CN103047710B - 机房空调系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机房空调系统及控制方法，该系统包括由压缩机、冷凝器、第一节流装置以及双向换热器依次串联构成的制冷剂回路，由双向换热器、第一换热装置、液泵、第一选通阀件以及节能换热器依次串联构成的载冷剂回路；第一换热装置与机房内的发热设备对应设置；制冷剂回路与载冷剂回路通过双向换热器连接。本发明当环境温度高于冷冻水回流温度，或室外温度低于冷冻水回流温度且温差没有达到第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于冷冻水回流温度且温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行，并可降低成本。

Description

机房空调系统及控制方法

技术领域

本发明涉及空调制冷技术领域，尤其涉及一种应用于通讯基站的机房空调系统及控制方法。

背景技术

通讯基站机房内运行着大量的计算机、服务器等IT(Information Technology，信息产业)设备。随着材料科学的不断发展，机房内各种通讯设备在体积上不断缩小，但其传输、存储的信息量却在不断提高，导致机房内单位机柜的功率密度及热量密度大幅提高，同时，使得机房内长期存在的温度分布不均、气流组织紊乱及以IT设备为核心的“热点”等问题显得更为突出。这些问题均会影响到设备的使用寿命及运行的安全可靠性。为了满足基站机房内不断增长的散热需求，需要有高可靠、高精度、低能耗的机房空调系统来降低环境温度，以满足设备运行要求，机房空调的系统结构也越来越倾向于节能化与高效化。

目前，基站机房内普遍采用全空间空气冷却方式，其具有系统结构简单、运行过程安全的优点，但是，在对IT设备进行冷却的同时，有相当部分的冷却负荷用于室内的维护结构，造成严重的能源浪费。随着机房内设备热密度越来越高，且不同种类设备之间存在热负荷差异，传统机房空调的全空间冷却方式已不能有效满足机房内设备的散热需求，高热密度设备运行的安全性及可靠性受到严重威胁。

此外，通过管道送风方式将冷空气送到机房“热点”的气流组织结构，虽然会使机房设备的散热情况得到有效改善，但由于冷空气被输送的流程较长，沿程损失较大，系统需要选用较大功率的风机，导致电量消耗较大。另外，送风管道占用机房空间，且风机运行产生的噪音大，影响整个基站的运行环境。

为了实现节能，目前空调行业也有利用自然冷源对设备进行制冷的方式，该方式是将压缩机制冷系统与节能运行系统相结合，以满足机房内的恒温恒湿要求，又可实现机组的节能。但是，现有的这种制冷方式是将外界环境中的冷空气直接引入机房内，则增加了额外风机及管路设备，增加了成本，同时新风质量和机房设备的洁净度难以控制，在实际应用中的节能效果并不明显。

发明内容

本发明的主要目的是提供了一种可靠充分利用自然冷源、针对机房“热点”集中提供冷量的机房空调系统及控制方法。

为了达到上述目的，本发明提出一种机房空调系统，包括：制冷剂回路和载冷剂回路，其中：

所述制冷剂回路包括：依次串联的压缩机、冷凝器、第一节流装置以及双向换热器；

所述载冷剂回路包括：依次串联的所述双向换热器、第一换热装置、液泵、第一选通阀件以及节能换热器，所述第一选通阀件的输入端连接所述液泵的输出端，所述第一选通阀件的第一输出端连接所述节能换热器的输入端，所述第一选通阀件的第二输出端连接所述节能换热器的输出端和所述双向换热器的输入端；

所述第一换热装置与机房内的发热设备对应设置；

所述制冷剂回路与所述载冷剂回路通过所述双向换热器连接。

优选地，所述载冷剂回路还包括第二选通阀件，所述第二选通阀件的输入端连接所述节能换热器的输出端和所述第一选通阀件的第二输出端，所述第二选通阀件的第一输出端连接所述双向换热器的输入端，所述第二选通阀件的第二输出端连接所述双向换热器的输出端和所述第一换热装置的输入端。

优选地，所述制冷剂回路还包括第二节流装置和第二换热装置，所述第二节流装置的输入端连接所述冷凝器的输出端和所述第一节流装置的输入端，所述第二节流装置的输出端串联连接所述第二换热装置的输入端，所述第二换热装置的输出端连接所述双向换热器的输出端和所述压缩机的输入端。

优选地，所述第一换热装置包括：第一换热器组和第二换热器组，所述第一换热器组与所述第二换热器组串联或并联。

优选地，所述第一换热器组包括至少一个以上并联的换热器，所述第二换热器组包括至少一个以上并联的换热器。

优选地，所述第一选通阀件为第一三通电动阀。

优选地，所述第一选通阀件为第一三通电动阀，和/或所述第二选通阀件为第二三通电动阀。

优选地，所述第一选通阀件包括：第一二通电动阀和第二二通电动阀，所述第一二通电动阀的输入端和所述第二二通电动阀的输入端连接并作为所述第一选通阀件的输入端，所述第一二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第一输出端，所述第二二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第二输出端。

