CN103900221A

CN103900221A - 一种自然冷却控制系统及其控制方法

Info

Publication number: CN103900221A
Application number: CN201410075634.3A
Authority: CN
Inventors: 邱育群; 李敏华; 陈华; 原志锋
Original assignee: Guangdong Shenling Air Conditioning Equipment Co Ltd
Current assignee: Guangdong Shenling Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: CN103900221B

Abstract

本发明公开了一种自然冷却控制系统及其控制方法，系统包括普通空调设备，自然冷却盘管，比例三通阀，进水温度传感器、环境温度传感器和控制系统，普通空调设备包括蒸发器和压缩机；比例三通阀第一进口和自然冷却盘管一端都连接冷媒水进水口，比例三通阀出口与蒸发器连接，比例三通阀第二进口与自然冷却盘管另一端连接；进水温度传感器设置在冷媒水进水口处；普通空调设备、比例三通阀、进水温度传感器和环境温度传感器都与控制系统连接。本控制方法简单有效，能最大限度地利用自然冷却能源，达到节能最大化效果；本控制方法可以在纯压缩机制冷、压缩机和自然冷却混合制冷和纯自然冷却制冷三种制冷模式之间切换达到智能化的目的。

Description

一种自然冷却控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及的是一种自然冷却控制系统及其控制方法。

背景技术

自然冷却因为其节能且清洁，被广泛应用于空调制冷技术上，特别是在需要全年制冷的空调上，应用更加广泛。目前市场上带自然冷却功能的空调设备，一般采用单一条件，即单纯依靠环境温度来判断空调机组在纯压缩机制冷模式、压缩机和自然冷却混合制冷模式和纯自然冷却制冷模式三种方式之间的切换，这样的控制存在弊端，主要体现在以下几个方面：

（1）当自然冷却应用于风冷冷水机组空调设备上时，由于风冷冷水机组在不同的应用场合所需要提供的冷冻水进出水温度不一定相同，比如数据中心，一般要求提供15~19度之间的进水温度，10~14度之间的出水温度就可以了，但在常规的风冷冷水机应用场合中，一般要求风冷冷水机组提供12度左右的进水和7度左右的出水。由于需要提供的冷冻水进出水温度要求在不同的应用场合存在较大的差异要求，进出水温度本身也会随客户负荷的变化而波动的，因此纯粹依靠环境温度来判断三种模式之间的切换会导致机组自然冷却功能在环境温度较高条件下进入时冷量不足，在环境温度较低条件下进入时节能效果不佳的情况发生；

（2）对于风冷冷水机组，由于风冷冷水机组的风冷冷凝器长期放置于室外环境，室外环境清洁条件将直接影响风冷冷凝器的换热性能，同时考虑到风冷冷凝器本身换热能力的衰减，因此如果采用单一的固定环境温度去判断三种模式的切换，随着风冷冷水机组运行时间的延长，模式切换条件的失真度将越来越高，这必然会给使用者和设备维护者都带来一定的困扰，每隔一段时间就需要人工手动去调节三种模式切换的环境温度值，而且调节也会存在不准确性；

（3）同时单纯依据环境温度来决定是否启用自然冷却功能这种传统控制方式的误判断和可能引起的冷量不足等缺陷的概率也相对较高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自然冷却控制系统及其控制方法，旨在解决现有的风冷冷水机组单纯依靠环境温度来判断在三种冷却模式之间切换的控制方式会导致在环境温度较高条件下进入冷量不足，较低条件下进入节能效果不佳；而且不便于设备的维护，设备引起缺陷的概率较高的问题。

本发明的技术方案如下：一种自然冷却控制系统，其中，包括普通空调设备，自然冷却盘管，比例三通阀，进水温度传感器、环境温度传感器和控制系统，所述普通空调设备包括蒸发器和压缩机；比例三通阀的第一进口和自然冷却盘管一端都连接冷媒水的进水口，比例三通阀的出口与蒸发器连接，比例三通阀的第二进口与自然冷却盘管的另一端连接，自然冷却盘管与蒸发器在管路上串联；通过调节比例三通阀第一进口和第二进口的开度，调节冷媒水经过自然冷却盘管的水量，最后全部的冷媒水经过蒸发器后排出；进水温度传感器实时检测进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度，环境温度传感器实时检测室外的环境温度；进水温度传感器设置在冷媒水的进水口处；所述普通空调设备、比例三通阀、进水温度传感器和环境温度传感器都与控制系统连接。

