CN108278738A - 一种多模式机房空调系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式机房空调系统的控制方法，将室外温度划分为三个不同的功能区，并根据室外温度所处的功能区相应切换冷源系统运行于制冷循环模式、气泵循环模式和自然循环模式。本发明的控制方法能够根据室外温度以及室内负荷大小，调节压缩机的运行状态、气泵的运行状态、节流装置的运行状态以及冷凝器的运行状态，实现在低温季节利用室外自然冷源使用气泵循环模式和自然循环模式替代压缩制冷循环模式，降低了现有复合型空调系统的机组成本，简化了系统结构，降低了维护难度；同时能有效利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。

Description

一种多模式机房空调系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种多模式机房空调系统的控制方法。

背景技术

信息产业和数字化建设的快速发展，推动了机房、基站的数量，建设规模快速增长，据统计机房、基站空调的能耗占其总能耗的40％～50％。机房、基站的显热负荷比大，一年四季需连续运行，在室内侧设定温度低于室外侧温度的季节，常规的空调系统仍需继续运行压缩式制冷系统，制冷系统工作效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差低成本输送热量或为室内侧提供冷量，将大大减小空调系统的能耗和运行成本。在夏季等高温季节通过利用地冷可实现制冷系统高效运行,大幅度提升系统能效。利用室外低温空气为室内侧提供冷量的方法已得到业内学者和工程技术人员的关注，并以不同的形式展开工程技术研究，如目前采用的新风系统，此外还有不同形式的气-气、气-水热交换系统，以及应用循环技术的复合型空调。

中国发明专利申请201010528027.X中公开了一种风冷式循环型机房空调系统，该系统具有压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式。当室外温度≥20℃时制以冷模式工作，参与制冷循环的第一制冷工质在蒸发冷凝器中蒸发吸热，冷却和冷凝第二制冷工质；当室外温度＜20℃时，系统转换为热管循环制冷模式，利用室外低温空气对第二制冷工质进行冷却和冷凝，压缩式制冷循环停止工作，从而有效减少全年空调能耗。此系统在利用室外低温空气冷量和确保室内空气品质方面弥补了前两种系统的不足，但压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式在某一温度点切换，系统的制冷量能否平稳衔接并可靠工作等，值得考量；同时热管循环工作的上限温度偏低不利于最大化利用室外低温空气的冷量。

实用新型专利CN01278831.7公开了一种带循环泵的节能型制冷循环装置，在热管循环系统中使用循环泵有利于提高热管循环的工作效率，也简化了循环系统安装时对冷凝器、储液器和蒸发器相对位置的要求，但专利CN01278831.7在最大化利用室外低温空气的冷量方面的不足与201010528027.X类似，即热管循环工作的上限温度必须较低才能与制冷循环平稳衔接。

中国发明专利申请201710818872.2公开了一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，系统包含了气泵、压缩机以及多个转换阀，虽然可以实现分离式循环模式、气泵循环模式以及机械制冷模式，但系统过多转换阀，使得产品成本大幅增加，控制难度增加，并且未给出多个模式转换控制方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种能够最大化地利用自然冷源，根据室内、外温差无限构造制冷和热管循环的多模式机房空调系统的控制方法。

实现本发明目的的一种技术方案是：一种多模式机房空调系统的控制方法，所述空调系统包括冷源系统、主控单元和温度采集单元；冷源系统包括压缩机、气泵、油分离器、冷凝器、节流装置、蒸发器和气液分离器；其中，所述压缩机由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机的排气口分别连接一个第一单向阀的进口；所述气泵由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的气泵构成，每个气泵的排气口分别连接一个第二单向阀的进口；所述油分离器的入口与所述第一单向阀和第二单向阀的出口相连通，该油分离器的回油口通过回油毛细管与压缩机的吸气口及气泵的吸气口相连通；所述冷凝器的入口与所述油分离器的出口相连通；所述节流装置的入口与所述冷凝器的出口相连通，该节流装置与一个旁路阀并联；所述蒸发器的入口与所述节流装置的出口相连通，该蒸发器的出口与所述冷凝器的入口之间连接一自然循环阀；所述气液分离器的入口通过一主路阀与所述蒸发器的出口相连通；所述主控单元与冷源系统信号连接；所述温度采集单元用于采集室外温度和室内温度并与所述主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制所述压缩机、气泵、冷凝器的风机和节流装置的运行状态；