优选地，所述第一选通阀件包括：第一二通电动阀和第二二通电动阀，所述第一二通电动阀的输入端和所述第二二通电动阀的输入端连接并作为所述第一选通阀件的输入端，所述第一二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第一输出端，所述第二二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第二输出端；

和/或所述第二选通阀件包括：第三二通电动阀和第四二通电动阀，所述第三二通电动阀的输入端和所述第四二通电动阀的输入端连接并作为所述第二选通阀件的输入端，所述第三二通电动阀的输出端即为所述第二选通阀件的第一输出端，所述第四二通电动阀的输出端即为所述第二选通阀件的第二输出端。

优选地，所述冷凝器与所述节能换热器共同连接一风机；或者，所述冷凝器与所述节能换热器分别连接一风机。

优选地，还包括控制器，用于通过所述第一选通阀件控制载冷剂回路及压缩机运行，使所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。

优选地，所述载冷剂回路还包括：第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述节能换热器的回风口，用于测量室外温度，所述第二温度传感器设置在所述液泵的输入端或输出端，用于测量流经液泵的载冷剂的回流温度，所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号传输端均与所述控制器连接。

本发明还提出一种控制如上所述的机房空调系统的方法，包括以下步骤：

控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测室外温度和载冷剂回路中载冷剂的回流温度，并比较载冷剂的回流温度与室外温度；

根据所述载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，通过第一选通阀件控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。

优选地，所述根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式的步骤包括：

当室外温度低于所述载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，控制器控制所述载冷剂回路中的第一选通阀件使节能换热器工作，所述机房空调系统启动节能运行模式；

当室外温度高于所述载冷剂的回流温度，或者室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差小于或等于所述第一预定值时，控制器控制所述第一选通阀件使所述节能换热器不工作，所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式。

优选地，所述根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式的步骤还包括：

当室外温度低于所述载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值并小于第二预定值时，控制器控制所述第一选通阀件使节能换热器工作，所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式与节能运行模式共存模式。

本发明提出的一种机房空调系统及控制方法，采用压缩机制冷和节能制冷两种模式，当室外温度高于载冷剂回流温度，或者室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式，压缩机可实现变频调节或停机，既减小了双向换热器热负荷，同时使压缩机功率降低、能耗降低，提高了循环的制冷系数及换热效果，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行；此外，本发明直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷，进一步节省了能耗；节能换热器与冷凝器可以共用一风机，减少了节能管路的设备增加数目，降低了设备成本投入及系统中的风机能耗。

附图说明

图1是本发明机房空调系统第一实施例的结构示意图；

图2是本发明机房空调系统第二实施例的结构示意图；

图3是本发明机房空调系统第三实施例的结构示意图；

图4是本发明机房空调系统第四实施例的结构示意图；

图5是本发明机房空调系统第五实施例的结构示意图；

图6是本发明机房空调系统第六实施例的结构示意图；

图7是本发明机房空调系统第七实施例的结构示意图；

图8是本发明机房空调系统第八实施例的结构示意图；

图9是本发明机房空调系统第九实施例的结构示意图；

图10是本发明机房空调系统第十实施例的结构示意图；

图11是本发明机房空调系统的控制方法较佳实施例的流程示意图；

图12是本发明机房空调系统的控制方法较佳实施例中根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，控制机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明的主要解决方案是：采用压缩机制冷和节能运行两种模式，当室外温度高于载冷剂的回流温度，或者室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式，压缩机可实现变频调节或停机，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行。

为了实现节能，可考虑利用自然冷源并结合压缩机对设备进行制冷，以满足机房内的恒温恒湿要求，又可实现机组的节能。当冬天室外环境温度很低时，若将环境中冷空气直接引入机房内，则增加了额外风机及管路设备，且新风质量和机房设备的洁净度难以控制，若通过换热器使乙二醇等载冷剂或者水直接和室外空气进行热交换，然后低温的乙二醇或者水流过室内盘管放出冷量，其他时间使用压缩机来进行制冷，从而充分利用了室内外温差，实现了机组的节能运行。本发明正是基于以上节能工作原理，将压缩机制冷技术和自然冷源利用技术相结合，提出了一套解决机房内局部过热及机组能耗过高等问题的系统解决方案，使系统更加优化、结构更加简洁，同时降低了投入成本。

具体地，请参照图1，图1为本发明机房空调系统第一实施例的结构示意图，本实施例系统包括：以制冷剂为制冷媒介的制冷剂回路、以载冷剂为载冷媒介的载冷剂回路以及一控制器、第一温度传感器和第二温度传感器(图中未示出)，第一温度传感器和第二温度传感器的信号传输端均与控制器连接。第一温度传感器用于测量室外温度，第二温度传感器用于测量载冷剂回路的回流温度，控制器用于根据第一温度传感器测量的室外温度和第二温度传感器测量的载冷剂的回流温度，控制载冷剂回路及制冷剂回路，使机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。其中：载冷剂回路中的载冷剂可以采用冷冻水或乙二醇等，本实施例以冷冻水进行举例说明。

