[发明专利]一种复合型机房空调系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种复合型机房空调系统及其控制方法，包括制冷单元、热管单元和三通阀；制冷单元包括一个或多个压缩机、制冷冷凝器、节流装置和低压储液器；热管单元包括低压储液器、蒸发器、制冷剂泵和热管冷凝器；制冷单元与热管单元在低压储液器处进行耦合；一种复合型机房空调系统通过控制低压储液器内部制冷剂的温度作为系统冷量输出精确调控参数；一种复合型机房空调系统根据室外环境温度控制三通阀的切换，分别运行制冷循环、复合循环及热管循环，适用于机房、基站等全天候空调的制冷需求，最大化利用昼夜、过渡季节和冬季的自然冷源；系统设计结构紧凑、可靠性高、节能环保，而且热效率高，稳定性好，调节精度高。

主权项

一种复合型机房空调系统的控制方法，其特征在于：所述复合型机房空调系统，包括制冷单元、热管单元和三通阀(7)；所述的制冷单元包括一个或多个压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、节流装置(3)和低压储液器(4)；所述的热管单元包括低压储液器(4)、蒸发器(5)、制冷剂泵(6)和热管冷凝器(8)；所述的制冷单元与热管单元在低压储液器(4)处进行耦合；所述复合型机房空调系统通过控制低压储液器(4)内部制冷剂的温度作为系统冷量输出精确调控参数；所述的压缩机(1)具有排气口与吸气口，所述的低压储液器(4)包括进液口、供液口、进气口和回气口；所述的压缩机(1)的排气口与制冷冷凝器(2)的入口相连通，所述的制冷冷凝器(2)的出口与节流装置(3)的入口相连通，所述的节流装置(3)的出口与低压储液器(4)的进液口相连通，所述的低压储液器(4)的回气口与压缩机(1)的吸气口相连通；所述的低压储液器(4)的供液口与制冷剂泵(6)的入口相连通，所述的制冷剂泵(6)的出口与蒸发器(5)入口相连通，所述的蒸发器(5)的出口处设置三通阀(7)；所述的低压储液器(4)的进气口与热管冷凝器(8)的出口通过盘管并联连通；所述的三通阀(7)关闭与热管冷凝器(8)的连接，打开与低压储液器(4)和蒸发器(5)的连接时，所述的压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、节流装置(3)、低压储液器(4)、制冷剂泵(6)、蒸发器(5)和三通阀(7)共同组成制冷循环，通过制冷循环为空调末端提供冷量；所述的三通阀(7)打开与蒸发器(5)和热管冷凝器(8)的连接，关闭与低压储液器(4)的连接时，所述的压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、节流装置(3)、低压储液器(4)、制冷剂泵(6)、蒸发器(5)、三通阀(7)和热管冷凝器(8)共同组成复合循环，此时热管单元满负荷工作，制冷单元适量工作；所述的三通阀(7)打开与蒸发器(5)和热管冷凝器(8)的连接，关闭与低压储液器(4)的连接时，关闭压缩机(1)、制冷冷凝器(2)和节流装置(3)，所述的低压储液器(4)、蒸发器(5)、制冷剂泵(6)、三通阀(7)和热管冷凝器(8)共同组成热管循环；所述复合型机房空调系统还包括温度控制装置、油分离器和气液分离器，所述的温度控制装置分别与三通阀(7)、热管冷凝器(8)与制冷冷凝器(2)的换热风机以及压缩机(1)连接；所述的温度控制装置用于检测室外的环境温度以及低压储液器(4)内部制冷剂温度，并根据环境温度控制三通阀(7)、换热风机和压缩机(1)的运行状态；其中，所述的三通阀(7)可以由两个阀体替代；所述复合型机房空调系统可以通过增加一个或多个设备组成多联复合型机房空调系统，通过制冷剂泵(6)、供液总管和回气总管与多个设备构成闭式循环系统，在蒸发器(5)的总出口处设置制冷阀与热管阀；所述的热管阀的出口与热管冷凝器(8)入口相连通，热管冷凝器(8)的出口以及制冷阀的出口均连接到低压储液器(4)的进气口，所述的蒸发器(5)的入口端设置流量阀，所述的流量阀的感温元件安装在蒸发器(5)的出口端的管壁上；所述的流量阀为比例调节阀，可以通过调节流量阀的开度，从而控制蒸发器(5)的供液量及其出口的过热度，实现精确调节空调末端的流量；所述复合型机房空调系统，其控制方法为：所述复合型机房空调系统，分三种情况有三种不同的控制方式，第一种控制方式：在夏天的时候，当室外环境温度T高于预设温度Tb的情况下，温度控制装置控制三通阀(7)切换到制冷循环，此时压缩机(1)开启，换热风机全速运行，则制冷剂在所述复合型机房空调系统内的流通路径为：从压缩机(1)到制冷冷凝器(2)，再到节流装置(3)和低压储液器(4)，再从低压储液器(4)到压缩机(1)和制冷剂泵(6)，制冷剂再从制冷剂泵(6)到蒸发器(5)，再依次经过三通阀(7)，低压储液器(4)和制冷剂泵(6)；由于室外环境温度高，使所述复合型机房空调系统的热负荷量较大，所以温度控制装置控制所述复合型机房空调系统产生冷量的同时，通过制冷剂泵(6)运输动力作用，使所述复合型机房空调系统回油安全可靠；所述复合型机房空调系统在制冷循环情况下，当