所述的自然冷却控制系统，其中，所述自然冷却控制系统还包括出水温度传感器，所述出水温度传感器设置在冷媒水的出水口处，出水温度传感器与控制系统连接。

一种如上述所述的自然冷却控制系统的控制方法，其中，具体包括以下步骤：

步骤A00：设定各参数值：进水温度传感器实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度为T（进水），环境温度传感器实时测得的室外环境温度为T（环境），Δt1为温度差，进水温度传感器实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度或出水温度传感器实时测得的排出自然冷却控制系统的冷媒水的温度为T（被控），进入自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度或排出自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度为T（设定），客户允许的冷媒水进入或者排出自然冷却控制系统所达到的温度精度为Δt2，t为比例三通水阀的第二进口全开后启动压缩机的时间限制，Δt3为比例三通水阀的第二进口全开超过时间t后压缩机加卸载临界值向右平移的温度值；

步骤B00：进水温度传感器把实时测得的T（进水）反馈给控制系统，环境温度传感器把实时测得的T（环境）反馈给控制系统，控制系统判断T（进水）-T（环境）是否大于等于Δt1，是，执行步骤C00，不是，执行步骤D00；

步骤C00：启动自然冷却功能：控制系统根据进水温度传感器或出水温度传感器实时反馈的温度信息，判断T（被控）与T（设定）-Δt2、T（设定）+Δt2之间的大小关系，若T（设定）+Δt2≤T（被控），执行步骤C10；若T（设定）-Δt2≤T（被控）≤T（设定）+Δt2，执行步骤C20；若T（被控）≤T（设定）-Δt2，执行步骤C30；

步骤C10：控制系统控制比例三通水阀的第一进口全关，第二进口全开，全部冷媒水进入自然冷却盘管；控制系统判断比例三通水阀的第二进口全开时间是否已经超过时间t，是，执行步骤C11，否，执行步骤C12；

步骤C11：控制系统判断T（被控）与T（设定）-Δt2+Δt3、T（设定）+Δt2+Δt3之间的大小关系，若T（被控）≤T（设定）-Δt2+Δt3，执行步骤C111；若T（设定）-Δt2+Δt3≤T（被控）≤T（设定）+Δt2+Δt3，执行步骤C112；若T（设定）+Δt2+Δt3≤T（被控），执行步骤C113；

步骤C111：控制系统判断压缩机是否已启动，是，控制系统控制压缩机卸载，以达到设定的冷却效果；否，控制系统控制压缩机不动作，以达到设定的冷却效果；

步骤C112：控制系统控制压缩机不改变当前的输出，以达到设定的冷却效果；

步骤C113：控制系统判断压缩机是否已启动，是，控制系统控制压缩机加载，以达到设定的冷却效果；否，控制系统控制压缩机启动并加载，以达到设定的冷却效果；

步骤C12：控制系统控制不改变当前设置，以达到设定的冷却效果；

步骤C20：控制系统控制比例三通水阀的开度保持不变，以达到设定的冷却效果；

步骤C30：控制系统控制比例三通水阀的第二进口的开度减少，第一进口的开度增大，以达到设定的冷却效果；

步骤D00：禁用自然冷却功能：控制系统控制比例三通水阀的第一进口全开，第二进口全关，所有冷媒水只通过蒸发器；控制系统判断T（被控）与T（设定）-Δt2、T（设定）+Δt2之间的大小关系，若T（被控）≤T（设定）-Δt2，执行步骤D10；若T（设定）-Δt2≤T（被控）≤T（设定）+Δt2，执行步骤D20；若T（设定）+Δt2≤T（被控），执行步骤D30；

步骤D10：控制系统判断压缩机是否已启动，是，控制系统控制压缩机卸载，否，控制系统控制压缩机不动作，以达到设定的冷却效果；

步骤D20：控制系统控制压缩机不改变当前的输出，以达到设定的冷却效果；

步骤D30：控制系统判断压缩机是否已启动，是，控制系统控制压缩机加载，否，控制系统控制压缩机启动并加载，以达到设定的冷却效果。

所述的自然冷却控制系统的控制方法，其中，所述Δt1=2°C。

所述的自然冷却控制系统的控制方法，其中，所述Δt2=2°C。

所述的自然冷却控制系统的控制方法，其中，所述t=5分钟。

所述的自然冷却控制系统的控制方法，其中，所述Δt3=2°C。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种自然冷却控制系统及其控制方法，本控制方法简单有效，能最大限度地利用自然冷却能源，达到节能最大化的效果；而且本控制方法可以在纯压缩机制冷模式、压缩机和自然冷却混合制冷模式和纯自然冷却制冷模式三种制冷模式之间的切换达到智能化的目的。