具体地，本实施例中，制冷剂回路包括：一压缩机1、一冷凝器2、一第一节流装置3以及一双向换热器4，上述压缩机1、冷凝器2、第一节流装置3以及双向换热器4依次串联构成一个回路。

载冷剂回路包括：上述双向换热器4、第一换热装置5、一液泵6、一节能换热器7、第一选通阀门8，第一选通阀件8连接在节能换热器7的两端，第一选通阀件8由上述控制器控制，进一步控制节能换热器7工作。

上述制冷剂回路与载冷剂回路通过双向换热器4连接。当载冷剂回路中的载冷剂为冷冻水时，上述液泵6可以为水泵。

当节能换热器7需要工作时，控制器控制第一选通阀件8使节能换热器7接入载冷剂回路，双向换热器4、第一换热装置5、液泵6、节能换热器7依次串联构成一回路，当节能换热器7不需要工作时，控制器控制第一选通阀件8使节能换热器7断开与载冷剂回路的连接，双向换热器4、第一换热装置5、液泵6、第一选通阀件8依次串联构成一回路。

制冷剂回路在双向换热器4内产生冷量，该冷量通过双向换热器4对载冷剂回路中的冷冻水进行降温，降温后的冷冻水通过第一换热装置5对相应的发热设备进行制冷。

本实施例中冷凝器2与节能换热器7均位于机房外，且冷凝器2与节能换热器7共用一个风机(图中未示出)，以减少节能管路的设备数目，降低设备成本投入及系统中的风机能耗。其中，冷凝器2的换热盘管与节能换热器7的节能盘管需紧凑设置，两者相对安装位置应符合要求。在其他实施方式中，冷凝器2与节能换热器7也可各自连接一个风机。

上述第一换热装置5、压缩机1、液泵6、第一选通阀件8、双向换热器4及第一节流装置3均位于机房内。

第一温度传感器设置在节能换热器7的回风口，用于测量室外温度，第二温度传感器设置在液泵6的输入端或输出端，用于测量流经液泵6的载冷剂的回流温度，第一温度传感器和第二温度传感器的信号传输端均与控制器连接。

第一换热装置5与机房内的发热设备对应设置。

当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，控制器控制第一选通阀件8使节能换热器7工作，由双向换热器4、第一换热装置5、液泵6、节能换热器7依次串联构成载冷剂回路。

当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于上述第一预定值时，控制器控制第一选通阀件8使节能换热器7不工作，由双向换热器4、第一换热装置5、液泵6依次串联构成载冷剂回路。

其中，上述第一预定值可以根据实际需要进行设定，比如可以为2度或3度等。

本实施例通过制冷剂回路、载冷剂回路及控制器实现压缩机制冷和节能运行两种模式的交互运行，其基本工作原理为：

制冷剂回路在双向换热器4内产生冷量，该冷量通过双向换热器4对载冷剂回路中的冷冻水进行降温，降温后的冷冻水通过第一换热装置5对相应的发热设备进行制冷。当环境温度改变时，由控制器控制第一选通阀件8，进而控制载冷剂回路，使系统在压缩机制冷模式或节能运行模式下运行，以实现节能的目的。

控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器分别不断检测室外温度和载冷剂回路中冷冻水的回流温度，并比较冷冻水的回流温度与室外温度，当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式。

对应压缩机制冷模式，由于环境温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值，发热设备运行所需的冷量完全由压缩机1提供，系统运行包括制冷剂回路和载冷剂回路两部分。

在制冷剂回路中，高温高压的制冷剂蒸气被排出压缩机1后进入室外的风冷冷凝器2，并在冷凝器2中冷凝成常温高压液态制冷剂，液态制冷剂流经第一节流装置3节流降压后，进入双向换热器4进行蒸发制冷，将冷冻水冷却，流出双向换热器4的低温低压制冷剂蒸气被吸入压缩机1进行下一制冷循环。

在载冷剂回路中，冷冻水在双向换热器4内被冷却后，进入第一换热装置5放出冷量冷却发热设备。冷冻水在液泵6驱动下流经第一选通阀件8，吸收冷量后继续下一循环。

对应节能运行模式，当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式。冷冻水的回水在液泵6的驱动下流经第一选通阀件8，进入节能换热器7的节能盘管吸收空气中的冷量，温度降低后继续流经双向换热器4被冷却，此时压缩机1负荷有所降低，功率减小，实现节能降耗。

当环境温度较低且节能换热器7的节能盘管换热量足以满足基站机房内所需的冷量时，比如当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第二预定值时，压缩机1可停机，机房内的冷负荷完全由室外自然冷源(冷空气)提供。

因此，本实施例采用压缩机制冷和节能运行两种模式，可以提高系统循环的制冷系数及换热效果，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行；此外，本发明直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷，进一步节省了能耗；节能换热器7与冷凝器2共用一风机，减少了节能管路的设备增加数目，降低了设备成本投入及系统中的风机能耗。

