CN104266314A - 一种复合式制冷多联空调系统的控制方法 - Google Patents

一种复合式制冷多联空调系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是多联空调系统是在室外侧设置两个或两个以上的室外复合式制冷模块构成多联空调系统的冷源系统，室外复合式制冷模块由第一冷媒的蒸气压缩制冷循环回路与第二冷媒循环回路复合构成，在室内侧设置一个或一个以上的直接蒸发式室内冷风机模块，冷媒储存输送单元通过集液管、供液总管和回气总管连接在室外复合式制冷模块与室内冷风机模块之间构成闭式循环系统。本发明根据空调对象的设计热负荷配置室内、外的模块数，精确调节制冷量，满足各类全天候运行的数据机房和电子设备的热控需求；可最大化利用昼夜、过渡季节和冬季的自然冷源，实现空调系统大幅度节能减排。

Description

一种复合式制冷多联空调系统的控制方法
技术领域
本发明涉及制冷空调技术领域，具体涉及一种能够最大化利用自然冷源低成本输送热量的复合式制冷多联空调系统的控制方法。
背景技术
信息产业和数字化建设的快速发展，推动了数据机房、通讯基站的数量，建设规模快速增长，据统计机房、基站空调的能耗占其总能耗的40％～50％。机房、基站的显热负荷比大，一年四季需连续制冷运行，在室内侧设定温度高于室外环境温度的季节，尤其在低温季节或寒冷地区，常规的数据机房和通讯基站空调系统仍需继续运行制冷压缩机，制冷系统工作效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差(自然冷源)低成本输送热量或为室内侧提供冷量，将大大减小空调系统的能耗和运行成本。
利用室外低温空气为室内侧提供冷量的方法已得到业内学者和工程技术人员的关注，并以不同的形式展开工程技术研究与应用，如目前采用的新风系统，此外还有不同形式的气-气、气-水热交换系统，以及应用热管技术的复合型空调。
中国实用新型专利ZL200720019537.8中公开了一种机房辅助节能制冷装置，当室外空气温度较低时，空调停止工作，直接将室外低温空气送至室内用于电子柜等设备降温，利用自然冷源，减少空调能耗。但这种直接利用室外低温空气用于电子冷却由于不能确保室内空气品质，无法杜绝室外的灰尘、水分等进入室内，易对服务器等电子设备造成损害。
中国实用新型专利ZL201020114596.X中公开了一种用于通信基站的自然冷能热交换装置，包括空气换热器、室内风机、室外风机及其箱体。当室外温度较低时，将室外低温空气引入，与室内空气进行热交换，间接利用自然冷源降低基站内空气温度，减少基站能耗。此种气-气热交换虽然能够保证室内空气的品质，但对于热负荷大和温度均匀度要求高的机房对象，需要庞大的换热面积以克服气-气热交换器传热效率低的弊端。
中国发明专利CN201010528027.X中公开了一种风冷式热管型机房空调系统，该系统具有压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式。当室外温度≥20℃时制冷模式工作，参与制冷循环的第一制冷工质在蒸发冷凝器中蒸发吸热，冷却和冷凝第二制冷工质；当室外温度＜20℃时，系统转换为热管循环制冷模式，利用室外低温空气对第二制冷工质进行冷却和冷凝，压缩式制冷循环停止工作，从而有效减少全年空调能耗。此系统在利用室外低温空气冷量和确保室内空气品质方面弥补了前两种系统的不足，但压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式在某一温度点切换，室外低温空气的自然冷源没得到充分利用；对于执行GB/T 19413-2010的空调系统，由于室内侧设定温度为24℃，压缩式制冷转换到热管循环制冷的室外环境温度必定很低，自然冷源的利用率低。
实用新型专利ZL01278831.7公开了一种带循环泵的节能型制冷循环装置，在热管循环系统中使用循环泵有利于提高热管循环的工作效率，也简化了热管系统安装时对冷凝器、储液器和蒸发器相对位置的要求，但ZL01278831.7在最大化利用室外低温空气的冷量方面的不足与CN201010528027.X类似，即热管循环工作的上限温度必须较低才能与制冷循环平稳衔接。
大数据、云计算等信息化技术发展的推动，大型数据机房面积已发展到数千～数十万平方米，单位面积热流密度从5kW增长到超级计算机系统的35kW之多，产生了对更大功率的高效空调系统及其更灵活的组合和控制方式的需要。
发明内容
