与蒸发温度以及冷凝压力与冷凝温度是一一对应关系，所以可以将式（2.60）转换为

式中　T_FT——循环系统的最优中间温度，单位为K；

k_T——中间温度修正系数；

T_c——冷凝温度，单位为K；

T_e——蒸发温度，单位为K。

在实际的空气源热泵型空调器中，室内、外换热器的中间温度可以近似表示蒸发温度和冷凝温度。因此，式（6.1）中的蒸发温度和冷凝温度可以由为室内、外换热器温度传感器测量得到的中间温度替代，即

式中　T_c1——冷凝器的中间温度，单位为K；

T_e1——蒸发器的中间温度，单位为K。

因此，在分体式热泵型房间空调器中，可以将中间压力p_FT的控制转化为中间温度T_FT的控制。

（2）中间温度修正系数

采用双级压缩变容积比压缩机的分体式低温空气源热泵型房间空调器，由于适用的室外环境温度范围宽，以及压缩机的输气量根据房间内热量需求的变化幅度大，所以为了确保系统始终处于最佳COP运行，需要经过大量实验确定最优中间温度修正系数。

最优中间温度修正系数k_T与压缩机运行模式、运行频率、制冷剂种类、室内与室外环境温度、过冷度，以及室内、外风机循环风量等多种因素有关。因此，在不同的室内及室外环境温度、压缩机运行频率和运行模式下，其最优中间温度修正系数k_T是不同的。

在空调器系统配置参数（包括室内、外风机循环风量）确定的情况下，温度修正系数主要与压缩机频率、室外环境温度有关，建立计算式为

k_T=af+bt_out+c （6.3）

式中　f——压缩机运行频率，单位为Hz；

t_out——室外环境温度，单位为℃；

a，b，c——拟合系数，由试验确定。

通过大量试验，拟合出分析对象循环系统在两缸工作模式和三缸工作模式下的最优中间温度修正系数k_T。

两缸工作模式

k_T=-0.23×10^-2f+0.30×10^-2t_out+0.866 （6.4）

三缸工作模式

k_T=0.73×10^-4f-0.12×10^-2t_out+1.125 （6.5）

按照最优中间温度修正系数k_T的试验关联式（6.4）和式（6.5），以及最优中间温度关系式（6.2），就可以通过压缩机频率、室外环境温度，以及室内、外换热器的中间温度，得到两缸工作模式和三缸工作模式下系统的最优中间温度，从而控制系统工作在最优COP附近。

3.开/关中间补气对性能的影响

在双级压缩系统中，中间补气对系统性能的提升与工况条件和压缩机运行频率有关，也就是说，在某些工况条件和压缩机运行频率下，中间补气反而会使系统性能降低。试验研究的结果表明，在中间制冷工况和压缩机低频运行时，开中间补气时系统的制冷能效比不会增加，甚至会降低。(www.daowen.com)

下面参照中国国家标准GB/T 7725—2004《房间空气调节器》中的几种标准工况条件，分析开/关中间补气对系统性能的影响。

（1）中间制热工况

表6.2为中间制热工况（室内环境干/湿球温度为20℃/15℃，室外环境干/湿球温度为7℃/6℃）下，分别测试相同压缩机运行频率和相同制热量时，开中间补气和关中间补气状态下的各种参数。

从表6.2中可以看出，当压缩机运行频率相同时，与开中间补气相比，关中间补气后，系统的排气压力降低，吸气压力基本相同。关中间补气后制热量降低幅度为5.6%，功率降低幅度为4.0%，制热量降低幅度大于输入功率降低幅度，制热COP降低。

表6.2　中间制热工况开/关中间补气对各参数的影响

关中间补气时，通过提高压缩机的运行频率使制热量与开中间补气时的制热量基本相同。测试结果表明，与开中间补气相比，关中间补气时的功率高1.2%，COP为开中间补气的98.7%。

（2）额定制热工况

表6.3为额定制热工况（室内环境干/湿球温度为20℃/15℃，室外环境干/湿球温度为7℃/6℃）下，在相同压缩机运行频率和相同制热量时，分别测试开/关中间补气的性能。