本实施例中第一节流装置3可以为膨胀阀。压缩机1可以为变频压缩机。双向换热器可以为板式换热器。

请参照图2，图2为本发明机房空调系统第二实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例在第一实施例的基础上，在载冷剂回路中增加了一个双向换热器旁通管路，该旁通管路包括第二选通阀件9，第二选通阀件9的输入端连接节能换热器的输出端和第一选通阀件8的第二输出端，第二选通阀件9的第一输出端连接双向换热器4的输入端，第二选通阀件9的第二输出端连接双向换热器4的输出端和第一换热装置5的输入端。

当系统在节能运行模式下，且压缩机1处于停机状态时，冷冻水可通过旁通管路直接进入机房内的第一换热装置5放出冷量，有效避免了冷冻水在双向换热器4内因管道多而产生的冷量损失和阻力损失。其他与第一实施例相同。

请参照图3，图3为本发明机房空调系统第三实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例中制冷剂回路还包括第二节流装置10和第二换热装置53，第二节流装置10的输入端连接冷凝器2的输出端和第一节流装置5的输入端，第二节流装置10的输出端串联连接第二换热装置5的输入端，第二换热装置10的输出端连接双向换热器4的输出端和压缩机1的输入端。

本实施例在第一实施例的基础上，结合不同发热设备对工作温度要求不同的应用现状，对机房内一个或多个对工作温度要求较低的发热设备采用制冷剂直接冷却的方式，以保证发热设备运行的安全性和可靠性。

以对机房内的两个发热设备：一个服务器及一个电池进行制冷为例来说明。

第一换热装置5对应机房中的服务器设置，第二换热装置53对应机房中的电池设置，由于电池对制冷温度要求较低，将其对应的第二换热装置53连接在制冷剂回路中，直接通过制冷剂冷却电池，保证了电池运行的安全性和可靠性。

本实施例中第二节流装置10可以为膨胀阀，其他与第一实施例相同。

请参照图4，图4为本发明机房空调系统第四实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例中第一换热装置5包括：第一换热器组51和第二换热器组52，第一换热器组51与第二换热器组52串联。

以对机房内的两个发热设备：一个服务器及一个电池进行制冷为例来说明。

第一换热器组51对应机房中的电池设置，第一换热器组52对应机房中的服务器设置，由于电池对制冷温度要求较低，本实施例第一换热装置5内的各换热器组采用以下连接方式：

将与电池对应的第一换热器组51的输入端连接双向换热器4，将与服务器对应的第二换热器组52的输出端与液泵6连接。

采用上述串联的连接方式，可实现冷量的梯级利用。由此，来自双向换热器4的冷冻水首先经第一换热器组51对电池制冷，然后，从第一换热器组51出来的冷冻水进入第二换热器组52，对制冷温度相对电池较高的服务器进行制冷，从而保证了电池运行的安全性和可靠性。

本实施例中第一换热装置5中的换热器组可以为两个以上，同时，作为本实施例的一种变形实施方式，本实施例中的第一换热器组51与第二换热器组52也可以采用并联的方式，比如，并联的第一换热器组51与第二换热器组52分别对应机房中的电池和服务器。由此，通过两组或多组换热器分别实现了对机房内多个换热设备的制冷。

此外，本实施例还可以与上述第二实施例和/或第三实施例组合实施，比如在本实施例的基础上，在载冷剂回路中增加第二实施例中的第二选通阀件9(如图2所示)，当系统在节能运行模式下，且压缩机1处于停机状态时，冷冻水可通过旁通管路直接进入机房内的第一换热装置5放出冷量，有效避免了冷冻水在双向换热器4内因管道多而产生的冷量损失和阻力损失。

还比如，在本实施例的基础上，在制冷剂回路中增加上述第三实施例中的第二节流装置10和第二换热装置53(如图3所示)，可以结合不同发热设备对工作温度要求不同的应用现状，对机房内一个或多个对工作温度要求较低的发热设备采用制冷剂直接冷却的方式，以保证发热设备运行的安全性和可靠性。

其他与第一实施例相同。

请参照图5，图5为本发明机房空调系统第五实施例的结构示意图，本实施例与上述第四实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，第一换热装置5包括相互串联的第一换热器组51和第二换热器组52，其不同之处在于，本实施例中第一换热器组51包括至少一个以上并联的换热511，具体以两个为例；第二换热器组52包括至少一个以上并联的换热器521，具体以两个为例。

本实施例的上述结构，对应机房中发热设备较多的情形，采用两个或两个以上换热器并联后组成的第一换热器组51与两个或两个以上换热器并联后组成的第二换热器组52进行串联的这种混合连接方式，分别给对应的发热设备制冷，并可实现冷量的梯级利用，满足了实际应用场景的需求。其他与第四实施例相同。

请参照图6，图6为本发明机房空调系统第六实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例中第一选通阀件8具体为第一三通电动阀。

第一三通电动阀的输入端连接液泵6的输出端，第一三通电动阀的第一输出端和第二输出端分别连接节能换热器7的输入端和输出端。本实施例第一选通阀件8具体选用第一三通电动阀，使得系统结构简单，投入成本较低。其他与第一实施例相同。

