CN102607123A - 多系统循环空调机组及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多系统循环空调机组及控制方法，包括控制单元、室外温度传感器、室内温度传感器、蒸汽压缩循环系统、和自然风冷却循环系统，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，自然风冷却循环系统中，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器，所述的室外换热器一侧设置有室外风机，所述室内换热器一侧设置有室内风机。本发明的多系统循环空调机组当室外环境温度较低时利用自然冷源降温，高效节能，减少了压缩机的使用频率，延长其使用寿命，通过设置相变释放冷量循环系统，利用相变材料释放冷量进行降温，无需电能制冷便可实现降温需求，进一步降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种多系统循环空调机组，属于空调与制冷工程技术领域。
背景技术
我国通信产业近年来迅速发展，各地基站数量也逐年增多，随着国家节能减排政策的深入，国家对于基站的减能指标也越来越高，而在基站中空调的能耗占50%左右。因此，基站用空调的节能成为通信基站节能的关键。
由于基站内部大量发热设备，特别是在室外温度较低情况如春季及秋季和冬季，仍然需要开压缩机制冷进行降温，目前基站使用的空调机组，多主要依靠电能带动制冷设备进行降温，需要消耗大量电能，与国家的节能减排政策相悖，前面提到，由于基站等一些需要常年降温的场合，在春秋季和冬季室外自然温度比较低，如果此时能利用室外的自然冷源和相变材料的相变能量为基站室内降温，将能大大降低空调机组的能耗。
基于此，如何研发一种具有两套或两套以上的系统循环空调机组，可以根据不同的室外环境温度，选择不同的降温方式，有效利用的自然冷源，实现高效节能的同时可以避免空调蒸汽压缩循环系统的运行，延长压缩机使用寿命，是本发明主要解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的空调机组主要依靠电能进行制冷，能耗大，使用寿命低的问题，提供了一种多系统循环空调机组及控制方法，具有多套制冷循环系统，引入了自然冷源降温，高效节能，压缩机的使用寿命常。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种多系统循环空调机组，包括控制单元、分别与所述控制单元连接的室外温度传感器和室内温度传感器、蒸汽压缩循环系统、和自然风冷却循环系统，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机的驱动下从水氟换热器流向冷凝器，然后从所述冷凝器经节流阀流入水氟换热器，另外一路是水在水泵的驱动下从室内换热器经三通阀流入水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器，所述的自然风冷却循环系统中，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器，所述的室外换热器一侧设置有与控制单元连接的室外风机，所述室内换热器一侧设置有与控制单元连接的室内风机，所述的压缩机、三通阀、水泵分别与控制单元连接。
进一步的，为了便于安装，所述的室外温度传感器设置在室外换热器一侧，所述的室内温度传感器设置在室内换热器一侧。
为了进一步的降低空调机组能耗，所述的多系统循环空调机组还包括相变释放冷量循环系统，所述的水箱内设置有相变材料，在所述相变释放冷量循环系统中，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入所述的水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，与相变材料热交换后最终由水箱流向室内换热器，在所述水箱内设置有用于检测相变材料温度的温度传感器，所述温度传感器与控制单元连接。相变材料可以存储冷量，当达到一定温度值时，可以启动相变释放冷量循环系统，因此，无需电能制冷便可实现降温需求。
又进一步的，相变材料主要通过将冷量传递给水，然后流通到室内进行热交换，因此，所述的相变材料由外壳封装后设置在水箱内。
为了节省制作成本，保障空调机组运行安全，所述的外壳优选采用塑料外壳。
再进一步的，所述的节流阀可以采用热力膨胀阀、电子膨胀阀、或者毛细管实现。
基于上述的一种多系统循环空调机组，本发明同时提供了一种多系统循环空调机组控制方法，包括以下步骤：
（1）、检测室内温度值T1和室外温度值T2，判断室内温度值T1与设定启动值T4的大小关系，若T1＞T4，则执行步骤（2），否则，重复执行本步骤；
（2）、计算室内温度值T1和室外温度值T2的差值△T，并比较△T与设定温差限值T5的大小关系，若△T≥T5，则执行步骤（3），否则，执行步骤（4）；
（3）、运行自然风冷却循环系统：控制三通阀沿水泵至室外换热器流向导通，启动水泵、室外风机、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器；
