CN102889650A - 一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法，其空调机组包括转轮热回收器、蒸汽压缩制冷系统、新风气流处理通道、回风气流处理通道和隔板，新风气流处理通道和回风气流处理通道通过隔板隔开；转轮热回收器的一部分装设于新风气流处理通道中，转轮热回收器的另一部分装设于回风气流处理通道中；蒸汽压缩制冷系统包括依次连接的气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、节流装置和蒸发器。本发明具有全压缩机制冷、转轮制冷为主加压缩机辅助调节制冷和全转轮制冷这三种制冷模，根据机房的负荷与室外新风工况自动调整制冷系统配合运行，无需人工干预，达到了最优化的能效比，最大限度利用室外新风为室内提供冷量。

Description

一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调系统技术领域，特别涉及一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法。

背景技术

机房与基站的设备运行时的发热量巨大，为维持机房内温度满足设备的正常工作温度，机房需要配置空调设备全年运行提供冷量，给机房设备降温。随着信息行业的飞速发展、机房与基站建设速度增快，机房空调的数量大幅度增加、其耗电量与散热量也在不断增加。机房空调的需求随之增加，机房空调的节能性越来越受到生产商和用户的广泛关注。

传统使用的机房空调主要采用蒸汽压缩制冷系统，由于压缩机需要全年使用，空调耗电量很大。据统计，这种方式下，空调能耗占机房总能耗的35%~45%，其中70%~80%电量被压缩机消耗。除此之外，由于机房空调设备根据夏季制冷负荷进行选型，在冬季室外温度较低时，机组制冷能力增强、负荷降低，将造成压缩机频繁启停，导致制冷设备的启停损失增大、机器寿命缩短等一系列问题。

目前，有部分空调机组利用了室外冷源包括室外新风、冷水系统自然冷却。当使用冷水系统自然冷却时，空调设备需要配置室外水塔，而且只有在水塔的出水温度比冷冻水温度（一般为7℃）低2~5℃时，才能停下压缩机，采用水塔的冷却水直接冷却空调的冷冻水系统。但采用这种方法的局限在于：可以直接利用室外自然冷源的时间段少（全年大部分时间处理水的温度高于5℃）、节能幅度不大，而且现场安装的工程量大，维护工作量也大。当采用室外新风作为冷源时，新风往往仅仅经过简单过滤就引入机房内，新风中的尘埃与水蒸气，尤其是二氧化硫等化学成分会污染机房内环境，甚至可能对昂贵的计算机设备造成化学性腐蚀。如果对引入的新风彻底的过滤，机组中需要配置中效过滤器和化学过滤器，其中，化学过滤器的价格非常昂贵，而且无法清洗反复利用；化学过滤器用于新风处理时，过滤器更换频率也高，从而造成空调机组投资成本和运行成本都非常大。

而在实际使用时，基于机房内的机器需全年散热的特点，过渡季节和冬季室外环境温度会低于机房的设定温度，因此可以通过恰当的方法，利用室外自然冷源排除机房的显热，减少压缩机运行的时间，大幅度降低机房空调系统的能耗。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种一体化组合式机房空调机组及其控制方法，能根据不同的使用工况设置不同的制冷模式，最大限制的降低能耗。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种一体化组合式机房空调机组，其包括转轮热回收器、蒸汽压缩制冷系统、新风气流处理通道、回风气流处理通道和隔板，所述新风气流处理通道和回风气流处理通道通过隔板隔开；

所述转轮热回收器的一部分装设于新风气流处理通道中，转轮热回收器的另一部分装设于回风气流处理通道中；所述转轮热回收器包括显热回收轮芯、驱动电机和传送带，所述驱动电机通过传送带连接显热回收轮芯；

所述蒸汽压缩制冷系统包括依次连接的气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、节流装置和蒸发器；

所述新风气流处理通道中依次设置有新风进口、绝热加湿器、排风机组件和排风口，所述转轮热回收器位于所述绝热加湿器的排风侧，所述冷凝器位于转轮热回收器和排风机组件之间；