需要说明的是，本实施例还可以与上述第三实施例结合实施，比如，在本实施例的基础上，在制冷剂回路中增加上述第三实施例中的第二节流装置10和第二换热装置53(如图3所示)，由此，结合不同发热设备对工作温度要求不同的应用现状，对机房内一个或多个对工作温度要求较低的发热设备采用制冷剂直接冷却的方式，以保证发热设备运行的安全性和可靠性。

请参照图7，图7为本发明机房空调系统第七实施例的结构示意图，本实施例与上述第二实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8、第二选通阀件9，其不同之处在于，本实施例中第一选通阀件8具体为第一三通电动阀，第二选通阀件9具体为第二三通电动阀。

其中，第一三通电动阀的输入端连接液泵6的输出端，第一三通电动阀的第一输出端和第二输出端分别连接节能换热器7的输入端和输出端。

第二三通电动阀的输入端连接节能换热器7的输出端和第一三通电动阀的第二输出端，第二三通电动阀的第一输出端连接双向换热器4的输入端，第二三通电动阀的第二输出端连接双向换热器4的输出端和第一换热装置5的输入端。

本实施例第一选通阀件8具体为第一三通电动阀，第二选通阀件9具体为第二三通电动阀，使得系统结构简单，投入成本较低。其他与第二实施例相同。

此外，作为本实施例的变形实施方式，本实施例中也可以仅第一选通阀件8具体选用第一三通电动阀，第二选通阀件9可以选用其他阀件；或者，仅第二选通阀件9具体选用第二三通电动阀，第一选通阀件8可以选用其他阀件。

请参照图8，图8为本发明机房空调系统第八实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例的第一选通阀件8包括：第一二通电动阀81和第二二通电动阀82，其中：

第一二通电动阀81的输入端和第二二通电动阀82的输入端连接并作为第一选通阀件8的输入端，第一二通电动阀81的输出端即为第一选通阀件8的第一输出端，第二二通电动阀82的输出端即为第一选通阀件8的第二输出端。

当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，控制器使第一二通电动阀81导通，第二二通电动阀82关闭，节能换热器7工作，由双向换热器4、第一换热装置5、液泵6、节能换热器7依次串联构成载冷剂回路。

当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于上述第一预定值时，控制器使第一二通电动阀81关闭，第二二通电动阀82导通，节能换热器7不工作，由双向换热器4、第一换热装置5、液泵6、第二二通电动阀82依次串联构成载冷剂回路。

其中，上述第一预定值可以根据实际需要进行设定，比如可以为2度或3度等。

本实施例通过制冷剂回路、载冷剂回路及控制器实现压缩机制冷和节能运行两种模式的交互运行，其基本工作原理为：

制冷剂回路在双向换热器4内产生冷量，该冷量通过双向换热器4对载冷剂回路中的冷冻水进行降温，降温后的冷冻水通过第一换热装置5对相应的发热设备进行制冷。当环境温度改变时，第一二通电动阀81和第二二通电动阀82配合控制载冷剂回路，使系统在压缩机制冷模式或节能运行模式下运行，以实现节能的目的。

控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测室外温度和载冷剂回路中载冷剂的回流温度，并比较冷冻水的回流温度与室外温度，当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式。

对应压缩机制冷模式，由于环境温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值，机房内发热设备运行所需的冷量完全由压缩机1提供，系统运行包括制冷剂回路和载冷剂回路两部分。

在制冷剂回路中，高温高压的制冷剂蒸气被排出压缩机1后进入室外的风冷冷凝器2，并在冷凝器2中冷凝成常温高压液态制冷剂，液态制冷剂流经第一节流装置3节流降压后，进入双向换热器4进行蒸发制冷，将冷冻水冷却，流出双向换热器4的低温低压制冷剂蒸气被吸入压缩机1进行下一制冷循环。

在载冷剂回路中，冷冻水在双向换热器4内被冷却后，进入第一换热装置5放出冷量冷却发热设备。冷冻水在液泵6驱动下流经第二二通电动阀82(第一二通电动阀81关闭)进入双向换热器4，吸收冷量后继续下一循环。

对应节能运行模式，当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式。冷冻水的回水在液泵6的驱动下流经第一二通电动阀81(第二二通电动阀82关闭)，进入节能换热器7的节能盘管吸收空气中的冷量，温度降低后继续流经双向换热器4被冷却，此时压缩机1负荷有所降低，功率减小，实现节能降耗。

当环境温度较低且节能换热器7的节能盘管换热量足以满足基站机房内所需的冷量时，比如当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第二预定值时，压缩机1可停机，机房内的冷负荷完全由室外自然冷源(冷空气)提供。

因此，本实施例采用压缩机制冷和节能运行两种模式，可以提高系统循环的制冷系数及换热效果，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行；此外，本发明直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷，进一步节省了能耗；节能换热器7与冷凝器2共用一风机，减少了节能管路的设备增加数目，降低了设备成本投入及系统中的风机能耗。

此外，本实施例还可以与上述第三实施例结合实施例，比如，可以在本实施例的制冷剂回路中增加上述第三实施例中的第二节流装置10和第二换热装置53(如图3所示)，由此，结合不同发热设备对工作温度要求不同的应用现状，对机房内一个或多个对工作温度要求较低的发热设备采用制冷剂直接冷却的方式，以保证发热设备运行的安全性和可靠性。