附图说明

图1是本发明中自然冷却控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，是本发明中自然冷却控制系统的结构示意图。所述的自然冷却控制系统包括普通空调设备，自然冷却盘管200，比例三通阀300，进水温度传感器400、环境温度传感器700和控制系统500，所述普通空调设备包括蒸发器110和压缩机；比例三通阀300的第一进口1和自然冷却盘管200一端都连接冷媒水的进水口，比例三通阀300的出口2与蒸发器110连接，比例三通阀300的第二进口3与自然冷却盘管200的另一端连接，自然冷却盘管200与蒸发器110在管路上串联；通过调节比例三通阀300第一进口1和第二进口3的开度，调节冷媒水经过自然冷却盘管200的水量，最后全部的冷媒水经过蒸发器110后排出；进水温度传感器400用于实时检测进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度，环境温度传感器700用于实时检测室外的环境温度；进水温度传感器400设置在冷媒水的进水口处；所述普通空调设备、比例三通阀300、进水温度传感器400和环境温度传感器700都与控制系统500连接。

为了实时监控冷媒水的出水温度，更好地控制本自然冷却控制系统在纯压缩机制冷模式、压缩机和自然冷却混合制冷模式和纯自然冷却制冷模式三种制冷模式之间的切换，所述自然冷却控制系统还包括出水温度传感器600，所述出水温度传感器600设置在冷媒水的出水口处，出水温度传感器600与控制系统连接。

一种如上述所述的自然冷却控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤A00：设定各参数值：进水温度传感器400实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度为T（进水），环境温度传感器700实时测得的室外环境温度为T（环境），Δt1为温度差，进水温度传感器400实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度或出水温度传感器600实时测得的排出自然冷却控制系统的冷媒水的温度为T（被控），进入自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度或排出自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度为T（设定），客户允许的冷媒水进入或者排出自然冷却控制系统所达到的温度精度为Δt2，t为比例三通水阀300的第二进口3全开后启动压缩机的时间限制，Δt3为比例三通水阀300的第二进口3全开超过时间t后压缩机加卸载临界值向右平移的温度值；

步骤B00：进水温度传感器400把实时测得的T（进水）反馈给控制系统500，环境温度传感器700把实时测得的T（环境）反馈给控制系统500，控制系统500判断T（进水）-T（环境）是否大于等于Δt1，是，执行步骤C00，不是，执行步骤D00；

步骤C00：启动自然冷却功能：控制系统500根据进水温度传感器400或出水温度传感器600实时反馈的温度信息，判断T（被控）与T（设定）-Δt2、T（设定）+Δt2之间的大小关系，若T（设定）+Δt2≤T（被控），执行步骤C10；若T（设定）-Δt2≤T（被控）≤T（设定）+Δt2，执行步骤C20；若T（被控）≤T（设定）-Δt2，执行步骤C30；

步骤C10：控制系统500控制比例三通水阀300的第一进口1全关，第二进口3全开，全部冷媒水进入自然冷却盘管200；控制系统500判断比例三通水阀300的第二进口3全开时间是否已经超过时间t，是，执行步骤C11，否，执行步骤C12；

步骤C11：控制系统500判断T（被控）与T（设定）-Δt2+Δt3、T（设定）+Δt2+Δt3之间的大小关系，若T（被控）≤T（设定）-Δt2+Δt3，执行步骤C111；若T（设定）-Δt2+Δt3≤T（被控）≤T（设定）+Δt2+Δt3，执行步骤C112；若T（设定）+Δt2+Δt3≤T（被控），执行步骤C113；

步骤C111：控制系统500判断压缩机是否已启动，是，控制系统500控制压缩机卸载，以达到设定的冷却效果；否，控制系统500控制压缩机不动作，以达到设定的冷却效果；

步骤C112：控制系统500控制压缩机不改变当前的输出，以达到设定的冷却效果；

步骤C113：控制系统500判断压缩机是否已启动，是，控制系统500控制压缩机加载，以达到设定的冷却效果；否，控制系统500控制压缩机启动并加载，以达到设定的冷却效果；

步骤C12：控制系统500控制不改变当前设置，以达到设定的冷却效果；

步骤C20：控制系统500控制比例三通水阀300的开度保持不变，以达到设定的冷却效果；

步骤C30：控制系统500控制比例三通水阀300的第二进口3的开度减少，第一进口1的开度增大，以达到设定的冷却效果；

步骤D00：禁用自然冷却功能：控制系统500控制比例三通水阀300的第一进口1全开，第二进口3全关，所有冷媒水只通过蒸发器110；控制系统500判断T（被控）与T（设定）-Δt2、T（设定）+Δt2之间的大小关系，若T（被控）≤T（设定）-Δt2，执行步骤D10；若T（设定）-Δt2≤T（被控）≤T（设定）+Δt2，执行步骤D20；若T（设定）+Δt2≤T（被控），执行步骤D30；