所述回风气流处理通道中依次设置有回风进口、送风机组件和送风口，所述转轮热回收器、气液分离器、压缩机、储液器、节流装置、蒸发器依次位于所述回风进口和送风机组件之间。

所述的一体化组合式机房空调机组中，在所述隔板上设置有用于使新风气流处理通道和回风气流处理通道连通的旁通风口，所述旁通风口上设置有调节阀，且位于绝热加湿器和转轮热回收器之间。

所述的一体化组合式机房空调机组中，在新风进口和绝热加湿器之间设置有新风过滤器。

所述的一体化组合式机房空调机组中，在所述回风进口和转轮热回收器之间设置有回风过滤器。

所述的一体化组合式机房空调机组中，在所述蒸发器和送风机组件之间设置有加湿器。

所述的一体化组合式机房空调机组中，在所述冷凝器上安装有旁通风阀。

所述的一体化组合式机房空调机组中，所述新风气流处理通道和回风气流处理通道按上下方式布置、或者按左右方式布置。

所述的一体化组合式机房空调机组中，所述新风气流处理通道的面板和回风气流处理通道的面板均为双层发泡保温板。

一种一体化组合式机房空调机组的控制方法，所述一体化组合式机房空调机组根据控制参数的不同设置为全压缩机制冷、转轮制冷为主加压缩机辅助调节制冷和全转轮制冷，其中：

当制冷模式为全压缩机制冷时，转轮热回收器停止运行，由蒸汽压缩制冷系统运行，通过控制蒸汽压缩式制冷系统的制冷量或送风量来达到设定目标参数；

当制冷模式为转轮为主、压缩机辅助调节制冷时，转轮热回收器和蒸汽压缩制冷系统均运行，通过控制转轮热回收器和蒸汽压缩式制冷系统的制冷量、排风量或送风量来达到设定目标参数；

当制冷模式为转轮制冷时，转轮热回收器开启运行制冷，蒸汽压缩制冷系统停止运行，通过控制排风机组件的风量、转轮转速或送风量来达到设定目标参数。

相较于现有技术，本发明提供的一体化组合式机房空调机组和控制方法，具有全压缩机制冷、转轮制冷为主加压缩机辅助调节制冷和全转轮制冷这三种制冷模式，根据机房的负荷与室外新风工况自动调整制冷系统配合运行，无需人工干预，达到了最优化的能效比，最大限度利用室外新风为室内提供冷量，同时控制进入机房的新风量，仅仅用于保持机房内的正压，不会对机房的空气造成污染，而且确保室外新风焓值高时也能自动调整制冷量满足机房负荷要求。

本发明采用两个空气处理通道，将各元件设置于空气处理通道中，采用这种一体化的设计，减少了现场安装的工程量，也避免了由于室内外机管路连接长度不定而可能造成的性能衰减，具有安装方便、调节能力强、节能省电的特点。

附图说明

图1为本发明一体化组合式机房空调机组的结构示意图。

图2为本发明一体化组合式机房空调机组中转轮热回收器的结构示意图。

图3为本发明一体化组合式机房空调机组中蒸汽压缩制冷系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的本发明提供的一体化组合式机房空调机组和控制方法，可以克服现有技术的缺陷。空调机组采用新风间接冷却的方式，防止新风的对机房内空气的污染，并且采用一体化设计，冷凝器与转轮热回收器低温侧只需一台风机提供冷却风，节省了成本，降低了运行能耗。并且采用转轮热回收器与蒸汽压缩机配合制冷的方式，只要转轮热回收器冷却侧进风温度低于室内回风温度，转轮热回收器即可提供冷量，降低蒸汽压缩制冷系统（即压缩机）需要提供的冷量，提高了空调制冷系统效率；当转轮热回收器冷却侧进风温度低于要求送风温度3~5℃时，即可停止压缩机，进一步节能。采用上述控制模式，基本上全年均可采用转轮热回收器节能运行，节能效果相当可观。另外，一体化的机组具有安装简单、日常维护方便的优点。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一体化组合式机房空调机组放置于机房中，主要用于给机房制冷，请参阅图1，其为本发明一体化组合式机房空调机组的结构示意图。如图1所示，所述的一体化组合式机房空调机组包括转轮热回收器10、蒸汽压缩制冷系统20、新风气流处理通道30、回风气流处理通道40和隔板50，所述新风气流处理通道30和回风气流处理通道40通过隔板50隔开。