为避免机房空调系统在低温季节仍需要运行蒸气压缩制冷所产生的高能耗及可靠性等不足，满足大型数据机房数百～数万kW容量的空调需求，并解决复合式制冷空调系统多机并联技术及制冷量调节与能量控制等问题，最大化地利用自然冷源，实现复合空调产品规模化、高效率生产和应用，本发明提供了一种复合式制冷多联空调系统的控制方法。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特点是：
所述多联空调系统是在室外侧设置两个或两个以上的室外复合式制冷模块构成多联空调系统的冷源系统，在室内侧设置一个或一个以上的直接蒸发式室内冷风机模块，冷媒储存输送单元通过集液管、供液总管以及回气总管连接在所述室外复合式制冷模块与室内冷风机模块之间构成闭式循环系统；
所述室外复合式制冷模块由第一冷媒的蒸气压缩制冷循环回路与第二冷媒的复合制冷循环回路通过换热器复合构成，并通过第二冷媒向室内冷风机模块输送冷量；所述蒸气压缩制冷循环回路按第一冷媒的流向依次设置为：压缩机、风冷换热总成中的风冷冷凝器、节流机构以及换热器中的蒸发通道；所述压缩机的高压排气侧与风冷冷凝器的入口相连接、低压吸气侧与蒸发通道的出口相连接；所述压缩机为两台定频制冷压缩机的并联组合；所述复合制冷循环回路具有复合制冷工作路径和蒸气压缩制冷工作路径；所述复合制冷工作路径是：第二冷媒在进口支管连接阀中导入，依次经第二电磁阀、风冷换热总成中的风冷换热器和换热器中的冷凝通道，并在出液支管连接阀中导出；所述蒸气压缩制冷工作路径是：第二冷媒在所述进口支管连接阀中导入，依次经第一电磁阀和换热器中的冷凝通道后在所述出口支管连接阀中导出；所述换热器采用板式换热器或壳管式冷凝蒸发器；在所述风冷换热总成中，设置风机是为所述风冷换热器和所述风冷冷凝器的共用风机；
所述室内冷风机模块是由蒸发器、蒸发风机和流量控制阀构成，各室内冷风机模块的出口支路连接阀并联连接至回气总管，并通过所述回气总管与各室外复合式制冷模块的进口支管连接阀相连接；所述流量控制阀设置在所述蒸发器的入口端，所述流量控制阀的感温元件安装在所述蒸发器的出口端的管壁上；所述流量控制阀为比例调节阀，所述感温元件将蒸发器出口的冷媒温度信号转换为压力信号，并通过毛细管传递至流量控制阀，调节流量控制阀的开度，从而控制蒸发器的供液量及其出口的过热度；
所述冷媒储存输送单元包括储液器和液泵，所述储液器的输入端通过集液管与各室外复合式制冷模块中的出液支管连接阀相连接，所述储液器的输出端通过液泵并经供液总管与各室内冷风机模块的进口支路连接阀相连接；
在所述储液器的顶部设有溢气管，所述溢气管通过单向阀与回气总管相连通，所述单向阀是以储液器朝向回气总管的流动方向单向导通；
所述多联空调系统的控制方法是：设置所述多联空调系统为蒸气压缩制冷和复合制冷的两种不同工作模式，并有：
在ΔTa<A的工况下，运行蒸气压缩制冷的工作模式；
在ΔTa≥A的工况下，运行复合制冷的工作模式；
其中：ΔTa＝Th–Ta，Th为回气总管中第二冷媒实时温度的测量值，Ta为室外环境温度的测量值，A为设定值。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点也在于：在所述的风冷换热总成中，风冷换热器和风冷冷凝器均采用平行流换热器，并迎着风向平行并列，所述风冷换热器位于入风侧、风冷冷凝器位于出风侧，且与所述风机构成一个风道。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点也在于：在所述冷媒储存输送单元中，液泵为定频屏蔽泵以保持供液压头稳定，在供液总管与储液器之间设置旁通管及旁通阀，所述旁通阀的开度受其入口压力控制，压力大则开度大，反之亦然。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点也在于：所述风机为高速、中速以及停止的三档有级调速风机。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点也在于：所述第一冷媒选用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷剂，或选用天然制冷剂R744，所述第二冷媒选用R134a、R22、R290或R32制冷剂。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点还在于：