将室外温度T0划分为三个功能区：制冷区、气泵区和自然循环区；

所述制冷区为：室外温度T0＞T1；所述气泵区为：室外温度T2＜T0≤T1；所述自然循环区为：室外温度T0≤T2；其中T1＞T2；

所述主控单元针对室外温度T0所处不同的功能区，相应切换冷源系统运行于制冷循环模式、气泵循环模式和自然循环模式：

对应所述制冷区的制冷循环模式：由压缩机、第一单向阀、油分离器、冷凝器、节流装置、蒸发器、主路阀和气液分离器构成制冷工质回路；

对应所述气泵区的气泵循环模式：由气泵、第二单向阀、油分离器、冷凝器、旁路阀、蒸发器、主路阀和气液分离器构成制冷工质回路；

对应所述自然循环区的自然循环模式：由蒸发器、自然循环阀、冷凝器、旁路阀构成自然循环回路；

当冷源系统处于制冷模式时，压缩机工作，气泵关闭，主路阀打开，自然循环阀关闭，旁路阀关闭，根据室内负荷大小以及室外温度确定压缩机、节流装置和冷凝器的风机的运行状态，实现冷量的精确调节；

当冷源系统处于气泵循环模式时，压缩机关闭，气泵工作，主路阀打开，自然循环阀关闭，旁路阀打开，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T确定气泵的转速和冷凝器的风机转速，实现冷量的精确调节；

当冷源系统处于自然循环模式时，压缩机和气泵均关闭，主路阀关闭，自然循环阀打开，旁路阀打开，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T高低确定冷凝器的风机转速，实现冷量的精确调节。

上述的多模式机房空调系统的控制方法，其中，所述油分离器的回油口与所述压缩机的吸气口之间还设置一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于所述回油毛细管的快速回油毛细管和安装在快速回油毛细管上的回油电磁阀；当冷源系统运行于制冷循环模式时，若所述压缩机为变频压缩机，当压缩机的运行频率低于X＝20～40Hz并且持续时间为t＝1h时，将所述快速回油电磁阀打开3～5min实现快速回油；当冷源系统运行于气泵循环模式时，所述快速回油电磁阀为常开状态。

上述的多模式机房空调系统的控制方法，其中，当冷源系统运行于气泵循环模式时，将所述油分离器布置在高于所述压缩机和气泵的位置。

上述的多模式机房空调系统的控制方法，其中，所述冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

上述的多模式机房空调系统的控制方法，其中，当冷源系统切换运行模式时，采用温度差值法以及延时控制方法进行切换；即设定室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt；

当室外温度T0≥T1+ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为制冷循环模式；

当室外温度T2+ΔT0≤T0≤T1-ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为气泵循环模式；

当室外温度T0≤T2-ΔT0，并且维持时间为Δt，则冷源系统切换为自然循环模式。

本发明的多模式机房空调系统的控制方式，能够根据室外温度分别切换运行于制冷循环模式、气泵循环模式及自然循环模式，在制冷循环模式下，根据机房负荷大小通过控制压缩机的运行状态、节流装置、和冷凝器的风机转速实现系统稳定运行，在气泵循环模式下，通过控制气泵的运行状态和冷凝器的风机转速实现系统稳定运行，在自然循环模式下，通过控制冷凝器的风机转速实现系统稳定运行，实现在低温季节利用室外自然冷源使用气泵循环模式和自然循环模式替代压缩制冷循环模式，降低了现有复合型空调系统的机组成本，简化了系统结构，降低了维护难度；同时能有效利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。

附图说明

图1是本发明的多模式机房空调系统的控制方法的原理图；

图2是本发明的多模式机房空调系统的结构原理图；

图3是本发明的气泵复合型机房空调系统运行于制冷循环模式的原理图；

图4是本发明的气泵复合型机房空调系统运行于气泵循环模式的原理图；

图5是本发明的气泵复合型机房空调系统运行于自然循环模式的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图5，本发明的多模式机房空调系统的控制方法，空调系统包括冷源系统、主控单元和温度采集单元；冷源系统包括压缩机1、气泵2、油分离器4、冷凝器5、节流装置6、蒸发器7和气液分离器8；其中，