请参照图9，图9为本发明机房空调系统第九实施例的结构示意图，本实施例与上述第二实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8、第二选通阀件9，其不同之处在于，本实施例中，第一选通阀件包括：第一二通电动阀81和第二二通电动阀82，第一二通电动阀81的输入端和第二二通电动阀82的输入端连接并作为第一选通阀件8的输入端，第一二通电动阀81的输出端即为第一选通阀件8的第一输出端，第二二通电动阀82的输出端即为第一选通阀件8的第二输出端。

同时，本实施例中第二选通阀件9包括：第三二通电动阀91和第四二通电动阀92，第三二通电动阀91的输入端和第四二通电动阀92的输入端连接并作为第二选通阀件9的输入端，第三二通电动阀91的输出端即为第二选通阀件9的第一输出端，第四二通电动阀92的输出端即为第二选通阀件9的第二输出端。

本实施例实现了机房空调系统在压缩机制冷和节能运行两种模式下切换运行，提高了系统循环的制冷系数及换热效果，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行；同时，当系统在节能运行模式下，且压缩机1处于停机状态时，冷冻水可通过第二选通阀件9中第三二通电动阀91和第四二通电动阀92的配合，直接进入机房内的第一换热装置5放出冷量，有效避免了冷冻水在双向换热器4内因管道多而产生的冷量损失和阻力损失。其他与第二实施例相同。

此外，本实施例中还可以仅设置第一选通阀件8包括第一二通电动阀81和第二二通电动阀82，第二选通阀件9采用其他阀件；或者，仅设置第二选通阀件9包括第三二通电动阀91和第四二通电动阀92，第一选通阀件8采用其他阀件，均可达到本实施例的效果。

请参照图10，图10为本发明机房空调系统第十实施例的结构示意图，本实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例在第一实施例的基础上，将两个或多个冷冻水的液泵6并联使用。当系统在节能运行模式下时，采用两个或多个液泵6同时运行可以提高冷冻水的流速和流量，大大提高各换热器的换热效果。其他与第一实施例相同。

本发明机房空调系统第十一实施例与上述第一实施例相似，系统均包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，其不同之处在于，本实施例在第一实施例的基础上，采用两个或多个压缩机1并联使用，通过控制压缩机1运行的数目来保证系统在高负荷下运行时，能满足系统的制冷需求，在节能模式下运行时又能达到节能的效果。其他与第一实施例相同。

本发明机房空调系统第十二实施例结合上述相应实施例的特点，并设置了各种阀门和系统附件，以确保系统运行的高安全性和高可靠性，具体地，该系统包括：压缩机1、双向换热器4、第一节流装置3、冷凝器2、两个并联的液泵6、第一换热装置5、节能换热器7、第一选通阀件8，该第一选通阀件8包括第一二通电动阀81和第二二通电动阀82；第一换热装置5包括相互串联的第一换热器组51和第二换热器组52，第一换热器组51包括一个换热器521，第二换热器组52包括两个并联的换热器521、522。

同时，本实施例在制冷剂回路中增设了排气温度开关、高压开关、低压开关、视液镜及干燥过滤器，其中：

高压开关及排气温度开关依次连接在压缩机1与冷凝器2之间；低压开关连接在压缩机1与双向换热器4之间；视液镜及干燥过滤器依次连接在第一节流装置3与冷凝器2之间。在具体实施时，上述排气温度开关也可以由排气温度传感器代替。

由于从压缩机1输出的是高温高压的制冷剂蒸汽，通过高压开关来检测制冷剂蒸汽的压力是否超过预定的阀值，并通过排气温度开关来检测制冷剂蒸汽的温度是否超过预定的阀值，以保证系统运行的安全性和可靠性。

进入压缩机1的是低温低压的制冷剂蒸汽，本实施例通过低压开关来检测制冷剂蒸汽的压力是否过低，以防止压缩机1运行效率过低，降低能耗。

上述视液镜用来探视制冷剂回路内部运行状态。

干燥过滤器用来对制冷剂回路中的制冷剂进行干燥过滤。

同时，本实施例还在载冷剂回路中增设了排气阀、止回阀、安全阀、补水阀、膨胀罐及排水阀，其中：

排气阀及止回阀依次连接在第一选通阀件8与液泵6之间；安全阀、补水阀、膨胀罐依次连接在液泵6与第一换热装置5之间；排水阀连接在双向换热器4与第一换热装置5之间。

上述排气阀用来排除载冷剂回路中的存在的空气，防止回路受阻，影响系统效率。

止回阀用来防止从液泵6输出的冷冻水倒流回液泵，每个液泵6均配置有一止回阀。

安全阀主要用来对载冷剂回路起安全保护作用，防止系统突发故障，提高系统运行的可靠性。

补水阀用来对载冷剂回路进行补水，由于载冷剂回路中各元件连接处可能会发生渗漏或渗透而造成冷冻水流失，因此需要补水阀对载冷剂回路进行补水。

膨胀罐用来调节载冷剂回路中的冷冻水的水量，使载冷剂回路中的冷冻水保持正常的工作量。

排水阀根据系统实际需要，对载冷剂回路进行排水。

其他与上述相应实施例相同。

需要说明的是，根据实际场景需要，上述各实施例可相互任意组合实施。

上述各实施例中，制冷剂回路所采用的制冷剂可以选用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不会破坏臭氧层，其工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，制冷效率高，可提高空调性能。