步骤D10：控制系统500判断压缩机是否已启动，是，控制系统500控制压缩机卸载，否，控制系统500控制压缩机不动作，以达到设定的冷却效果；

步骤D20：控制系统500控制压缩机不改变当前的输出，以达到设定的冷却效果；

步骤D30：控制系统500判断压缩机是否已启动，是，控制系统500控制压缩机加载，否，控制系统500控制压缩机启动并加载，以达到设定的冷却效果。

所述T（被控）根据实际需要设置，为进水温度传感器400实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度或出水温度传感器600实时测得的排出自然冷却控制系统的冷媒水的温度。

所述T（设定）根据实际需要设置，即人为设定的进入自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度或排出自然冷却控制系统的冷媒水所要达到的温度。

所述Δt1按实际需要设置，即人为设定的是否启动自然冷却控制系统中自然冷却功能（是否启用自然冷却盘管200）的温度差，即当实时进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度比实时室外环境温度高至少Δt1时，启用自然冷却功能，否则禁用自然冷却功能。本实施例中，所述Δt1=2°C。

所述Δt2（死区温度）按实际需要设置，即客户要求达到的温度精度值。本实施例中，所述Δt2=2°C。

所述时间t按实际需要设置，当比例三通水阀300的第二进口3全开时间t后，自然冷却控制系统还不能达到设定的冷却效果，这时，需要开启压缩机来辅助制冷，以达到设定的冷却效果。本实施例中，所述t=5分钟。

所述Δt3为比例三通水阀300的第二进口3全开超过时间t后压缩机加卸载临界值向右平移的温度差值。在比例三通水阀300的第二进口3全开超过时间t后，压缩机的加卸载临界值控制在禁用自然冷却模式下压缩机加卸载临界值的基础上再向右平移某一固定的值Δt3，将压缩机加卸载控制的启停温度向右平移某一固定的值Δt3，目的是避免压缩机和比例三通水阀300的温控区间重叠，同时优先考虑加载比例三通水阀300、后加载压缩机和优先卸载压缩机、后卸载比例三通水阀300，以免两者同时加卸载造成被控温度过调或波动过大，也可以充分避免压缩机的误启动。本实施例中，所述Δt3=2°C。

根据上述所述的自然冷却控制系统及其控制方法，现列举具体实施例进行说明：

本自然冷却控制系统各设备的参数为：压缩机制冷量为：130kW，以实时测得的进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度T（进水）（即表中进水温度）为17°C进行控制，经实验测试验证，测得自然冷却盘管200的制冷量（即表中自然冷却冷量）如表1-1：

表1-1

由以上实验数据可以得出，在控制进水温度为17°C的条件下，在环境温度（即实时测得的室内环境温度T（环境））15°C及以下时，自然冷却盘管200已有供冷的效果和功能，随着环境温度的下降，自然冷却盘管200的供冷能力就越强，本控制方法既能确保进水温度恒定，同时还能最大限度地利用自然冷却的冷量，达到节能的效果。

本控制方法简单有效，能最大限度地利用自然冷却能源，达到节能最大化的效果；而且本控制方法可以在纯压缩机制冷模式、压缩机和自然冷却混合制冷模式和纯自然冷却制冷模式三种制冷模式之间的切换达到智能化的目的。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种自然冷却控制系统，其特征在于，包括普通空调设备，自然冷却盘管，比例三通阀，进水温度传感器、环境温度传感器和控制系统，所述普通空调设备包括蒸发器和压缩机；比例三通阀的第一进口和自然冷却盘管一端都连接冷媒水的进水口，比例三通阀的出口与蒸发器连接，比例三通阀的第二进口与自然冷却盘管的另一端连接，自然冷却盘管与蒸发器在管路上串联；通过调节比例三通阀第一进口和第二进口的开度，调节冷媒水经过自然冷却盘管的水量，最后全部的冷媒水经过蒸发器后排出；进水温度传感器实时检测进入自然冷却控制系统的冷媒水的温度，环境温度传感器实时检测室外的环境温度；进水温度传感器设置在冷媒水的进水口处；所述普通空调设备、比例三通阀、进水温度传感器和环境温度传感器都与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的自然冷却控制系统，其特征在于，所述自然冷却控制系统还包括出水温度传感器，所述出水温度传感器设置在冷媒水的出水口处，出水温度传感器与控制系统连接。

3.一种如权利要求1或2所述的自然冷却控制系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的自然冷却控制系统的控制方法，其特征在于，所述Δt1=2°C。

5.根据权利要求3所述的自然冷却控制系统的控制方法，其特征在于，所述Δt2=2°C。

6.根据权利要求3所述的自然冷却控制系统的控制方法，其特征在于，所述t=5分钟。

7.根据权利要求3所述的自然冷却控制系统的控制方法，其特征在于，所述Δt3=2°C。