压缩机1由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机1的排气口分别连接一个第一单向阀31的进口；气泵2由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的气泵构成，每个气泵2的排气口分别连接一个第二单向阀32的进口；油分离器4的入口与第一单向阀31和第二单向阀32的出口相连通，该油分离器4的回油口通过回油毛细管40与压缩机1的吸气口及气泵2的吸气口相连通，该油分离器4的回油口与压缩机1的吸气口之间还设置一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于回油毛细管40的快速回油毛细管41和安装在快速回油毛细管41上的回油电磁阀42；冷凝器5的入口与油分离器4的出口相连通，该冷凝器5为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器；节流装置6A的入口与冷凝器5的出口相连通，该节流装置6与一个旁路阀60并联；蒸发器7的入口与节流装置6的出口相连通，该蒸发器7的出口与冷凝器5的入口之间连接一自然循环阀9；气液分离器8的入口通过一主路阀10与蒸发器7的出口相连通(见图2)；主控单元与冷源系统信号连接；温度采集单元用于采集室外温度以及室内温度并与主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制压缩机1、气泵2、冷凝器5的风机和节流装置6的运行状态；

本发明的多模式机房空调系统的控制方法是：

将室外温度T0划分为三个功能区：制冷区、气泵区和自然循环区；

制冷区为：室外温度T0＞T1；气泵区为：室外温度T2＜T0≤T1；自然循环区为：室外温度T0≤T2；

其中T1＞T2，根据具体工况设定T1和T2；

主控单元针对室外温度T0所处不同的功能区，相应切换冷源系统运行于制冷循环模式、气泵循环模式和自然循环模式：

对应制冷区的制冷循环模式：由压缩机1、第一单向阀31、油分离器4、冷凝器5、节流装置6、蒸发器7、主路阀10和气液分离器8构成制冷工质回路(见图3)；

对应气泵区的气泵循环模式：由气泵2、第二单向阀32、油分离器4、冷凝器5、旁路阀60、蒸发器7、主路阀10和气液分离器8构成制冷工质回路(见图4)；

对应自然循环区的自然循环模式：由蒸发器7、自然循环阀9、冷凝器5、旁路阀60构成自然循环回路(见图5)；

当冷源系统处于制冷模式时，压缩机1工作，气泵2关闭，主路阀10打开，自然循环阀9关闭，旁路阀60关闭，根据室内负荷大小以及室外温度确定压缩机1和冷凝器5风机的运行状态，实现冷量的精确调节；节流装置6将从冷凝器5出来的高压液态制冷剂节流降压成低温低压状态的制冷剂，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT确定压缩机1的转速、节流装置6的开度以及冷凝器5的风机转速实现冷量的精确调节；若压缩机1为变频压缩机，当压缩机1的运行频率低于X＝20～40Hz并且持续时间为t＝1h左右的工况时，将快速回油通道中的回油电磁阀42打开3～5min，实现快速回油；

当冷源系统处于气泵循环模式时，压缩机1关闭，气泵2工作，主路阀10打开，自然循环阀9关闭，旁路阀60打开，快速回油电磁阀42为常开状态；将油分离器4布置在高于压缩机1和气泵2的位置，以保障冷源系统能够高效回油；主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT调节确定气泵2的转速和冷凝器5的风机转速，实现冷量的精确调节；

当冷源系统处于自然循环模式时，压缩机1和气泵2均关闭，主路阀10关闭，自然循环阀9打开，旁路阀60打开，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT调节冷凝器5的风机转速，实现冷量的精确调节。

针对38℃恒温机房，若设定T1为25℃，T2为10℃，当室外温度T0≤10℃时，冷源系统运行于自然循环模式，当室外温度10℃＜T0≤25℃时，冷源系统运行于气泵循环模式，当室外温度T0＞25℃时，冷源系统运行于制冷循环模式。

冷源系统切换运行模式时，还采用温度差值法以及延时控制方法进行切换；即设定室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt；

