一种具有自然冷却功能的复合型空调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有自然冷却功能的复合型空调系统，其特征是其系统组成包括：压缩机模块、由换热器组件和冷却风机构成的风冷换热模块、多功能储液器、液泵、空气处理模块及各控制阀，其控制方法是通过操作控制阀改变制冷工质的流动路径实现如下三种不同的工作模式：压缩制冷工作模式、压缩制冷与自然冷却协同运行的复合制冷工作模式，以及自然冷却工作模式。本发明专利技术利用模糊控制进行制冷量的调节，在低温或过渡季节应用自然冷却替代压缩制冷，高效利用自然冷源，尤其适用于数据中心、高性能计算机、通讯基站和电力电子设备的工作环境控制，大幅降低空调系统的能耗和运行成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷空调
，具体涉及一种具有自然冷却功能的复合型空调系统的其控制方法。
技术介绍
信息产业和数字化建设的快速发展，推动了数据机房、通讯基站的数量，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35％～50％。机房、基站的显热负荷比大，为保持适宜的工作环境温度，一年四季需运行空调，在室内侧设定温度高于室外环境温度的季节，尤其在低温季节或寒冷地区，常规的数据中心和通讯基站空调系统仍需继续运行制冷压缩机，制冷系统能源效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差低成本排放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。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技术研究与应用，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，以及应用热管技术的复合型空调。中国技术专利ZL200720019537.8中公开了一种机房辅助节能制冷装置，当室外空气温度较低时，空调停止工作，直接将室外低温空气送至室内用于电子柜等设备降温，利用自然冷源，减少空调能耗。但直接利用室外低温空气用于电子冷却由于不能确保室内空气品质，无法杜绝室外的灰尘、水分等进入室内，可能对电子设备造成损害。中国技术专利ZL201020114596.X中公开了一种用于通信基站的自然冷能热交换装置，包括空气换热器、室内风机、室外风机及其箱体。当室外温度较低时，将室外低温空气引入，与室内空气进行热交换，间接利用自然冷源降低基站内空气温度，减少基站能耗。此种气-气热交换虽然能够保证室内空气的品质，但对于热负荷大和温度均匀度要求高的机房对象，需要庞大的换热面积以克服气-气热交换器传热效率低的弊端。中国专利技术专利CN201010528027.X中公开了一种风冷式热管型机房空调系统，该系统具有压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式。当室外温度高于设定温度Ta时，制冷模式工作，参与制冷循环的第一制冷工质在蒸发冷凝器中蒸发吸热，用于冷却和冷凝第二制冷工质；当室外温度低于Ta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，为了确保热管系统具有足够的制冷量，必须降低转换工况的设定温度Ta，以致部分过渡季节的自然冷源并不能得到利用；对于执行GB/T 19413-2010的空调系统，由于室内侧设定温度为24℃，压缩制冷转换到热管循环制冷的室外环境温度必定很低，自然冷源的利用率低。中国技术专利ZL01278831.7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，也消除了热管系统安装时对冷凝器与蒸发器相对位差的要求，但其在利用自然冷源方面的不足与CN201010528027.X专利相类似，就是说，热管循环工作的上限温度必须较低才能与压缩制冷循环平稳衔接。中国专利技术专利ZL201210037082.8公开了一种机房用热管空调系统及其控制方法，该专利技术通过冷凝蒸发器将分离式热管模块和压缩制冷模块耦合，具有压缩制冷、复合制冷和热管制冷三种工作模式，在冷凝蒸发器内完成二次换热，通过二次冷媒向用冷侧输送冷量，其缺点：一是二次换热存在较大的不可逆传热损失；二是需要增加一个冷凝蒸发器，如壳管式换热器、或数个板式换热器；三是需要二次冷媒。这不仅降低了能效、提高了制造成本，而且也给机组的结构布置和制造工艺添加了难度。大数据、云计算等信息化技术发展的推动，大型数据机房面积已发展到数千～数十万平方米，单位面积热流密度成倍增长，产生了对更大功率的空调系统及其更灵活的组合和控制方式的需要。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法，以期避免机房空调系统在低温季节仍需要运行压缩制冷所产生的高能耗及可靠性等不足，提高数据中心空调系统的能效，满足各类数据机房的空调需求，并解决空调系统的制冷量调节和能量控制等问题，高效利用自然冷源，实现复合型空调产品规模化、高效率生产和应用。