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T1‑ΔT≤T0≤T1+ΔT，其中：T1：低压储液器(4)内部制冷剂的设定温度；ΔT：低压储液器(4)内部制冷剂的温度与设定温度的允许误差值；T0：低压储液器(4)内部制冷剂的温度；则维持压缩机(1)运行的数量或转速以及节流装置(3)的开度不变；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＜T1‑ΔT，则降低压缩机(1)的转速或减少压缩机(1)的运行数量，调大节流装置(3)的开度；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＞T1+ΔT，则提升压缩机(1)转速或增加压缩机(1)运行的数量，减小节流装置(3)的开度；第二种控制方式：当在春天或者秋天的时候，室外环境温度T高于设定温度Ta低于预设温度Tb的情况下，温度控制装置控制三通阀(7)切换到复合循环，此时压缩机(1)开启，换热风机全速运行，则制冷剂在所述复合型机房空调系统内的流通路径为：从压缩机(1)到制冷冷凝器(2)，再到节流装置(3)和低压储液器(4)，再从低压储液器(4)到压缩机(1)和制冷剂泵(6)，制冷剂再从制冷剂泵(6)到蒸发器(5)，再依次经过三通阀(7)，热管冷凝器(8)，低压储液器(4)和制冷剂泵(6)；由于室外环境温度较低，所以温度控制装置控制所述复合型机房空调系统优先使热管单元散热的同时，不足部分由制冷循环补偿；根据能量守恒定律，第二种控制方式中从蒸发器(5)流出的气态或气液混合态的制冷剂先经过热管冷凝器(8)进行降温，未被冷凝的气态制冷剂再被压缩机(1)吸入进行压缩制冷循环实现冷凝，从而在满足所述复合型机房空调系统的冷量输出与热负荷相适应的前提下，降低了所述复合型机房空调系统因产生冷量所消耗的功率，进而实现了所述复合型机房空调系统的节能减排，同时通过制冷剂泵(6)运输动力作用，使所述复合型机房空调系统回油安全可靠；所述复合型机房空调系统在复合循环情况下，根据具体负荷启动一个或多个压缩机(1)，或者调节压缩机(1)运行频率，实现冷量输出的精确调节，控制热管冷凝器(8)的换热能力和换热风机转速使热管循环的产冷量与末端热负荷相匹配；所述复合型机房空调系统在复合循环情况下，优先利用热管冷凝器(8)提供冷量，不足冷量的部分通过控制压缩机(1)的运行台数或压缩机(1)的转速进行补偿；所述的复合制冷循环的控制方式是：当室外有压缩机(1)运行，则空调系统中所有室外复合式制冷系统的换热风机高速运行，首先在热管冷凝器(8)中放热，未冷凝的气态制冷剂进入低压储液器(4)后被压缩机(1)吸入，通过压缩，冷凝，节流再流入低压储液器(4)；所述的复合制冷循环的调节方式为：当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T1‑ΔT≤T0≤T1+ΔT，则维持压缩机(1)运行数量或转速及节流装置(3)的开度不变；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＜T1‑ΔT，则降低压缩机(1)转速或减少压缩机(1)运行数量，调大节流装置(3)开度；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＞T1+ΔT，则提升压缩机(1)转速或增加压缩机(1)运行数量，减小节流装置(3)开度；第三种控制方式：在冬天的时候，室外环境温度T低于设定温度Ta的情况下，温度控制装置控制三通阀(7)切换到热管循环，此时压缩机(1)关闭，换热风机全速或调速运行，则制冷剂的在所述复合型机房空调系统内的流通路径为：从制冷剂泵(6)到蒸发器(5)，再依次经过三通阀(7)，热管冷凝器(8)，低压储液器(4)和制冷剂泵(6)；由于室外环境温度远低于机房温度，且能够向机房提供充足的冷量以使机房内维持适宜的温度，故第三种控制方式中使从蒸发器(5)流出的气态或气液混合态的制冷剂在热管冷凝器(8)与室外环境中的冷源进行热交换，以降低制冷剂的温度，并使降温后的制冷剂再次进入蒸发器(5)中对机房进行降温，从而在满足机房内制冷需求的前提下，大幅度地降低了所述复合型机房空调系统的能耗；所述复合型机房空调系统在热管循环情况下，能够通过调整换热风机的转速或者制冷剂的流量实现冷量输出调节，控制热管冷凝器(8)的换热能力和换热风机转速使热管循环的产冷量与末端热负荷相匹配；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T1‑ΔT≤T0≤T1+ΔT，则维持换热风机转速及制冷剂泵(6)流量不变；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＜T1‑ΔT，则优先通过降低换热风机转速减小冷量输出或者调节流量阀开度降低制冷剂泵(6)流量输出，当需要继续降低，则停掉其中一个换热风机；当低压储液器(4)内部制冷剂温度满足T0＞T1+ΔT，则先通过提升换热风机转速增加冷量输出或者调节流量阀开度提高制冷剂泵(6)流量输出。