其中，所述转轮热回收器10的一部分装设于新风气流处理通道30中，转轮热回收器10的另一部分装设于回风气流处理通道40中。请一并参阅图2，所述转轮热回收器10包括显热回收轮芯101、驱动电机102和传送带103，所述驱动电机102通过传送带103连接显热回收轮芯101。

所述转轮热回收器10可根据当地环境温度的工况，按最小排风量验算显热回收轮芯101的冷量，如果此时冷量大于机房最小热负荷，所述驱动电机102可以选用变频电机来调节显热回收轮芯101的转速来控制转轮热回收器10的冷量。

请一并参阅图3，所述蒸汽压缩制冷系统20包括依次连接的气液分离器201、压缩机202、冷凝器203、储液器204、节流装置205、蒸发器206及配件。压缩机202可根据需要设置为一台或者多台，还可以根据制冷量需求进行无级或分级调载制冷量，并且压缩机202最大制冷量应满足机房最大热负荷。

所述新风气流处理通道30中依次设置有新风进口301、绝热加湿器302、排风机组件303和排风口304，所述转轮热回收器10位于所述绝热加湿器302的排风侧，所述冷凝器203位于转轮热回收器10和排风机组件303之间。即：在新风气流处理通道30中，从新风进口301侧到排风口304侧，新风气流处理通道30中的各组件的排列方式为：绝热加湿器302、转轮热回收器10、冷凝器203、排风机组件303。排风机组件303包括排风机与电机，所述电机可采用变频电机，电机电源通过变频器调节频率输入，控制排风机的转速。

所述回风气流处理通道40中依次设置有回风进口401、送风机组件402和送风口403，所述转轮热回收器10、气液分离器201、压缩机202、储液器204、节流装置205、蒸发器206依次位于所述回风进口401和送风机组件402（包括送风机与电机）之间。即：在回风气流处理通道40，从回风进口401侧到送风口403侧，回风气流处理通道40中的各组件的排列方式为：转轮热回收器10、气液分离器201、压缩机202、储液器204、节流装置205、蒸发器206和送风组件。在图1中，由于视角关系，所述气液分离器201、压缩机202、储液器204和节流装置205未示出，并且气液分离器201、压缩机202、储液器204和节流装置205也可位于回风气流处理通道40的其它位置，只要能够合理利用回风气流处理通道40的空间即可。

本发明实施例中，所述新风气流处理通道30的面板和回风气流处理通道40的面板均为双层发泡保温板，并且所述隔板50也为双层发泡保温板，使新风气流处理通道30和回风气流处理通道40与机房隔离。所述新风气流处理通道30和回风气流处理通道40可以按上下方式布置，也可按左右方式布置，并且新风气流处理通道30和回风气流处理通道40的额定最大通风量保持一致，从而能达到最好的制冷效果。

请继续参阅图1，在所述隔板50上设置有用于使新风气流处理通道30和回风气流处理通道40连通的旁通风口501，所述旁通风口501上设置有调节阀502，且位于绝热加湿器302和转轮热回收器10之间。使新风气流处理通道30与回风气流处理通道40通过旁通风口501连通，并且空调机组回风侧的负压绝对值大于新风侧的负压绝对值。

