CN101588701B - 机柜的温控方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种充分利用不同深度土壤进行散热的机柜温控系统，充分利用不同深度土壤温度随地表环境不同的变化特性，有选择地使用埋入地下浅层土壤的水平埋管散热和埋入深层土壤的竖直埋管散热，既不会造成长期使用时地下土壤温度升高，也相应地减少了竖直埋管的深度，降低了初始投资。由于温控系统地上换热单元是全封闭的结构，能够有效控制噪音。同时本发明还提供一种充分利用不同深度土壤进行散热的机柜温控方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度控制装置，特别涉及一种适用于机柜柜的的温控系统和方法。
背景技术
基于地源热泵技术的户外柜温控方式和使用空气热交换器户外柜温控技术是现有技术中常用的温控技术。
地源热泵技术近几年在建筑节能领域应用比较大，它是一种利用地能给建筑物供冷供热的空调系统。地下土壤特性：深层土壤的温度几乎不受地表环境的影响，近似等于当地的年平均气温，因而冬天土壤温度高于当地气温，夏天土壤温度低于当地气温，这也是建筑节能领域利用土壤进行冬天供热夏天供冷的原理；而浅层土壤温度随着当地气温的变化而变化，距离地表越近的土壤温度越接近当地气温。
典型的地源热泵循环见附图1，它的工作原理为：夏天执行制冷循环，压缩机6压缩做功，使制冷剂的压力和温度都升高，然后排入冷凝器3中，在冷凝器3中通过放热把热量传递给循环水，循环水在循环泵2的作用下进入地下埋管换热器1，把从冷凝器中带出的热量传递给土壤，排出冷凝器的的制冷剂在节流阀4的作用下，压力和温度都降低，再进入蒸发器5吸收热量而蒸发，从而完成一个制冷循环，在蒸发器5内吸收的热量来自于通过风机盘管的室内循环空气的热量
基于地源热泵技术的机柜地源散热系统如图2所示：温控原理为：通过液气热交换器11，把户外柜10的内部热源12的热量传递给流动媒质13，流动媒质13在循环泵14的作用下进入竖直埋管换热器15，把热量传递给土壤。
机柜常采用另一种的温控方式为空气热交换器，空气热交换器的温控方式如下图3所示，机柜内的热空气通过风扇21进入空气热交换器18后，把热量通过换热芯22传递给通过风扇20进入热交换器18的外界冷空气，自身的温度降低后作为冷空气再进入机柜，而从外界进入的冷空气吸收了热量后排出空气热交换器18。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
由于通讯设备发热量大，温控系统需要长期处于启动状态。使用基于地源热泵技术的机柜散热温控系统，当机柜的功耗比较大时，长期连续不断向地下散热，容易造成地下土壤中埋管周围的温度升高，影响温控系统的散热能力，因此在地下埋管换热器的设计过程中，往往为了消除这种影响而增加竖直埋管的埋深，从而导致系统初投资和运行成本的增加。对使用空气热交换器温控技术的户外柜，风扇的噪音比较高，随着机柜功率密度的增加，噪音是一个难解决的问题。
发明内容
一方面，本发明实施例提供一种充分利用不同深度土壤进行散热的机柜温控系统。
本发明的实施例采用如下技术方案：
一种机柜温控系统，包括温控单元、至少一个温度传感器、位于地面下的至少两组埋管换热器，其中，
所述地下埋管换热器至少包括一组是竖直埋管换热器和一组是水平埋管换热器；
所述温度传感器对环境温度进行测量；
所述地面上的温控单元由液气热交换器结构、循环液体输送装置、控制单元、和至少一个控制阀组成，所述控制单元根据测量得到的温度通过所述控制阀控制所述竖直埋管换热器和/或所述水平埋管换热器实施热交换。
另一方面，本发明实施例提供一种充分利用不同深度土壤进行散热的机柜温控方法。
本发明的实施例采用如下技术方案：
一种机柜温控方法，包括：
将位于地面上的机柜中的空气送入位于地面上的温控单元中；
所述温控单元将所述空气与循环液体发生第一次热交换，将所述经过所述热交换后的空气送回至所述机柜中；
根据测量得到的环境温度和设定的控制策略，
所述温控单元将热流体送入埋入地下浅层土壤的水平埋管散热器，
或者所述温控单元将热流体送入埋入地下深层土壤的垂直埋管散热，
或者所述温控单元将热流体同时送入埋入地下深层土壤的垂直埋管散热和埋入地下浅层土壤的水平埋管散热器；
所述埋管散热器将所述热流体与地面下的土壤或地下水进行第二次热交换；
所述热流体经过所述第二次热交换后变成所述循环液体，重新送回所述温控单元中。
本发明实例提供的机柜的温控方法充分利用不同深度土壤温度随地表环境不同的变化特性，有选择地使用埋入地下浅层土壤的水平埋管散热和埋入深层土壤的竖直埋管散热，既不会造成长期使用时地下土壤温度升高，也相应地减少了竖直埋管的深度，降低了初始投资。