所述蒸气压缩制冷的工作模式是指：复合式制冷多联空调系统的冷量全部由运行蒸气压缩制冷所提供；在所述蒸气压缩制冷的工作模式下，投入运行的室外复合式制冷模块中的压缩机和风机运行、第一电磁阀开启、第二电磁阀关闭，第二冷媒通过进口支管连接阀和第一电磁阀，在换热器的冷凝通道中与蒸发通道内的第一冷媒进行热交换，第二冷媒放热冷凝后经过出液支管连接阀和集液管进入储液器；对于某个室外复合式制冷模块，只有在两台压缩机均停止工作时，该室外复合式制冷模块的风机才停止运行，并且第一电磁阀和第二电磁阀关闭；
制冷量的调节通过压缩机的加载或减载来实现，其控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机运行数量不变；
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机进行加载；
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机进行减载；
其中：B为储液器内第二冷媒的设定温度，ΔB为B的控制偏差，Tb为储液器内第二冷媒的实时温度检测值。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点还在于：
所述复合制冷的工作模式是指：优先利用风冷换热器提供冷量，不足冷量通过控制制冷压缩机的运行台数进行补充；所述复合制冷的控制方式是：若室外侧有制冷压缩机运行，则冷源系统中所有室外复合式制冷模块的风机高速运行，第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启，第二冷媒通过进口支管连接阀、第二电磁阀，首先在风冷换热器中放热，然后通过换热器的冷凝通道进一步放热，经出液支管连接阀进入集液管，再流入储液器；
在所述复合式制冷的工作模式下，压缩机的加载或减载的控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机运行数量不变；
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机进行加载，直至每个室外复合制冷模块中都有一个压缩机投入工作，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，再进行第二轮室外复合制冷模块的第二个压缩机加载；
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机进行减载，直至每个室外复合制冷模块中仅有一个压缩机工作，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，再进行第二轮减载，直至所有室外复合制冷模块的压缩机全部停止工作。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点还在于：
在复合制冷的工作模式下，当室内侧热负荷低于由风冷换热器所提供的冷量时，所有压缩机停止工作；按如下规则调节制冷量：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持风机运行数量和速度不变；
若满足Tb<B–ΔB，逐个降低风机的转速为中速，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，则逐个停止风机的运行；
当工况发生变化使得满足B+ΔB<Tb时，以中速逐个运行风机，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，则逐个提高风机转速至高速。
本发明复合式制冷多联空调系统的控制方法的特点还在于：
对于所述系统中所有室外复合式制冷模块，采用先开则先停的轮值运行方式进行工作；对于所述系统中所有压缩机，同样采用先开则先停的轮值运行方式进行工作，设置各压缩机的启停间隔时间为3～5分钟。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明集成应用了蒸气压缩式制冷和低功耗自然冷源规模化应用的风冷相变制冷新技术，根据室内外温差和室内热负荷状况进行工况切换和制冷量调节，复合制冷循环工作模式的应用拓宽了应用自然冷源的工作温区，避免了室内外温差较小时自然冷源不足而必须单一运行蒸气压缩制冷工作模式，可实现最大化利用自然冷源，达到空调机组低成本运行和节能的目的。
2、本发明多联空调系统的室外侧由两个或两个以上的室外复合式制冷模块构成多联空调系统的冷源系统，可根据空调设计负荷灵活配置室外复合式制冷模块的数量和室内冷风机模块的数量，负荷匹配和空调系统增容方便；室外复合式制冷模块采用双压缩机并联设置，多压缩机系统的能量调节精度提高，在单压缩机工作时冷凝换热器面积大，制冷系统热效率高；如遇某个压缩机故障，不至于该室外复合式制冷模块故障停机，即使某个室外复合式制冷模块发生故障，也便于快速维修或更换，不会对数据中心空调系统的运行质量有大的影响，可靠性高。
