一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，包括以下步骤：设置数字中心空调系统热流体的进口温度与冷流体的进口温度；计算板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒；计算板式换热器的平均换热温差；计算逆流换热时，板式换热器两侧流体带走的能量守恒；根据板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒

【技术实现步骤摘要】
一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法


[0001]本专利技术属于空调能耗计算
，具体涉及一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法
。

技术介绍

[0002]数据中心空调系统有三种典型制冷模式，分别为机械制冷工况
、
部分自然冷却工况以及完全自然冷却工况
。
机械制冷工况，采用冷水机组压缩机进行机械制冷；部分自然冷却工况，采用板式换热器与冷水机组联合制冷；完全自然冷却工况，完全由板式换热器提供自然冷却
。
[0003]对于机械制冷工况，压缩机
(
冷水机组
)
的能耗为：其中，
Q
i
为压缩机的额定制冷量，
COP
t
'
为额定工况下，室外环境温度
t
度时，压缩机的制冷系数；对于完全自然冷却工况，压缩机的能耗为
0。
[0004]而对于部分自然冷却工况，由于板式换热器承担了部分的负荷，压缩机承担的负荷减小，但是现有仿真计算方法无法预测在不同环境温度下板式换热器和冷机各自承担的负荷大小，因此无法模拟部分自然冷却工况系统节约的能耗
。
[0005]同时，数据中心空调系统在机械制冷
、
部分自然冷却以及完全自然冷却三种制冷运行模式之间切换，但是三者的运行时间因地域不同而不同
。
我们以常见的设计工况为例：空调冷冻水系统设计供回水温度
15/21℃
，冷却塔选型逼近温度夏季
4℃
，冬季
6℃。
而全国各主要城市的部分自然冷却的时间基本都在
2300h
以上，占全年总制冷时间
8760h
的比例约
26
％
。
因此，数据中心部分自然冷却工况的空调系统运行能耗的计算，直接影响数据中心电能利用效率
PUE
值仿真计算的准确性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，解决了现有仿真计算方法无法预测在不同环境温度下板式换热器和冷机各自承担的负荷大小，从而无法模拟部分自然冷却工况系统节约的能耗的问题
。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
设置数字中心空调系统热流体的进口温度与冷流体的进口温度；
[0009]S2、
根据热流体的进口温度，计算板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒；
[0010]S3、
根据热流体的进口温度与冷流体的进口温度，计算板式换热器的平均换热温差；
[0011]S4、
计算逆流换热时，板式换热器两侧流体带走的能量守恒；
[0012]S5、
根据板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒
、
平均换热温差以及两侧流体带走的能量守恒，计算热流体的出口温度与冷流体的出口温度，并根据热流体的出口
温度与冷流体的出口温度，计算板式换热器承担的热负荷；
[0013]S6、
根据板式换热器承担的热负荷，计算部分自然冷却工况下，压缩机的能耗
。
[0014]本专利技术的有益效果是：通过计算板式换热器承担的热负荷以及压缩机的能耗，建立和完善了部分自然冷却工况空调系统的数学计算模型，更加准确地模拟计算自然冷却工况的空调系统的能耗，使得数据中心电能利用效率
PUE
值仿真计算模型更加的完善，仿真计算结果更加接近实测值
。
[0015]进一步地，所述步骤
S2
中板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒的表达式为：
[0016]K
·
A
·
Δ
t
m
＝
m1·
c1·
(t1'
‑
t1)
[0017]其中，
K
表示板式换热器的传热系数，
A
表示板式换热器的换热面积，
Δ
t
m
表示板式换热器的平均换热温差，
m1表示热流体的质量流量，
c1表示热流体的质量比热容，
t1'
表示热流体的出口温度，
t1表示热流体的进口温度
。
[0018]进一步地，所述步骤
S3
中板式换热器的平均换热温差的表达式为：
[0019][0020]其中，
t2表示冷流体的进口温度，
t2'
表示冷流体的出口温度
。
[0021]进一步地，所述步骤
S4
中板式换热器两侧流体带走的能量守恒的表达式为：
[0022]m1·
c1·
(t1'
‑
t1)
＝
m2·
c2·
(t2'
‑
t2)
[0023]其中，
m2表示冷流体的质量流量，
c2表示冷流体的质量比热容
。
[0024]进一步地，所述步骤
S5
中板式换热器承担的热负荷的表达式为：
[0025]Q
i
'
＝
K
·
A
·
Δ
t
m
＝
K
·
A
·
[(t1‑
t2')+(t1'
‑
t2)]/2
[0026]其中，
Q
i
'
表示板式换热器的换热量
。
[0027]进一步地，所述步骤
S6
中压缩机的能耗表达式为：
[0028][0029]其中，
w
i
表示压缩机的能耗，
Q
i
表示压缩机的额定制冷量，
COP
t
表示部分负荷工况下，室外环境温度
t℃
压缩机的制冷系数
。
[0030]上述进一步方案的有益效果为：通过对数据中心空调系统冷冻侧与冷却侧深度的换热过程分析模拟，建立与室外湿球温度相关联的传热学数学计算模型，并且通过关联室外环境温度与冷却侧的回水温度，可以详细模拟计算部分自然冷却工况下压缩机的能耗，以及板式换热器的节约能耗，计算过程更加贴近空调系统部分自然冷却的实际运行工况，计算结果也更加接近实际的值
。
附图说明
[0031]图1为本专利技术空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法的流程图
。
[0032]图2为带自然冷却水冷空调系统的原理图
。
[0033]图3为带自然冷却风冷冷水机组的原理图
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
设置数字中心空调系统热流体的进口温度与冷流体的进口温度；
S2、
根据热流体的进口温度，计算板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒；
S3、
根据热流体的进口温度与冷流体的进口温度，计算板式换热器的平均换热温差；
S4、
计算逆流换热时，板式换热器两侧流体带走的能量守恒；
S5、
根据板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒
、
平均换热温差以及两侧流体带走的能量守恒，计算热流体的出口温度与冷流体的出口温度，并根据热流体的出口温度与冷流体的出口温度，计算板式换热器承担的热负荷；
S6、
根据板式换热器承担的热负荷，计算部分自然冷却工况下，压缩机的能耗
。2.
根据权利要求1所述的空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，其特征在于，所述步骤
S2
中板式换热器的换热量与热流体带走的能量守恒的表达式为：
K
·
A
·
Δ
t
m
＝
m1·
c1·
(t1'
‑
t1)
其中，
K
表示板式换热器的传热系数，
A
表示板式换热器的换热面积，
Δ
t
m
表示板式换热器的平均换热温差，
m1表示热流体的质量流量，
c1表示热流体的质量比热容，
t1'
表示热流体的出口温度，
t1表示热流体的进口温度
。3.
根据权利要求2所述的空调系统部分自然冷却工况的节能仿真计算方法，其特征在于，所述步骤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆河，曹连华，吴志，
申请(专利权)人：捷通智慧科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：