附图说明
附图1为现有技术中建筑节能领域常用的地源热泵系统工作原理图；
附图2为现有技术中户外柜的地源热泵散热系统概略图；
附图3现有技术中户外柜的热交换器散热系统概略图；
附图4为本发明实例中机柜温控系统中的实施例结构图；
附图5为本发明实例中机柜温控系统中的另外一种实施例结构图；
附图6为本发明实例中机柜温控系统中的实施例结构图；
附图7为本发明实例中机柜温控系统中的控制阀的实施例结构图；
附图8为本发明实例中机柜温控系统中的控制阀的另外一种实施例结构图；
附图9为本发明机柜温控方法实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例的户外柜的温控技术进行详细描述。
实施例一：
如图4所示，本发明实施例的户外柜9温控系统包括地面上的温控单元4和位于地面下的两组埋管换热器1和2，13为机柜内的发热设备，其中，
所述地面上的温控单元4由液气热交换器结构6，循环液体输送装置5，控制单元14，温度传感器15和20，控制阀(3.1，3.2，3.3，3.4)组成；
所述地下埋管换热器1和2是用来把循环热流体的8的热量传递给土壤的结构，其中1是竖直埋管换热器，2是水平埋管换热器，分别由一组或多组埋管结构组成，埋管的材料优选为聚乙烯PE。水平埋管换热器2的埋地深度优选为地下1m以内；
所述控制阀用于控制热流体8的流动方向，控制阀的不同开关状态控制了热流体8分别通过竖直埋管换热器1或者水平埋管换热器2完成热交换；
所述流体输送装置5为一种驱动液体流动的低噪音的泵。
下面以对户外柜9进行散热为例，介绍本实施例的工作流程。
液气热交换器6通过自身内部的空气输送装置10，把机柜内部的热空气11吸入，与进入液气热交换器6的循环液体7发生热交换，热空气11释放热量后自身的温度降低作为冷空气12返回机柜内部，循环液体7吸收了热空气11的热量后成为热流体8，在流体输送装置5的作用下，根据设定的策略，控制单元通过控制阀的开关控制热流体的流动方向。
控制策略是：
用放在机柜外面的温度传感器15监测地表空气温度T1，并与当地的年平均温度T2做对比，当T1大于等于T2时，控制单元14打开控制阀3.3，3.1，关闭控制阀3.2，3.4，从气液热交换器里出来的热流体进入竖直埋管换热器1，与地下深层土壤或地下水进行热量交换；当T1小于T2时，打开控制阀3.2，3.4，关闭控制阀3.1，3.3，从气液热交换器里出来的热流体进入水平埋管换热器2，与地下浅层土壤或地下水进行热量交换。热流体完成热交换，自身温度降低后作为循环冷流体7再进入液气热交换器进行下一个换热循环。
以上的控制策略都是在控制单元14通过温度传感器20监测气液热交换器6的出口空气12温度低于设计温度之下的情形，如果可能某种突发原因造成的出口空气12的温度超过设计温度时，控制单元14会打开所有的控制阀门(3.1-3.4)，竖直埋管换热器1和水平埋管换热器2会同时工作。
监测地表空气温度的传感器15可以根据实际设计情况放在机柜9外面任何位置，只要起监测柜外空气温度的目的就可以了。
除了图4中所述的4个控制阀的技术方案，如图7所示，使用一个三通控制阀19也可以完成同样的功能。或者图8所示，使用2个三通控制阀19.1和19.2也可以完成同样的功能。
实际应用环境中，当夏天或者白天外界空气温度比较高时，深层土壤受地表环境影响小，深层土壤的温度比浅层土壤低，通过竖直埋管换热器将热量传递给深层土壤；当冬天或者晚上外界空气温度比较低时，浅层土壤的温度比深层土壤低，通过水平埋管换热器将热量传递给浅层土壤。
本发明实例提供的户外柜的温控系统充分利用不同深度土壤温度随地表环境不同的变化特性，有选择地使用埋入地下浅层土壤的水平埋管散热和埋入深层土壤的竖直埋管散热，既不会造成长期使用时地下土壤温度升高，也相应地减少了竖直埋管的深度，降低了初始投资。
同时本发明实施例提供的温控系统地上换热单元是全封闭的结构，所以噪音容易控制。
实施例二：
如图5所示，本实施例与实施例一的主要差别是温度传感器的配置不同，机柜外面的温度传感器15替换成了竖直埋管周围土壤放置温度传感器16和水平埋管周围土壤放置温度传感器17。相应的控制策略也不一样。
控制策略是：
控制单元14通过温度传感器16得到竖直埋管换热器周围土壤的温度T3，通过温度传感器17得到水平埋管周围土壤温度T4，通过对比T3和T4来控制相应控制阀的开启关闭，选择热流体的流向。比如，当T3与T4的差值大于等于某一设定值时，打开控制阀3.2，3.4，关闭控制阀3.1，3.3，使从气液热交换器6出来的热流体8流向水平埋管换热器2。当T 3与T4的差值小于某一设定值时，打开控制阀3.1，3.3，关闭控制阀3.2，3.4，使从气液热交换器6出来的热流体8流向竖直埋管1。