（4）、运行蒸汽压缩循环系统：控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动压缩机、水泵、室外风机、以及室内风机运行，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机的驱动下从水氟换热器流向冷凝器，然后从所述冷凝器经节流阀流入水氟换热器，另外一路是水在水泵的驱动下从室内换热器经三通阀流入水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器。
为了进一步的降低空调机组能耗，当水箱内设置有相变材料时，在所述步骤（1）中，还包括检测相变材料温度值T3的步骤，当满足T1＞T4时，比较相变材料温度值T3与设定的相变启动点温度值T6的大小关系，若T3≥T6，则执行步骤（2），否则，执行步骤（5）：运行相变释放冷量循环系统，控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动水泵、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入所述的水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，与相变材料热交换后最终由水箱流向室内换热器。由于相变材料可以存储冷量，当达到一定温度值时，可以启动相变释放冷量循环系统，因此，无需电能制冷便可实现降温需求。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的多系统循环空调机组通过设置包括自然风冷却循环系统的多循环系统，当室外环境温度较低时利用自然冷源降温，高效节能，减少了压缩机的使用频率，延长其使用寿命，通过设置相变释放冷量循环系统，利用相变材料存储冷量，满足一定条件时相变材料释放冷量进行降温，无需电能制冷便可实现降温需求，进一步降低了能耗。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的多系统循环空调机组的一种实施例结构示意图；
图2是本发明所提出的多系统循环空调机组控制方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
为了解决现有的空调机组主要依靠电能进行制冷，能耗大，使用寿命低的问题，本发明提供了一种多系统循环空调机组，包括控制单元、分别与所述控制单元连接的室外温度传感器和室内温度传感器、蒸汽压缩循环系统、和自然风冷却循环系统，机组在室外环境温度低时，运行自然风冷却循环系统，实现高效节能的同时可以避免空调蒸汽压缩循环系统的运行，延长压缩机使用寿命；在室外环境温度高时，运行蒸汽压缩循环系统，满足室内降温的需求。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
实施例一，参见图1所示，本实施例的一种多系统循环空调机组，包括控制单元（图1中未显示）、分别与所述控制单元连接的室外温度传感器11和室内温度传感器3、蒸汽压缩循环系统、和自然风冷却循环系统，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机13的驱动下从水氟换热器14流向冷凝器12，然后从所述冷凝器12经节流阀15流入水氟换热器14，另外一路是水在水泵7的驱动下从室内换热器5经三通阀8流入水氟换热器14，然后从所述水氟换热器14流入水箱6，最终由水箱6流向室内换热器5，所述的自然风冷却循环系统中，水在水泵7的驱动下从所述的室内换热器5经三通阀8流入室外换热器9，然后从所述室外换热器9流入水箱6，最终由水箱6流向室内换热器5，所述的室外换热器9一侧设置有与控制单元连接的室外风机10，所述室内换热器5一侧设置有与控制单元连接的室内风机4，所述的压缩机13、三通阀8、水泵7分别与控制单元连接。所述的节流阀15可以采用热力膨胀阀、电子膨胀阀、或者毛细管实现。
需要说明的是，在本实施例中，上述的两种循环回路中所流经的各器件由管道连接，进一步的，为了便于安装，所述的室外温度传感器11设置在室外换热器9一侧，所述的室内温度传感器3设置在室内换热器5一侧。
控制单元通过计算室内外温差，确定启动蒸汽压缩循环系统或者自然风冷却循环系统，也即同一时间只有一个系统工作，具体的逻辑控制关系为：
室外温度传感器11和室内温度传感器3分别检测室外温度值T11和室内温度值T3，并发送至控制单元，控制单元计算室内温度与室外温度之差△T=T3-T11，并将其与设定温差限值T5相比较,当△T≥T5（T5为用户手动设定值）,空调机组启动自然风冷却循环系统；具体的，控制单元控制水泵7、室外风机10、室内风机4工作，此时，三通阀8沿水泵7至室外换热器水流方向导通，避免高温的载冷剂水进入水氟换热器14后直接进入室内。在水泵7的驱动下，系统内的水在室外低温环境下吸收冷量后，送入室内，在室内换热器5中通过室内风机4作用，将冷量释放出来。水系统内部水流向为：水泵7→三通阀8→室外换热器9→水箱6→室内换热器5→水泵7。
自然风冷却循环系统工作过程中，此时，室外环境温度一般较低，运行的耗电部件有水泵7、室外风机10、室内风机4，在满足室内降温要求的同时，降低能耗，提高能效比。