表6.3　额定制热工况开/关中间补气对各参数的影响

从表6.3中可以看出，在压缩机运行频率相同的情况下，与开中间补气相比，关中间补气后系统的排气压力降低，吸气压力略有升高。关中间补气后制热量明显降低，制热量降低幅度为5.2%，功率降低幅度为4.6%，制热量的降低幅度大于功率的降低幅度，制热COP降低。通过提高压缩机运行频率将制热量提高至与开中间补气相当时，制热COP降低3.16%。

（3）低温制热工况

表6.4为低温制热工况（室内环境干/湿球温度为20℃/15℃，室外环境干/湿球温度为2℃/1℃）条件下，分别测试压缩机运行频率相同和制热量相同时开/关中间补气时的参数和性能。

从表6.4中可以看出，相同频率下与开中间补气相比，关中间补气后系统的排气压力降低，吸气压力基本相同。关中间补气后制热量明显降低，制热量降低幅度为6.3%，功率降低幅度为5.4%，制热量降低幅度大于功率降低幅度，制热COP降低。

关中间补气通过提升频率使制热量与开中间补气制热量基本相同时的测试结果表明，与开中间补气相比，关中间补气运行的功率提高8.4%，制热COP降低0.17，仅达到开中间补气时制热COP的92.9%。

表6.4　低温制热工况开/关中间补气对各参数的影响

（4）中间制冷工况

表6.5为中间制冷工况（室内环境干/湿球温度为27℃/19℃，室外环境干/湿球温度为35℃/24℃）条件下，分别测试开中间补气和关中间补气情况下的性能和参数。

从表6.5中可以看出，与开中间补气相比，关中间补气后，系统的排气压力和吸气压力都会降低。关中间补气后制冷量略有降低，降低幅度为0.5%，可认为制冷量基本相同，但功率降低幅度较明显，降低幅度为1.6%，制冷EER提升幅度为1.2%。

表6.5　中间制冷工况开/关中间补气对各参数的影响

4.两缸/三缸工作模式运行范围的确定

如第4章所述，采用双级压缩变容积比压缩机的空气源热泵型空调器需要根据室内、外环境温度和压缩机频率进行容积比选择。也就是循环系统在整个热量需求范围内，需要通过试验来选择两缸工作模式或三缸工作模式，以达到制热COP最优的目的。

（1）按室外环境温度选择

在空气源热泵型空调器制热运行时，由于室内侧的冷凝温度变化小，而室外环境温度变化的范围大，导致蒸发温度变化范围大，因此，可以将室外环境温度作为选择两缸工作模式或三缸工作模式的判断依据之一。当压缩机的容积比、空调器的配置参数、制热量需求等确定之后，需进行试验测试得出不同室外环境温度下两缸工作模式和三缸工作模式运行时的COP，最后根据COP最优原则，确定两缸工作模式和三缸工作模式切换的室外环境温度点。

（2）按压缩机运行频率选择

由于压缩机的效率与运行频率有关，因此，压缩机的运行频率也是影响两缸工作模式或三缸工作模式选择的重要因素之一。通常，压缩机高频运行时选择三缸工作模式，低频运行时选择两缸工作模式。

以室外环境温度-15℃为例，采用双级压缩变容积比压缩机的空气源热泵型空调器分别以两缸工作模式和三缸工作模式运行时，试验测试得到的制热COP如图6.2所示，图6.2中的能力率是指实测的制热量与额定制热量之比。从图6.2中可见，随着制热量的增加，两缸工作模式与三缸工作模式运行的制热COP均呈现先增大后减小的趋势。两缸工作模式下制热COP的最高点为能力率的40%左右，三缸工作模式的制热COP的最高点为能力率的55%附近。两种工作模式制热COP曲线在能力率为44%左右时出现交叉。

由此可见，在室外环境温度为-15℃时，当热泵的制热量小于额定制热量的44%时，采用两缸工作模式运行时的制热COP高于三缸工作模式运行时的制热COP；当制热量大于额定制热量的44%时，采用三缸工作模式运行时的制热COP高于两缸工作模式运行时的制热COP。

因此，在产品开发时，必须通过试验找出各种室外环境温度条件下压缩机两种工作模式制热COP的交叉点，以确定两缸工作模式和三缸工作模式下压缩机的最佳运行频率范围。

图6.2　室外环境温度为-15℃、相对湿度为75%时，两缸/三缸工作模式运行时的制热COP