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法：其特点是：所述空调系统的组成包括：压缩机模块、由换热器组件和冷却风机构成的风冷换热模块、储液器、液泵、空气处理模块以及各控制阀，通过操作控制阀改变制冷工质的流动路径实现如下三种不同的工作模式：压缩制冷工作模式、压缩制冷与自然冷却协同运行的复合制冷工作模式，以及自然冷却工作模式；所述压缩机模块的出口分为两路，其中第一路直接连通换热器组件中的第一风冷换热片的入口端，第二路是通过第一电磁阀与换热器组件中的第二风冷换热片的入口端连接；所述第一风冷换热片的出口端通过第一电子膨胀阀连通集管，在所述第一电子膨胀阀的两端并联连接第二电磁阀；所述第二风冷换热片的出口端通过第二电子膨胀阀连通集管，在所述第二电子膨胀阀的两端并联连接第三电磁阀；所述集管连接到储液器的第一进口，储液器中的“U”形管的外接端口连接至压缩机模块的吸气端，储液器的供液口通过供液总管连通至空气处理模块的入口端，所述液泵设置在所述供液总管上；连通在空气处理模块的出口端的回流总管一路经第四电磁阀连通储液器的第二进口，另一路经第五电磁阀连接至第二风冷换热片的入口端；所述压缩制冷工作模式是：空调系统的制冷量全部由运行压缩机模块进行压缩制冷所提供，通过执行压缩机模块的加载或减载实现制冷量调节；所述自然冷却的工作模式是：压缩机模块停止运行，空调系统的制冷量全部由运行自然冷却所提供，通过执行冷却风机的转速的加载或减载实现制冷量调节；所述复合制冷工作模式是：优先以自然冷却的工作模式进行运行，不足冷量由压缩机模块的压缩制冷进行补充，通过执行压缩机模块的加载或减载实现制冷量的调节；在空调热负荷低于自然冷却所提供的冷量时，压缩机模块停止运行，并切换为通过执行冷却风机的转速的加载或减载实现制冷量调节。本专利技术具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法的特点也在于：对于空调系统中制冷量Q0采用模糊控制规则进行调节，所述模糊控制规则是以储液器内制冷工质的温度为目标参数，执行压缩机模块的加载或减载，在全部制冷压缩机停机时执行冷却风机的转速的加载、或减载，从而调节空调系统的制冷量Q0，精确控制储液器内制冷工质的温度；令：TR为储液器内制冷工质的设定温度；T为实时检测获得的储液器内制冷工质的测量温度；则有：温度偏差ΔT为：ΔT＝(T-TR)；设定：温度偏差ΔT为五个等级，按测量温度T从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；设定：所述测量温度T的变化率dΔT/dt按温度偏差ΔT从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；通过控制压缩机模块或风机的加载或减载实现空调系统的制冷量Q0的调节，设定调节量U按从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；建立模糊规则，通过测量ΔT、计算dΔT/dt，经模糊化计算，并把模糊化计算结果转化为精确量，控制压缩机模块或风机执行加载或减载，精确控制储液器内制冷工质的温度。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法，其特征是：所述空调系统的组成包括：压缩机模块(1)、由换热器组件(33)和冷却风机(34)构成的风冷换热模块(3)、储液器(9)、液泵(10)、空气处理模块(12)以及各控制阀，通过操作控制阀改变制冷工质的流动路径实现如下三种不同的工作模式：压缩制冷工作模式、压缩制冷与自然冷却协同运行的复合制冷工作模式，以及自然冷却工作模式；所述压缩机模块(1)的出口分为两路，其中第一路直接连通换热器组件(33)中的第一风冷换热片(31)的入口端，第二路是通过第一电磁阀(2)与换热器组件(33)中的第二风冷换热片(32)的入口端连接；所述第一风冷换热片(31)的出口端通过第一电子膨胀阀(5)连通集管(8)，在所述第一电子膨胀阀(5)的两端并联连接第二电磁阀(4)；所述第二风冷换热片(32)的出口端通过第二电子膨胀阀(7)连通集管(8)，在所述第二电子膨胀阀(7)的两端并联连接第三电磁阀(6)；所述集管(8)连接到储液器(9)的第一进口(93)，储液器(9)中的“U”形管(94)的外接端口连接至压缩机模块(1)的吸气端，储液器(9)的供液口(91)通过供液总管(11)连通至空气处理模块(12)的入口端，所述液泵(10)设置在所述供液总管(11)上；连通在空气处理模块(12)的出口端的回流总管(13)一路经第四电磁阀(14)连通储液器(9)的第二进口(92)，另一路经第五电磁阀(15)连接至第二风冷换热片(32)的入口端；所述压缩制冷工作模式是：空调系统的制冷量全部由运行压缩机模块(1)进行压缩制冷所提供，通过执行压缩机模块(1)的加载或减载实现制冷量调节；所述自然冷却的工作模式是：压缩机模块(1)停止运行，空调系统的制冷量全部由运行自然冷却所提供，通过执行冷却风机(34)的转速的加载或减载实现制冷量调节；所述复合制冷工作模式是：优先以自然冷却的工作模式进行运行，不足冷量由压缩机模块(1)的压缩制冷进行补充，通过执行压缩机模块(1)的加载或减载实现制冷量的调节；在空调热负荷低于自然冷却所提供的冷量时，压缩机模块(1)停止运行，并切换为通过执行冷却风机(34)的转速的加载或减载实现制冷量调节。...