当△T<T5时，空调机组启动蒸汽压缩循环系统，此时室外环境温度一般较高。具体的，控制单元控压缩机13、水泵7、冷凝风机10、室内风机4工作运行，此时，三通阀8沿水泵7至水氟换热器14方向导通，避免低温的循环水进入处在高温室外环境下的室外水换热器9中。所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，也即氟系统和水系统，蒸汽压缩循环系统工作时，其中氟系统是制冷剂在压缩机13的驱动下从水氟换热器14流向冷凝器12，然后从所述冷凝器12经节流阀15流入水氟换热器14，也即氟系统内部制冷剂流向为：压缩机13→冷凝器12→节流机构15→水氟换热器14→压缩机13。在水氟换热器14中低温的制冷剂将冷量传递给水，通过循环水将冷量送到室内。另外一路是水系统，水在水泵的驱动下从室内换热器5经三通阀8流入水氟换热器14，然后从所述水氟换热器14流入水箱6，最终由水箱6流向室内换热器5，水系统内部水流向为：水氟换热器14→水箱6→室内换热器5→水泵7→三通阀8→水氟换热器14。氟系统循环过程通过压缩机13驱动，利用管内制冷剂从室外环境中吸收冷量，在水氟换热器14中将冷量传递给循环水，循环水在水泵7的驱动下将冷量传到室内换热器5，在室内风机4作用下最终将冷量释放到室内。
蒸汽压缩循环系统工作过程中，室外环境温度一般较高，运行的耗电部件有压缩机13、水泵7、冷凝风机10、室内风机4，此时主要为保证室内的降温要求，能效比不高。
为了进一步的降低空调机组能耗，所述的多系统循环空调机组还包括相变释放冷量循环系统，所述的水箱6内设置有相变材料2，其中，相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质，为本领域技术人员所熟知物质，在此不做赘述。在所述相变释放冷量循环系统中，水在水泵7的驱动下从所述的室内换热器5经三通阀8流入所述的水氟换热器14，然后从所述水氟换热器14流入水箱6，与相变材料热交换后最终由水箱6流向室内换热器5，在所述水箱6内设置有用于检测相变材料温度的温度传感器1，所述温度传感器1与控制单元连接。相变材料2可以存储冷量，当达到一定温度值时，可以启动相变释放冷量循环系统，因此，无需电能制冷便可实现降温需求。
相变材料2主要通过将冷量传递给水，然后流通到室内进行热交换，因此，所述的相变材料2由外壳封装后设置在水箱内。为了节省制作成本，保障空调机组运行安全，所述的外壳优选采用塑料外壳。
当空调机组包括相变释放冷量循环系统时，自然风冷却循环系统工作过程中，只要水系统的水温度低于相变材料2的相变点温度时，相变材料2就会持续的蓄能。同样的，在蒸汽压缩循环系统工作过程中，只要水系统的循环水温度低于相变材料2的相变点温度时，相变材料2就会持续的蓄能。
同样道理的，由控制单元确定启动蒸汽压缩循环系统或者自然风冷却循环系统或者相变释放冷量循环系统，也即同一时间只有一个系统工作，具体的逻辑控制关系为：
温度传感器1检测相变材料温度T1，以及将T1与设定的相变启动点温度值T6相比较，当T1<T6（T6为用户根据相变材料温度点设定，一般低于相变材料温度点），空调机组启动相变释放冷量循环系统。
相变释放冷量循环系统利用相变材料2特性，相变材料2由液态变为气态时释放大量的潜热，由气态变为液态时吸收大量潜热。通过将相变材料2用塑料外壳封装后放入水箱6中，在水箱6内的封装相变材料2吸收循环水中的冷量由气态变为液态，此过程为蓄能过程；等蓄能结束，水箱内水温较高时，相变材料便会由液态变为气态，释放冷量。
相变释放冷量循环系统只涉及水系统部分，此时，由于T1< T6，相变材料2已经蓄能结束可以释放冷量，利用液体相变潜热将冷量释放到水系统中，通过水泵7驱动送入室内，在室内换热器5中，将冷量释放到室内。水系统内部水流向为：水泵7→三通阀8→水氟换热器14→流过水箱内的相变材料2→室内换热器5→水泵7。
相变释放冷量循环系统工作过程中，运行的耗电部件只有水泵7、室内风机4，在3种循环系统种功耗最低，能效比最高。
实施例二，基于上述的一种多系统循环空调机组，本发明同时提供了一种多系统循环空调机组控制方法，包括以下步骤：
S1、检测室内温度值T1和室外温度值T2，判断室内温度值T1与设定启动值T4的大小关系，若T1＞T4，则执行步骤S2，否则，重复执行本步骤；
S2、计算室内温度值T1和室外温度值T2的差值△T，并比较△T与设定温差限值T5的大小关系，若△T≥T5，则执行步骤S3，否则，执行步骤S4；
S3、运行自然风冷却循环系统：控制三通阀沿水泵至室外换热器流向导通，启动水泵、室外风机、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器；
S4、运行蒸汽压缩循环系统：控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动压缩机、水泵、室外风机、以及室内风机运行，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机的驱动下从水氟换热器流向冷凝器，然后从所述冷凝器经节流阀流入水氟换热器，另外一路是水在水泵的驱动下从室内换热器经三通阀流入水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器。