当室外温度T0≥T1+ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为制冷循环模式；

当室外温度T2+ΔT0≤T0≤T1-ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为气泵循环模式；

当室外温度T0≤T2-ΔT0，并且维持时间为Δt，则冷源系统切换为自然循环模式；

室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt根据具体情况设置。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种多模式机房空调系统的控制方法，所述空调系统包括冷源系统、主控单元和温度采集单元；冷源系统包括压缩机、气泵、油分离器、冷凝器、节流装置、蒸发器和气液分离器；其中，所述压缩机由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机的排气口分别连接一个第一单向阀的进口；所述气泵由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的气泵构成，每个气泵的排气口分别连接一个第二单向阀的进口；所述油分离器的入口与所述第一单向阀和第二单向阀的出口相连通，该油分离器的回油口通过回油毛细管与压缩机的吸气口及气泵的吸气口相连通；所述冷凝器的入口与所述油分离器的出口相连通；所述节流装置的入口与所述冷凝器的出口相连通，该节流装置与一个旁路阀并联；所述蒸发器的入口与所述节流装置的出口相连通，该蒸发器的出口与所述冷凝器的入口之间连接一自然循环阀；所述气液分离器的入口通过一主路阀与所述蒸发器的出口相连通；所述主控单元与冷源系统信号连接；所述温度采集单元用于采集室外温度和室内温度并与所述主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制所述压缩机、气泵、冷凝器的风机和节流装置的运行状态；其特征在于，

将室外温度T0划分为三个功能区：制冷区、气泵区和自然循环区；

所述制冷区为：室外温度T0＞T1；所述气泵区为：室外温度T2＜T0≤T1；所述自然循环区为：室外温度T0≤T2；其中T1＞T2；

所述主控单元针对室外温度T0所处不同的功能区，相应切换冷源系统运行于制冷循环模式、气泵循环模式和自然循环模式：

对应所述制冷区的制冷循环模式：由压缩机、第一单向阀、油分离器、冷凝器、节流装置、蒸发器、主路阀和气液分离器构成制冷工质回路；

对应所述气泵区的气泵循环模式：由气泵、第二单向阀、油分离器、冷凝器、旁路阀、蒸发器、主路阀和气液分离器构成制冷工质回路；

对应所述自然循环区的自然循环模式：由蒸发器、自然循环阀、冷凝器、旁路阀构成自然循环回路；

当冷源系统处于制冷模式时，压缩机工作，气泵关闭，主路阀打开，自然循环阀关闭，旁路阀关闭，根据室内负荷大小以及室外温度确定压缩机、节流装置和冷凝器的风机的运行状态，实现冷量的精确调节；

当冷源系统处于气泵循环模式时，压缩机关闭，气泵工作，主路阀打开，自然循环阀关闭，旁路阀打开，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T确定气泵的转速和冷凝器的风机转速，实现冷量的精确调节；

当冷源系统处于自然循环模式时，压缩机和气泵均关闭，主路阀关闭，自然循环阀打开，旁路阀打开，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T高低确定冷凝器的风机转速，实现冷量的精确调节。

2.根据权利要求1所述的多模式机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述油分离器的回油口与所述压缩机的吸气口之间还设置一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于所述回油毛细管的快速回油毛细管和安装在快速回油毛细管上的回油电磁阀；当冷源系统运行于制冷循环模式时，若所述压缩机为变频压缩机，当压缩机的运行频率低于X＝20～40Hz并且持续时间为t＝1h时，将所述快速回油电磁阀打开3～5min实现快速回油；当冷源系统运行于气泵循环模式时，所述快速回油电磁阀为常开状态。

3.根据权利要求1或2所述的多模式机房空调系统的控制方法，其特征在于，当冷源系统运行于气泵循环模式时，将所述油分离器布置在高于所述压缩机和气泵的位置。

4.根据权利要求1所述的多模式机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

5.根据权利要求1所述的多模式机房空调系统的控制方法，其特征在于，当冷源系统切换运行模式时，采用温度差值法以及延时控制方法进行切换；即设定室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt；

当室外温度T0≥T1+ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为制冷循环模式；

当室外温度T2+ΔT0≤T0≤T1-ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为气泵循环模式；

当室外温度T0≤T2-ΔT0，并且维持时间为Δt，则冷源系统切换为自然循环模式。