以上的控制策略都是在控制单元14通过温度传感器20监测气液热交换器6的出口空气12温度低于设计温度之下的情形，如果可能某种突发原因(如户外柜在太阳辐射情况下需要的散热量增加)造成的出口空气12的温度超过设计温度时，控制单元14会打开所有的阀门，竖直埋管换热器1和水平埋管换热器2会同时工作。
本发明实例提供的户外柜的温控系统充分利用不同深度土壤温度随地表环境不同的变化特性，有选择地使用埋入地下浅层土壤的水平埋管散热和埋入深层土壤的竖直埋管散热，既不会造成长期使用时地下土壤温度升高，也相应地减少了竖直埋管的深度，降低了初始投资。
同时本发明实施例提供的温控系统地上换热单元是全封闭的结构，所以噪音容易控制。
实施例三：
与上述户外柜温控系统的实施例相对应，本发明实施例提供一种户外柜温控方法，如图5所示，包括：
步骤11：将所述位于地面上的户外柜中的空气送入所述位于地面上的温控单元中；
步骤12：所述温控单元将所述空气与所述循环液体发生第一次热交换，将所述经过所述第一次热交换后的空气送回至所述户外柜中；
步骤13：根据测量得到的环境温度和设定的控制策略，
所述温控单元将热流体送入埋入地下浅层土壤的所述水平埋管散热器，
或者所述温控单元将热流体送入埋入地下深层土壤的所述垂直埋管散热，
或者所述温控单元将热流体同时送入埋入地下深层土壤的所述垂直埋管散热和埋入地下浅层土壤的所述水平埋管散热器；
步骤14：所述埋管散热器将所述热流体与地面下的土壤或地下水进行第二次热交换；
步骤15：所述热流体经过所述第二次热交换后变成所述循环液体，重新送回所述温控单元中。
所述的控制策略，包括：
所述温度传感器测量得到的地表空气温度大于等于当地的年平均温度时，选择竖直埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的地表空气温度小于等于当地的年平均温度时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的气液热交换器的出口空气温度超过设计温度时，同时选择竖直埋管换热器和水平埋管换热器进行热交换。
所述的控制策略，也可以是：
所述温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值大于等于某个设定值时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值小于某个设定值时，选择竖直埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的气液热交换器的出口空气温度超过设计温度时，同时选择竖直埋管换热器和水平埋管换热器进行热交换。
当夏天或者白天外界空气温度比较高时，深层土壤受地表环境影响小，深层土壤的温度比浅层土壤低，通过竖直埋管换热器将热量传递给深层土壤；当冬天或者晚上外界空气温度比较低时，浅层土壤的温度比深层土壤低，通过水平埋管换热器将热量传递给浅层土壤。
本发明实例提供的户外柜的温控方法充分利用不同深度土壤温度随地表环境不同的变化特性，有选择地使用埋入地下浅层土壤的水平埋管散热和埋入深层土壤的竖直埋管散热，既不会造成长期使用时地下土壤温度升高，也相应地减少了竖直埋管的深度，降低了初始投资。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (17)
1.一种机柜温控系统，其特征在于，包括温控单元、至少一个温度传感器、位于地面下的至少两组埋管换热器，其中，
所述地下埋管换热器至少包括一组竖直埋管换热器和一组水平埋管换热器；
所述温度传感器对环境温度进行测量；
地面上的温控单元由液气热交换器结构、循环液体输送装置、控制单元、和至少一个控制阀组成，所述控制单元根据测量得到的温度通过所述控制阀控制所述竖直埋管换热器和/或所述水平埋管换热器实施热交换。
2.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述温度传感器与温控单元配置在一起，测量地面上的环境温度。
3.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述温度传感器与温控单元配置在一起，测量地面上的液气热交换器的出口空气温度。