3、本发明将室外复合式制冷模块的风冷换热器、风冷冷凝器和风机设计成风冷换热总成，有益于提高生产效率和产品质量；风冷换热器、风冷冷凝器为铝质微通道平行流结构，其质轻、体积小，传热效率高，可明显减小传热温差、提高系统热效率；两个换热器共用一个风机通道使得空间结构紧凑，系统布局美观，造价低。
4、风冷冷凝器是蒸气压缩循环系统的关键部件，功能是冷却、冷凝和过冷高温高压的制冷剂，在室外为高、中温的环境下工作，中温环境下风冷冷凝器的传热温差大、传热能力富裕；风冷换热器仅在室外为中、低温的环境下才工作，利用自然冷源部分替代或完全替代高功耗的压缩机制冷，是本发明产生大幅度节能效果的关键；将风冷换热器与风冷冷凝器分别设置在入风侧和出风侧，两者仅在室外为中温的条件下同时工作，风冷换热器设置在入风侧，既增大了风冷换热器的制冷量，提高了利用自然冷源的效率，经风冷换热器加热的空气温升小于10℃，对蒸气压缩循环系统高效运行和提高制冷系统的可靠性有积极的效果。
5、本发明设置冷媒储存输送单元，配置大容量第二冷媒储液器，热容量大，可快速响应被调对象热负荷频繁、宽幅变化，稳定性好，调节精度高；液泵输送第二冷媒为室内侧集中循环供冷，动力循环可靠性高，不受安装位置限制；第二冷媒在放热端和吸热段进行相变换热，传热系数大、换热效率高，换热器结构紧凑，避免了采用气-气或气-水换热器传热效率低，换热器面积庞大的问题，而且循环流量小，输送功小；采用液泵强制循环，供液量稳定，流量调节便捷、精确；液泵压头可根据供液距离、落差及系统阻力进行最佳匹配，利于空调温度的精密控制。
6、本发明复合式制冷多联空调系统采用多个室外复合式制冷模块，每个室外复合式制冷模块中都有两个定频制冷压缩机，通过压缩机开停机进行制冷量调节，避免了变频制冷压缩机运行在低转速时的低效率，同时也避免了使用变频装置所产生的电磁干扰，降低了多联空调系统的故障率和制造成本。
附图说明
图1为本发明复合式制冷多联空调系统方框图；
图2为本发明中室外复合式制冷模块方框图；
图3a为本发明中风冷换热总成主视结构示意图；
图3b为本发明中风冷换热总成侧视结构示意图；
图4为本发明中室内冷风机模块方框图；
图5为本发明复合式制冷多联空调系统能量调节规划示意图；
图中标号：1室外复合式制冷模块，2冷媒储存输送单元，3室内冷风机模块，4集液管，5供液总管，6回气总管，11压缩机，12风冷换热总成，121风冷换热器，122风冷冷凝器，123风机，13节流机构，14换热器，141蒸发通道，142冷凝通道，151进口支管连接阀，152出液支管连接阀，16第一电磁阀，17第二电磁阀，21液泵，22储液器，23旁通管，24旁通阀，25溢气管，26单向阀，31蒸发器，32蒸发风机，33流量控制阀，34毛细管，35感温元件，361进口支路连接阀，362出口支路连接阀。
具体实施方式
参见图1和图2，本实施例中复合式制冷多联空调系统的结构设置为：在室外侧设置两个或两个以上的室外复合式制冷模块1构成多联空调系统的冷源系统，在室内侧设置一个或一个以上的直接蒸发式室内冷风机模块3，冷媒储存输送单元2通过集液管4、供液总管5和回气总管6连接在室外复合式制冷模块1与室内冷风机模块3之间构成闭式循环系统。
如图2所示，本实施例中室外复合式制冷模块1由第一冷媒的蒸气压缩制冷循环回路与第二冷媒的复合制冷循环回路通过换热器14复合构成，并通过第二冷媒向室内冷风机模块3输送冷量；蒸气压缩制冷循环回路按第一冷媒的流向依次设置为：压缩机11、风冷换热总成12中的风冷冷凝器122、节流机构13以及换热器14中的蒸发通道141；压缩机11的高压排气侧与风冷冷凝器122的入口相连接、低压吸气侧与蒸发通道141的出口相连接；压缩机11为两台定频制冷压缩机的并联组合；复合制冷循环回路具有复合制冷工作路径和蒸气压缩制冷工作路径；复合制冷工作路径是：第二冷媒在进口支管连接阀151中导入，依次经第二电磁阀17、风冷换热总成12中的风冷换热器121和换热器14中的冷凝通道142，并在出液支管连接阀152中导出；蒸气压缩制冷工作路径是：第二冷媒在进口支管连接阀151中导入，依次经第一电磁阀16和换热器14中的冷凝通道142后在出口支管连接阀152中导出；换热器14是采用板式换热器或者壳管式冷凝蒸发器；在风冷换热总成12中，设置风机123是为风冷换热器121和风冷冷凝器122的共用风机，风机123为高速、中速以及停止的三档有级调速风机；第一冷媒选用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷剂，或选用天然制冷剂R744，第二冷媒选用R134a、R22、R290或R32制冷剂。