【技术特征摘要】
1.一种具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法，其特征是：所述空调系统的组成包括：压缩机模块(1)、由换热器组件(33)和冷却风机(34)构成的风冷换热模块(3)、储液器(9)、液泵(10)、空气处理模块(12)以及各控制阀，通过操作控制阀改变制冷工质的流动路径实现如下三种不同的工作模式：压缩制冷工作模式、压缩制冷与自然冷却协同运行的复合制冷工作模式，以及自然冷却工作模式；所述压缩机模块(1)的出口分为两路，其中第一路直接连通换热器组件(33)中的第一风冷换热片(31)的入口端，第二路是通过第一电磁阀(2)与换热器组件(33)中的第二风冷换热片(32)的入口端连接；所述第一风冷换热片(31)的出口端通过第一电子膨胀阀(5)连通集管(8)，在所述第一电子膨胀阀(5)的两端并联连接第二电磁阀(4)；所述第二风冷换热片(32)的出口端通过第二电子膨胀阀(7)连通集管(8)，在所述第二电子膨胀阀(7)的两端并联连接第三电磁阀(6)；所述集管(8)连接到储液器(9)的第一进口(93)，储液器(9)中的“U”形管(94)的外接端口连接至压缩机模块(1)的吸气端，储液器(9)的供液口(91)通过供液总管(11)连通至空气处理模块(12)的入口端，所述液泵(10)设置在所述供液总管(11)上；连通在空气处理模块(12)的出口端的回流总管(13)一路经第四电磁阀(14)连通储液器(9)的第二进口(92)，另一路经第五电磁阀(15)连接至第二风冷换热片(32)的入口端；所述压缩制冷工作模式是：空调系统的制冷量全部由运行压缩机模块(1)进行压缩制冷所提供，通过执行压缩机模块(1)的加载或减载实现制冷量调节；所述自然冷却的工作模式是：压缩机模块(1)停止运行，空调系统的制冷量全部由运行自然冷却所提供，通过执行冷却风机(34)的转速的加载或减载实现制冷量调节；所述复合制冷工作模式是：优先以自然冷却的工作模式进行运行，不足冷量由压缩机模块(1)的压缩制冷进行补充，通过执行压缩机模块(1)的加载或减载实现制冷量的调节；在空调热负荷低于自然冷却所提供的冷量时，压缩机模块(1)停止运行，并切换为通过执行冷却风机(34)的转速的加载或减载实现制冷量调节。2.根据权利要求1所述的具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法，其特征是对于空调系统中制冷量Q0采用模糊控制规则进行调节，所述模糊控制规则是以储液器(9)内制冷工质的温度为目标参数，执行压缩机模块(1)的加载或减载，在全部制冷压缩机(101)停机时执行冷却风机(34)的转速的加载、或减载，从而调节空调系统的制冷量Q0，精确控制储液器(9)内制冷工质的温度；令：TR为储液器(9)内制冷工质的设定温度；T为实时检测获得的储液器(9)内制冷工质的测量温度；则有：温度偏差ΔT为：ΔT＝(T-TR)；设定：温度偏差ΔT为五个等级，按测量温度T从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；设定：所述测量温度T的变化率dΔT/dt按温度偏差ΔT从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；通过控制压缩机模块(1)或风机(34)的加载或减载实现空调系统的制冷量Q0的调节，设定调节量U按从大到小依次为：正大、正中、零、负中、负大；建立模糊规则，通过测量ΔT、计算dΔT/dt，经模糊化计算，并把模糊化计算结果转化为精确量，控制压缩机模块(1)或风机(34)执行加载或减载，精确控制储液器(9)内制冷工质的温度。3.根据权利要求1所述的具有自然冷却功能的复合型空调系统的控制方法，其特征是：所述三种不同的工作模式按如下原则设定：在Ta≥A2的工况下，运行为压缩制冷工作模式；在A2＞Ta＞A1的工况下，运行为复合制冷工作模式；在Ta≤A1的工况下，运行为自然冷却工作模式；其中：Ta为室外环境温度测量值，A1、A2均为设定温度，且A2＞A1。4.根据权利要求1所述的具有自然...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，江斌，王景晖，胡力文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34