4.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述温度传感器与埋管换热器配置在一起，测量地下的环境温度。
5.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述控制单元根据测量得到的环境温度和设定的控制策略，进行不同方式的热交换。
6.根据权利要求2所述的机柜温控系统，其特征在于，
所述温度传感器测量得到的地表空气温度大于等于当地的年平均温度时，选择竖直埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的地表空气温度小于当地的年平均温度时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的液气热交换器的出口空气温度超过设计温度时，同时选择竖直埋管换热器和水平埋管换热器进行热交换。
7.根据权利要求4所述的机柜温控系统，其特征在于，
所述温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值大于等于某个设定值时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者所述温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值小于某个设定值时，选择竖直埋管换热器进行热交换。
8.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述地下埋管换热器埋管的材料为聚乙烯PE。
9.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述水平埋管换热器的埋地深度为地下1m以内。
10.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述控制阀用于控制热流体的流动方向。
11.根据权利要求10所述的机柜温控系统，其特征在于，所述控制阀的不同开关状态控制热流体分别通过所述竖直埋管换热器或者所述水平埋管换热器完成热交换。
12.根据权利要求10所述的机柜温控系统，其特征在于，所述控制阀的个数是4个或者2个。
13.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，循环液体输送装置为一种驱动液体流动的低噪音的泵。
14.根据权利要求1所述的机柜温控系统，其特征在于，所述地面上的温控单元是全封闭的结构。
15.一种机柜温控方法，其特征在于，包括：
将位于地面上的所述机柜中的空气送入位于地面上的温控单元中；
所述温控单元将所述空气与循环液体发生第一次热交换，将所述经过所述第一次热交换后的空气送回至所述机柜中；所述循环液体经过所述第一次热交换后变成热流体；
根据测量得到的环境温度和设定的控制策略，通过控制阀的开关控制所述热流体的流动方向，具体包括：
所述温控单元通过控制阀的开关将热流体送入埋入地下浅层土壤的水平埋管散热器，
或者所述温控单元通过控制阀的开关将热流体送入埋入地下深层土壤的垂直埋管散热器，
或者所述温控单元通过控制阀的开关将热流体同时送入埋入地下深层土壤的垂直埋管散热器和埋入地下浅层土壤的水平埋管散热器；
所述埋管散热器将所述热流体与地面下的土壤或地下水进行第二次热交换；
所述热流体经过所述第二次热交换后变成所述循环液体，重新送回所述温控单元中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
温度传感器测量得到的地表空气温度大于等于当地的年平均温度时，选择竖直埋管换热器进行热交换；
或者温度传感器测量得到的地表空气温度小于当地的年平均温度时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者温度传感器测量得到的气液热交换器的出口空气温度超过设计温度时，同时选择竖直埋管换热器和水平埋管换热器进行热交换。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值大于等于某个设定值时，选择水平埋管换热器进行热交换；
或者温度传感器测量得到的竖直埋管换热器周围土壤的温度与水平埋管换热器周围土壤温度的差值小于某个设定值时，选择竖直埋管换热器进行热交换。
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Granted publication date: 20120808 Termination date: 20180523 |