参见图4，本实施例中室内冷风机模块3是由蒸发器31、蒸发风机32和流量控制阀33构成，各室内冷风机模块3的出口支路连接阀362并联连接至回气总管6，并通过回气总管6与各室外复合式制冷模块1的进口支管连接阀151相连接；流量控制阀33设置在蒸发器31的入口端，流量控制阀33的感温元件35安装在蒸发器31的出口端的管壁上。流量控制阀33为比例调节阀，感温元件35将蒸发器31出口的冷媒温度信号转换为压力信号，并通过毛细管34传递至流量控制阀35，调节流量控制阀33的开度，从而控制蒸发器31的供液量及其出口的过热度。
如图1所示，本实施例中冷媒储存输送单元2包括储液器22和液泵21，储液器22的输入端通过集液管4与各室外复合式制冷模块1中的出液支管连接阀152相连接，储液器22的输出端通过液泵21并经供液总管5与各室内冷风机模块3的进口支路连接阀361相连接；在储液器22的顶部设有溢气管25，溢气管25通过单向阀26与回气总管6相连通，单向阀26是以储液器22朝向回气总管6的流动方向单向导通。设置冷媒储存输送单元，配置较大容量的第二冷媒储液器，储液热容量大则热惯性大，可快速响应被调对象热负荷频繁、宽幅变化，供液温度的稳定性好，空调温度精度高；液泵输送第二冷媒为室内侧集中循环供冷，动力循环可靠性高，不受安装位置限制；第二冷媒在放热端和吸热端进行相变换热，传热系数大、换热效率高，换热器体积小、结构紧凑，循环流量小，输送功小；采用液泵强制循环，供液量稳定，流量调节便捷、精确；液泵压头可根据供液距离、落差及系统阻力进行最佳匹配，利于空调温度的精密控制。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
如图2、图3a和图3b所示，在风冷换热总成12中，风冷换热器121和风冷冷凝器122均采用平行流换热器，并迎着风向平行并列，风冷换热器121位于入风侧、风冷冷凝器122位于出风侧，且与风机123构成一个风道，图3a中各箭头所示为风向。风冷冷凝器122是蒸气压缩循环系统的关键部件，功能是冷却、冷凝和过冷高温高压的制冷剂，在室外为高、中温的环境下工作，中温环境下风冷冷凝器的传热温差大、传热能力富裕；风冷换热器121在室外为中、低温的环境下工作，利用自然冷源部分替代或完全替代高功耗的压缩机11制冷，是本发明产生大幅度节能效果的关键；将风冷换热器121与风冷冷凝器122分别设置在入风侧和出风侧，两者仅在室外为中温的条件下同时工作，风冷换热器121设置在入风侧，既增大了风冷换热器121的制冷量，提高了利用自然冷源的效率，经风冷换热器121加热的空气温升小于10℃，对蒸气压缩循环系统高效运行和提高制冷系统的可靠性有积极的效果。将室外复合式制冷模块1的风冷换热器121、风冷冷凝器122和风机123设计成风冷换热总成，有益于提高生产效率和产品质量；风冷换热器121、风冷冷凝器122采用铝质微通道平行流结构，质轻、体积小，传热效率高，可明显减小传热温差、提高系统热效率；两个换热器共用一个风机通道使得空间结构紧凑，系统布局美观，造价低。
如图1所示，在冷媒储存输送单元2中，液泵21为定频屏蔽泵以保持供液压头稳定，在供液总管5与储液器22之间设置旁通管23及旁通阀24，旁通阀24的开度受其入口压力控制，压力大则开度大，反之亦然。其目的是：当室内侧热负荷较小、流量控制阀33开度较小时，将多余的第二冷媒旁通至储液器22，保持室内冷风机模块3的蒸发压力相对稳定。
本实施例中复合式制冷多联空调系统的控制方法是：设置多联空调系统为蒸气压缩制冷和复合制冷的两种不同工作模式，并有：
在ΔTa<A的工况下，运行蒸气压缩制冷的工作模式；
在ΔTa≥A的工况下，运行复合制冷的工作模式；
其中：ΔTa＝Th–Ta，Th为回气总管6中第二冷媒实时温度的测量值，Ta为室外环境温度的测量值，A为设定值。
具体实施中，蒸气压缩制冷的工作模式是指：复合式制冷多联空调系统的冷量全部由运行蒸气压缩制冷所提供，如图5的A2-A3段，通过控制制冷压缩机11的运行台数，调节制冷量与空调热负荷相匹配；在蒸气压缩制冷的工作模式下，投入运行的室外复合式制冷模块1中的压缩机11和风机123运行、第一电磁阀16开启、第二电磁阀17关闭，第二冷媒通过进口支管连接阀151和第一电磁阀16，在换热器14的冷凝通道142中与蒸发通道141内的第一冷媒进行热交换，第二冷媒放热冷凝后经过出液支管连接阀152和集液管4进入储液器22；对于某个室外复合式制冷模块1，只有在两台压缩机11均停止工作时，该室外复合式制冷模块1的风机123才停止运行，并且第一电磁阀16和第二电磁阀17关闭；