为了进一步的降低空调机组能耗，参见图2所示，当水箱内设置有相变材料时，在所述步骤S1中，还包括检测相变材料温度值T3的步骤，当满足T1＞T4时，比较相变材料温度值T3与设定的相变启动点温度值T6的大小关系，若T3≥T6，则执行步骤S2，否则，执行步骤S5：运行相变释放冷量循环系统，控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动水泵、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入所述的水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，与相变材料热交换后最终由水箱流向室内换热器。由于相变材料可以存储冷量，当达到一定温度值时，可以启动相变释放冷量循环系统，因此，无需电能制冷便可实现降温需求。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多系统循环空调机组，其特征在于，包括控制单元、分别与所述控制单元连接的室外温度传感器和室内温度传感器、蒸汽压缩循环系统、和自然风冷却循环系统，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机的驱动下从水氟换热器流向冷凝器，然后从所述冷凝器经节流阀流入水氟换热器，另外一路是水在水泵的驱动下从室内换热器经三通阀流入水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器，所述的自然风冷却循环系统中，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器，所述的室外换热器一侧设置有与控制单元连接的室外风机，所述室内换热器一侧设置有与控制单元连接的室内风机，所述的压缩机、三通阀、水泵分别与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的多系统循环空调机组，其特征在于，所述的室外温度传感器设置在室外换热器一侧，所述的室内温度传感器设置在室内换热器一侧。
3.根据权利要求1或2所述的多系统循环空调机组，其特征在于，所述的多系统循环空调机组还包括相变释放冷量循环系统，所述的水箱内设置有相变材料，在所述相变释放冷量循环系统中，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入所述的水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，与相变材料热交换后最终由水箱流向室内换热器，在所述水箱内设置有用于检测相变材料温度的温度传感器，所述温度传感器与控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的多系统循环空调机组，其特征在于，所述的相变材料由外壳封装后设置在水箱内。
5.根据权利要求4所述的多系统循环空调机组，其特征在于，所述的外壳为塑料外壳。
6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的多系统循环空调机组，其特征在于，所述的节流阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀、或者毛细管。
7.一种多系统循环空调机组控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、检测室内温度值T1和室外温度值T2，判断室内温度值T1与设定启动值T4的大小关系，若T1＞T4，则执行步骤（2），否则，重复执行本步骤；
（2）、计算室内温度值T1和室外温度值T2的差值△T，并比较△T与设定温差限值T5的大小关系，若△T≥T5，则执行步骤（3），否则，执行步骤（4）；
（3）、运行自然风冷却循环系统：控制三通阀沿水泵至室外换热器流向导通，启动水泵、室外风机、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入室外换热器，然后从所述室外换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器；
（4）、运行蒸汽压缩循环系统：控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动压缩机、水泵、室外风机、以及室内风机运行，所述的蒸汽压缩循环系统包括两路循环，其中一路是制冷剂在压缩机的驱动下从水氟换热器流向冷凝器，然后从所述冷凝器经节流阀流入水氟换热器，另外一路是水在水泵的驱动下从室内换热器经三通阀流入水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，最终由水箱流向室内换热器。
8.根据权利要求7所述的多系统循环空调机组控制方法，其特征在于，当水箱内设置有相变材料时，在所述步骤（1）中，还包括检测相变材料温度值T3的步骤，当满足T1＞T4时，比较相变材料温度值T3与设定的相变启动点温度值T6的大小关系，若T3≥T6，则执行步骤（2），否则，执行步骤（5）：运行相变释放冷量循环系统，控制三通阀沿水泵至水氟换热器流向导通，启动水泵、以及室内风机运行，水在水泵的驱动下从所述的室内换热器经三通阀流入所述的水氟换热器，然后从所述水氟换热器流入水箱，与相变材料热交换后最终由水箱流向室内换热器。
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