在调节阀502开启时，室外的新风从新风进口301进入，通过新风气流处理通道30处理的新风可通过旁通风口501进入回风气流处理通道40中，本实施例可通过调节调节阀502的开度控制进入回风气流处理通道40的新风量。

为了提高新风的洁净度，在新风进口301和绝热加湿器302之间设置新风过滤器305，在新风进入转轮热回收器10之前经过新风过滤器305进行处理送入转轮热回收器10。并且在所述回风进口401和转轮热回收器10之间设置回风过滤器404，将回风进行处理，从而满足室内洁净要求。

为了增加机房内的相对湿度，在回风气流处理通道40中，在所述蒸发器206和送风机组件402之间设置有加湿器405，保持机房内的相对湿度。与现有技术相比，本实施例即能保证机房内的空气质量要求，又能有效降低新风净化的成本。

本发明实施例中，所述新风气流处理通道30中的绝热加湿器302可以采用各种形式的绝热加湿器，其加湿饱和效率越高越节能。在冷凝器203的同截面安装有旁通风阀207，在压缩机202停止运行或者在压缩机202的高压侧的压力低于设定值时，旁通风阀207打开以降低新风侧的阻力，其他时间关闭旁通风阀207，其作用相当于盘管的左右挡风板。

请参阅图1至图3，在本发明提供的一体化组合式机房空调机组中，新风气流从新风进口301进入，通过新风过滤器305处理后依次经过绝热加湿器302、转轮热回收器10、冷凝器203、排风机组件303从排风口304送出室外。回风气流从回风进口401进入，经回风过滤器404处理后依次经过转轮热回收器10、气液分离器201、压缩机202、储液器204、节流装置205、蒸发器206、加湿器405和送风机组件402送入机房来降低机房的温度。在调节阀502打开时，从新风进口301流入的新风经过新风过滤器305处理后经过绝热加湿器302、旁通风口501、气液分离器201、压缩机202、储液器204、节流装置205、蒸发器206、加湿器405和送风机组件402送入机房来降低机房的温度。

本发明提供的一体化组合式机房空调机组具有三种控制模式，分别为控回风调节模式、控送回风调节模式和控送风调节模式，这三种模式可根据具体工况智能的调节。譬如，控送风模式为机组要调节制冷量保证送风的温度、湿度在某个设定的范围内。并且每个控制模式均包括全压缩机制冷、转轮制冷为主加压缩机辅助调节制冷、全转轮制冷这三种制冷模式，以下对本发明的一体化组合式机房空调机组的控制方法进行详细说明：

在使用时，所述一体化组合式机房空调机组根据根据实际情况（包括室内负荷，新、回、送风工况）按上述三种制冷模式智能切换制冷，其中：

当制冷模式为全压缩机制冷时，转轮热回收器停止运行，由蒸汽压缩制冷系统运行，通过控制蒸汽压缩式制冷系统的制冷量或送风量来达到设定目标参数。

当转轮热回收器的新风侧进风温度高于转轮热回收器回风侧的进风温度时，一体化组合式机房空调机组采用全压缩机制冷模式，此时的空调耗能量最大。在一年当中，由于新风经过绝热加湿器处理后大约会降温2~7℃，使转轮热回收器的新风侧进风温度低于回风侧进风温度的时间实际占全年极小一部分；当机房设计为冷热通道隔离的形式时，全国大部分地区基本不需要使用全压缩机制冷的模式；本发明将整个蒸汽压缩式制冷系统都置于空调机组内部，避免了室内外机管路连接长度不定而可能造成的性能衰减。

当制冷模式为转轮制冷为主、压缩机辅助调节制冷时，转轮热回收器和蒸汽压缩制冷系统均运行，通过控制转轮热回收器和蒸汽压缩式制冷系统的制冷量、排风量或送风量来达到设定目标参数。