制冷量的调节通过压缩机11的加载或减载来实现，其控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机11运行数量不变；
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机11进行加载；
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机11进行减载；
其中：B为储液器22内第二冷媒的设定温度，ΔB为B的控制偏差，Tb为储液器22内第二冷媒的实时温度检测值，B和ΔB均为设定值，可根据空调对象及温控精度要求设定，方便用户使用和调试。
复合制冷的工作模式是指：优先利用风冷换热器(121)提供冷量，不足冷量通过控制制冷压缩机11的运行台数进行补充，如图5的A1-A2段，M点风冷换热器121提供的冷量为Q2，运行压缩机11提供制冷量Q1作为补充；复合制冷的控制方式是：若室外侧有制冷压缩机11运行，则冷源系统中所有室外复合式制冷模块1的风机123高速运行，最大化利用自然冷源，第一电磁阀16关闭、第二电磁阀17开启，第二冷媒通过进口支管连接阀151、第二电磁阀17，首先在风冷换热器121中放热，然后通过换热器14的冷凝通道142进一步放热，经出液支管连接阀152进入集液管4，再流入储液器22。
在复合式制冷的工作模式下，压缩机11的加载或减载的控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机11运行数量不变。
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机11进行加载，直至每个室外复合制冷模块1中都有一个压缩机11投入工作后，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，再进行第二轮室外复合制冷模块1的第二个压缩机11加载。
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机11进行减载，直至每个室外复合制冷模块1中仅有一个压缩机11工作后，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，再进行第二轮减载，直至所有室外复合制冷模块1的压缩机11全部停止工作。
在复合制冷的工作模式下，当室内侧热负荷低于由风冷换热器121所提供的冷量时，所有压缩机11停止工作，如图5的A0-A1段，复合式制冷多联空调系统运行在完全利用自然冷源的最节能工作状态，为了保证供液温度和空调温度精度，以如下规则调节风冷换热器121所产生的制冷量：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持风机123运行数量和速度不变。
若满足Tb<B–ΔB，逐个降低风机123的转速为中速，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，则逐个停止风冷电机123的运行。
当工况发生变化使得满足B+ΔB<Tb时，以中速逐个运行风机123，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，则逐个提高风机123转速至高速，直至压缩机11开始工作。
图5中横坐标为室外环境温度，纵坐标为能量，包括：空调额定热负荷，压缩机制冷量，风冷制冷量和空调能耗。其中A2-A3段为压缩机制冷，压缩机加减载调节制冷量；A1-A2段为复合制冷，风冷满负荷运行，压缩机加减载调节制冷量；A0-A1段，压缩机停止工作，调节风机速度调节风冷的制冷量；在各段中，空调总能耗的变化如最底部线段，从高温至低温，分别是W1、W2、W3、W4、W5。