上述各实施例中，载冷剂回路所采用的冷冻水媒介还可由其他载冷剂比如乙二醇等替代。

相比现有的基站机房空调制冷系统，本发明的机房空调系统具有以下优点(以第一选通阀件包括第一二通电动阀和第二二通电动阀为例)：

1)当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，冷冻水经第一二通电动阀进入节能换热器的节能盘管，在冷凝器风机的强制对流换热作用下，冷冻水吸收环境冷量，既减小了双向换热器的热负荷，同时使压缩机功率降低、能耗降低，提高了循环的制冷系数；在节能运行模式启动后，可通过两个或多个冷冻液泵同时运行，提高载冷剂回路的水流速及流量，以提高系统中各换热器的换热效率，实现环境冷量的充分利用；当室外的节能换热器足以提供服务器及电池所需的冷量时，压缩机可停机，实现压缩机零能耗及整个制冷系统的低能耗运行。

2)当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于所述冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于所述第一预定值时，冷冻水的回水流经第二二通电动阀(第一二通电动阀关闭)，直接进入双向换热器吸收冷量，大大降低了管路的冷量损失及阻力损失，此时，电池及服务器所需冷量由压缩机所在的制冷剂回路提供，此时，只需要一个冷冻水的液泵运行，即可满足系统对水流量及换热的需求。

3)电池的换热器与服务器的换热器采用串联方式。对发热量不同和工作温度要求不同的发热设备进行有针对性的冷却，实现了冷量梯级利用，提高了发热设备的环境控制精度。由于电池较服务器热负荷小，所需冷量少，冷冻水流出电池的换热器后仍能为服务器提供足够冷量。另一方面，串联方式较并联方式减少了管路长度及复杂度，降低了管路的冷量损失，大大提高了冷量的利用效率。

4)直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷。

如图11所示，本发明提出的一种机房空调系统的控制方法，包括：

步骤S101，控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测室外温度和载冷剂回路中载冷剂的回流温度，并比较载冷剂的回流温度与室外温度；

步骤S102，根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，通过第一选通阀件控制机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。

如图12所示，上述步骤S102具体包括：

步骤S1021，判断室外温度是否低于载冷剂的回流温度；若是，则进入步骤S1022；否则，进入步骤S1025；

步骤S1022，判断室外温度与载冷剂的回流温度之间的温差，若温差小于或等于第一预定值，则进入步骤S1025；若大于第一预定值并小于第二预定值，则进入步骤S1024；若大于第二预定值，则进入步骤S1023；

步骤S1023，控制器控制载冷剂回路中的第一选通阀件使节能换热器工作，机房空调系统切换至节能运行模式；

步骤S1024，控制器控制第一选通阀件使节能换热器工作，机房空调系统切换至压缩机制冷模式与节能运行模式共存模式；

步骤S1025，控制器控制第一选通阀件使节能换热器不工作，机房空调系统切换至压缩机制冷模式。

在本实施例中，控制器通过温度传感器不断检测载冷剂回路中冷冻水的回流温度，并比较冷冻水的回流温度与室外温度，当室外温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式。

对应压缩机制冷模式，由于环境温度高于冷冻水的回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值，电池及服务器运行所需的冷量完全由压缩机提供。

对应节能运行模式，当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式，若环境温度与冷冻水的回流温度之间的温差大于第一预定值并小于第二预定值，系统在压缩机制冷模式与节能运行模式两种模式共存下工作，使得压缩机负荷有所降低，功率减小，实现节能降耗。

当环境温度较低且制冷剂回路中的节能换热器的换热量足以满足基站机房内所需的冷量时，比如当环境温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第二预定值时，压缩机可停机，机房内的冷负荷完全由室外自然冷源(冷空气)提供，此时系统完全在节能运行模式下工作。

因此，本实施例采用压缩机制冷和节能运行两种模式，可以提高系统循环的制冷系数及换热效果，充分利用自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行；此外，本发明直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷，进一步节省了能耗。

本实施例方法所应用的机房空调系统的基本原理请参照上述各实施例，在此不再赘述。

本发明实施例机房空调系统及控制方法，采用压缩机制冷和节能运行两种模式，当环境温度高于冷冻水回流温度，或者室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差小于或等于第一预定值时，系统采用压缩机制冷模式；当室外温度低于冷冻水的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，系统启动节能运行模式，压缩机可实现变频调节或停机，既减小了双向换热器热负荷，同时使压缩机功率降低、能耗降低，提高了循环的制冷系数及换热效果，解决了基站内设备“热点”问题，同时充分利用了自然冷源及压缩机变频调节技术，实现了制冷系统的节能运行。