在采用转轮制冷为主、压缩机辅助调节制冷模式时，排风机组件可以同时为转轮热回收器以及冷凝器提供冷却风。相比其他利用新风自然冷量节能的机组而言，这一设计既能有效利用了新风中的冷量，又节省了蒸汽压缩式制冷系统中的冷凝器风扇的耗电量；新风采用绝热加湿器做预处理，利用水的蒸发潜热降低新风的温度，而低温新风通过转轮热回收器冷却回风后，直接降低回风焓值，经计算：当采用热回收效率为70%的转轮热回收器时，按每小时消耗1m³的水，回收冷量增加达470kW；而且此时蒸汽压缩制冷系统只需要提供部分冷量，蒸发器与冷凝器的面积相对充裕，制冷系统运行的效率非常高。

当制冷模式为全转轮制冷时，转轮开启运行制冷，蒸汽压缩制冷系统停止运行，通过控制排风机组件的风量、转轮转速或送风量来达到设定目标参数。

在转轮热回收器制冷时，一般在室外温度较低的过渡季节或者冬季使用，采用全转制冷模式时，排风机组件通过变频调节排风量，风量小于等于额定风量，系统阻力进一步降低，排风机运行耗电量大幅下降，运行非常节能。经计算，全年大部分时间均可采用室外新风提供冷量，大大降低全年耗电量。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种一体化组合式机房空调机组，其特征在于，包括转轮热回收器、蒸汽压缩制冷系统、新风气流处理通道、回风气流处理通道和隔板，所述新风气流处理通道和回风气流处理通道通过隔板隔开；

所述转轮热回收器的一部分装设于新风气流处理通道中，转轮热回收器的另一部分装设于回风气流处理通道中；所述转轮热回收器包括显热回收轮芯、驱动电机和传送带，所述驱动电机通过传送带连接显热回收轮芯；

所述蒸汽压缩制冷系统包括依次连接的气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、节流装置和蒸发器；

所述新风气流处理通道中依次设置有新风进口、绝热加湿器、排风机组件和排风口，所述转轮热回收器位于所述绝热加湿器的排风侧，所述冷凝器位于转轮热回收器和排风机组件之间；

所述回风气流处理通道中依次设置有回风进口、送风机组件和送风口，所述转轮热回收器、气液分离器、压缩机、储液器、节流装置、蒸发器依次位于所述回风进口和送风机组件之间。

2.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，在所述隔板上设置有用于使新风气流处理通道和回风气流处理通道连通的旁通风口，所述旁通风口上设置有调节阀，且位于绝热加湿器和转轮热回收器之间。

3.根据权利要求2所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，在新风进口和绝热加湿器之间设置有新风过滤器。

4.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，在所述回风进口和转轮热回收器之间设置有回风过滤器。

5.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，在所述蒸发器和送风机组件之间设置有加湿器。

6.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，在所述冷凝器上安装有旁通风阀。

7.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，所述新风气流处理通道和回风气流处理通道按上下方式布置、或者按左右方式布置。

8.根据权利要求1所述的一体化组合式机房空调机组，其特征在于，所述新风气流处理通道的面板和回风气流处理通道的面板均为双层发泡保温板。

9.一种采用权利要求2所述的一体化组合式机房空调机组的控制方法，其特征在于，所述一体化组合式机房空调机组根据控制参数的不同设置为全压缩机制冷、转轮制冷为主加压缩机辅助调节制冷和全转轮制冷，其中：

当制冷模式为全压缩机制冷时，转轮热回收器停止运行，由蒸汽压缩制冷系统运行，通过控制蒸汽压缩式制冷系统的制冷量或送风量来达到设定目标参数；

当制冷模式为转轮制冷为主、压缩机辅助调节制冷时，转轮热回收器和蒸汽压缩制冷系统均运行，通过控制转轮热回收器和蒸汽压缩制冷系统的制冷量、排风量或送风量来达到设定目标参数；

当制冷模式为全转轮制冷时，转轮热回收器开启运行制冷，蒸汽压缩制冷系统停止运行，通过控制排风机组件的风量、转轮转速或送风量来达到设定目标参数。

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