如图5所示，机房热负荷在宽温区不变；蒸气压缩制冷和风冷制冷的输出制冷量在运行区间随着环温的下降而增大，需要进行能量调节使之与机房热负荷相匹配。A3-A2段为蒸气压缩制冷模式工作区，复合式制冷多联空调系统的冷量全部由运行蒸气压缩制冷来提供，通过控制压缩机11运行台数调节制冷量输出，对应的能耗变化从W1至W2；A1-A2段为过渡季节的复合制冷区，风冷换热器121满负荷运行最大化利用自然冷源，控制压缩机11运行台数调节制冷量输出，对应能耗变化从W3至W4，由于风冷循环工作有效地减少了压缩机11的能耗，W2>W3；A1-A0段为低温季节，机房热负荷低于由风冷换热器(121)所提供的冷量，所有压缩机11停止工作，复合式制冷多联空调系统运行在完全利用自然冷源的最节能工作状态，控制风机123速度或运行个数调节风冷换热器121所提供的制冷量，对应能耗变化从W4至W5；在宽温区内，复合式制冷多联空调系统的总能耗随着环温的下降逐渐减小，自然冷源的使用大幅降低了系统的总能耗，如采用单一的蒸气压缩制冷，则在整个运行温区A3-A0空调能耗变化为W1至W6，不仅能耗增加，同时还增加蒸气压缩制冷系统运行在低温环境的故障风险。
对于系统中所有室外复合式制冷模块1，采用先开则先停的轮值运行方式进行工作；对于系统中所有压缩机11，同样采用先开则先停的轮值运行方式进行工作，提高复合式制冷多联空调系统的平均寿命和关键部件的利用率；预先设置各压缩机11的启停间隔时间为3～5分钟。实际运行中，在冷媒储存输送单元2中，通常需要配置两台液泵21，以便形成一用一备的轮值运行，保证系统运行可靠性。
以一台实际运行的高性能计算机系统的空调为实施例，闭式服务器机柜的设定送风温度为22℃、回风温度为33℃。
回气总管6中第二冷媒温度与室外环境温度的差值为ΔTa，A的设定值为2，若ΔTa<2，运行蒸气压缩制冷工作模式；若ΔTa≥2，运行复合制冷工作模式。
可以预测：当室外空气温度＞20℃时，空调系统运行在蒸气压缩制冷区；室外空气温度≤20℃时，空调系统可以运行在复合制冷工作区；由于计算机系统通常工作负荷在40～60％范围，复合制冷工作区的运行规则是：满负荷运行风冷以实现最大化利用自然冷源室，当风冷换热器121所产生的制冷量大于或等于热负荷时，压缩机11停止工作，空调系统完全利用自然冷源，实现空调系统低能耗运行。
当ΔTa<2时，空调机组的冷源系统运行在蒸气压缩制冷工作模式，其控制方法是：没投入运行的复合式制冷模块1的压缩机11、风机123、第一电磁阀16、第二电磁阀17均处于关闭状态；投入运行的复合式制冷模块1的压缩机11和风机123运行、第一电磁阀16开、第二电磁阀17关，第二冷媒通过进口支管连接阀151、第一电磁阀16，在换热器14的冷凝通道142中与蒸发通道141内的第一冷媒进行热交换，第二冷媒放热冷凝，经出液支管连接阀152进入集液管4，再流入储液器22。
设定储液器22内第二冷媒的温度及偏差为18℃±1℃，Tb为储液器22内第二冷媒的实时温度，压缩机11的加、减载及能量调节的控制方法是：
若满足17℃≤Tb≤19℃，维持不变；若满足19℃<Tb，逐个启动压缩机11进行加载；若满足Tb<17℃，逐个停止压缩机11进行减载。
当ΔTa≥2时，空调机组的冷源系统运行在复合制冷工作模式，其控制规则是：优先运行风冷，最大化利用自然冷源，不足冷量由运行压缩机制冷予以补充。
若室外侧有制冷压缩机11运行，则冷源系统中所有复合式制冷模块1的风机123满负荷运行，第一电磁阀16关、第二电磁阀17开，第二冷媒通过进口支管连接阀151、第二电磁阀17，首先在风冷换热器121中放热，然后通过换热器14的冷凝通道142进一步放热、经出液支管连接阀152进入集液管4，再流入储液器22。
在复合式制冷多联空调系统运行在复合制冷工作模式时，压缩机11的加、减载及能量调节的控制方法是：若满足17℃≤Tb≤19℃，维持不变；若满足19℃<Tb，逐个启动压缩机11进行加载，直至每个复合制冷模块1中都有一个压缩机11投入工作后，再进行第二轮复合制冷模块1的第二个压缩机11的加载；若满足Tb<17℃，逐个停止压缩机11进行减载，直至每个复合制冷模块1中仅有一个压缩机11工作后，再进行第二轮减载，直至所有复合制冷模块1的压缩机11全部停止工作。
复合式制冷多联空调系统运行在复合制冷工作模式时，当室外环境温度较低、或室内侧热负荷较小、或两种情况同时出现，制冷压缩机11全部停机后，能量调节的规则是：若满足Tb<17℃，按设定程序逐个降低风机123的转速为中速，若仍满足Tb<17℃，则逐个停止风机123的运行；
复合式制冷多联空调系统运行在复合制冷工作模式时，在部分或全部风机123停机后，当室外环境温度回升、或室内侧热负荷增大、或两种情况同时出现，若满足19℃<Tb，以中速逐个运行风机123，若仍满足19℃<Tb，则逐个提高风机123的转速至高速，若仍满足19℃<Tb，启动压缩机11补充制冷量不足。
运行中，对于系统中所有室外复合式制冷模块1，采用先开则先停的轮值运行方式进行工作；对于系统中所有压缩机11，同样采用先开则先停的轮值运行方式进行工作。