此外，本发明直接对机房内的发热设备进行冷却，无需对发热设备外其他空间进行冷却，减少了空调面积，降低了冷负荷，进一步节省了能耗；节能换热器与冷凝器可以共用一风机，减少了节能管路的设备增加数目，降低了设备成本投入及系统中的风机能耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种机房空调系统，其特征在于，包括：制冷剂回路和载冷剂回路，其中：

所述制冷剂回路包括：依次串联的压缩机、冷凝器、第一节流装置以及双向换热器；

所述载冷剂回路包括：依次串联的所述双向换热器、第一换热装置、液泵、第一选通阀件以及节能换热器，所述第一选通阀件的输入端连接所述液泵的输出端，所述第一选通阀件的第一输出端连接所述节能换热器的输入端，所述第一选通阀件的第二输出端连接所述节能换热器的输出端和所述双向换热器的输入端；

所述第一换热装置与机房内的发热设备对应设置；

所述制冷剂回路与所述载冷剂回路通过所述双向换热器连接。

2.根据权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述载冷剂回路还包括第二选通阀件，所述第二选通阀件的输入端连接所述节能换热器的输出端和所述第一选通阀件的第二输出端，所述第二选通阀件的第一输出端连接所述双向换热器的输入端，所述第二选通阀件的第二输出端连接所述双向换热器的输出端和所述第一换热装置的输入端。

3.根据权利要求1所述的机房空调系统，其特征在于，所述制冷剂回路还包括第二节流装置和第二换热装置，所述第二节流装置的输入端连接所述冷凝器的输出端和所述第一节流装置的输入端，所述第二节流装置的输出端串联连接所述第二换热装置的输入端，所述第二换热装置的输出端连接所述双向换热器的输出端和所述压缩机的输入端。

4.根据权利要求1-3中任一所述的机房空调系统，其特征在于，所述第一换热装置包括：第一换热器组和第二换热器组，所述第一换热器组与所述第二换热器组串联或并联。

5.根据权利要求4所述的机房空调系统，其特征在于，所述第一换热器组包括至少一个以上并联的换热器，所述第二换热器组包括至少一个以上并联的换热器。

6.根据权利要求1或3中任一所述的机房空调系统，其特征在于，所述第一选通阀件为第一三通电动阀。

7.根据权利要求2所述的机房空调系统，其特征在于，所述第一选通阀件为第一三通电动阀，和/或所述第二选通阀件为第二三通电动阀。

8.根据权利要求1或3中任一所述的机房空调系统，其特征在于，

所述第一选通阀件包括：第一二通电动阀和第二二通电动阀，所述第一二通电动阀的输入端和所述第二二通电动阀的输入端连接并作为所述第一选通阀件的输入端，所述第一二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第一输出端，所述第二二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第二输出端。

9.根据权利要求2所述的机房空调系统，其特征在于，

所述第一选通阀件包括：第一二通电动阀和第二二通电动阀，所述第一二通电动阀的输入端和所述第二二通电动阀的输入端连接并作为所述第一选通阀件的输入端，所述第一二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第一输出端，所述第二二通电动阀的输出端即为所述第一选通阀件的第二输出端；

和/或所述第二选通阀件包括：第三二通电动阀和第四二通电动阀，所述第三二通电动阀的输入端和所述第四二通电动阀的输入端连接并作为所述第二选通阀件的输入端，所述第三二通电动阀的输出端即为所述第二选通阀件的第一输出端，所述第四二通电动阀的输出端即为所述第二选通阀件的第二输出端。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述冷凝器与所述节能换热器共同连接一风机；或者，所述冷凝器与所述节能换热器分别连接一风机。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的机房空调系统，其特征在于，还包括控制器，用于通过所述第一选通阀件控制载冷剂回路及压缩机运行，使所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。

12.根据权利要求11所述的机房空调系统，其特征在于，

所述载冷剂回路还包括：第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述节能换热器的回风口，用于测量室外温度，所述第二温度传感器设置在所述液泵的输入端或输出端，用于测量流经液泵的载冷剂的回流温度，所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号传输端均与所述控制器连接。

13.一种控制权利要求12所述的机房空调系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器分别检测室外温度和载冷剂回路中载冷剂的回流温度，并比较载冷剂的回流温度与室外温度；

根据所述载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，通过第一选通阀件控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式的步骤包括：

当室外温度低于所述载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值时，控制器控制所述载冷剂回路中的第一选通阀件使节能换热器工作，所述机房空调系统启动节能运行模式；

当室外温度高于所述载冷剂的回流温度，或者室外温度低于载冷剂的回流温度且两者之间的温差小于或等于所述第一预定值时，控制器控制所述第一选通阀件使所述节能换热器不工作，所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据载冷剂的回流温度与室外温度之间的温差，控制所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式和/或节能运行模式的步骤还包括：

当室外温度低于所述载冷剂的回流温度且两者之间的温差大于第一预定值并小于第二预定值时，控制器控制所述第一选通阀件使节能换热器工作，所述机房空调系统切换至压缩机制冷模式与节能运行模式共存模式。