本发明用于室内侧设定温度为27℃或24℃的机房等空调对象，其储液器22内第二冷媒的设定温度Tb可适当调整，在满足空调送风温度和制冷量要求的条件下，最大化利用室外低温空气作为自然冷源，实现空调系统的低碳运行和室内空气的高品质。

Claims (9)

1.一种复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：
所述多联空调系统是在室外侧设置两个或两个以上的室外复合式制冷模块(1)构成多联空调系统的冷源系统，在室内侧设置一个或一个以上的直接蒸发式室内冷风机模块(3)，冷媒储存输送单元(2)通过集液管(4)、供液总管(5)以及回气总管(6)连接在所述室外复合式制冷模块(1)与室内冷风机模块(3)之间构成闭式循环系统；
所述室外复合式制冷模块(1)由第一冷媒的蒸气压缩制冷循环回路与第二冷媒的复合制冷循环回路通过换热器(14)复合构成，并通过第二冷媒向室内冷风机模块(3)输送冷量；所述蒸气压缩制冷循环回路按第一冷媒的流向依次设置为：压缩机(11)、风冷换热总成(12)中的风冷冷凝器(122)、节流机构(13)以及换热器(14)中的蒸发通道(141)；所述压缩机(11)的高压排气侧与风冷冷凝器(122)的入口相连接、低压吸气侧与蒸发通道(141)的出口相连接；所述压缩机(11)为两台定频制冷压缩机的并联组合；所述复合制冷循环回路具有复合制冷工作路径和蒸气压缩制冷工作路径；所述复合制冷工作路径是：第二冷媒在进口支管连接阀(151)中导入，依次经第二电磁阀(17)、风冷换热总成(12)中的风冷换热器(121)和换热器(14)中的冷凝通道(142)，并在出液支管连接阀(152)中导出；所述蒸气压缩制冷工作路径是：第二冷媒在所述进口支管连接阀(151)中导入，依次经第一电磁阀(16)和换热器(14)中的冷凝通道(142)后在所述出口支管连接阀(152)中导出；所述换热器(14)采用板式换热器或壳管式冷凝蒸发器；在所述风冷换热总成(12)中，设置风机(123)是为所述风冷换热器(121)和所述风冷冷凝器(122)的共用风机；
所述室内冷风机模块(3)是由蒸发器(31)、蒸发风机(32)和流量控制阀(33)构成，各室内冷风机模块(3)的出口支路连接阀(362)并联连接至回气总管(6)，并通过所述回气总管(6)与各室外复合式制冷模块(1)的进口支管连接阀(151)相连接；所述流量控制阀(33)设置在所述蒸发器(31)的入口端，所述流量控制阀(33)的感温元件(35)安装在所述蒸发器(31)的出口端的管壁上；所述流量控制阀(33)为比例调节阀，所述感温元件(35)将蒸发器(31)出口的冷媒温度信号转换为压力信号，并通过毛细管(34)传递至流量控制阀(35)，调节流量控制阀(33)的开度，从而控制蒸发器(31)的供液量及其出口的过热度；
所述冷媒储存输送单元(2)包括储液器(22)和液泵(21)，所述储液器(22)的输入端通过集液管(4)与各室外复合式制冷模块(1)中的出液支管连接阀(152)相连接，所述储液器(22)的输出端通过液泵(21)并经供液总管(5)与各室内冷风机模块(3)的进口支路连接阀(361)相连接；
在所述储液器(22)的顶部设有溢气管(25)，所述溢气管(25)通过单向阀(26)与回气总管(6)相连通，所述单向阀(26)是以储液器(22)朝向回气总管(6)的流动方向单向导通。
所述多联空调系统的控制方法是：设置所述多联空调系统为蒸气压缩制冷和复合制冷的两种不同工作模式，并有：
在ΔTa<A的工况下，运行蒸气压缩制冷的工作模式；
在ΔTa≥A的工况下，运行复合制冷的工作模式；
其中：ΔTa＝Th–Ta，Th为回气总管(6)中第二冷媒实时温度的测量值，Ta为室外环境温度的测量值，A为设定值。
2.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：在所述的风冷换热总成(12)中，风冷换热器(121)和风冷冷凝器(122)均采用平行流换热器，并迎着风向平行并列，所述风冷换热器(121)位于入风侧、风冷冷凝器(122)位于出风侧，且与所述风机(123)构成一个风道。
3.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：在所述冷媒储存输送单元(2)中，液泵(21)为定频屏蔽泵以保持供液压头稳定，在供液总管(5)与储液器(22)之间设置旁通管(23)及旁通阀(24)，所述旁通阀(24)的开度受其入口压力控制，压力大则开度大，反之亦然。
4.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：所述风机(123)为高速、中速以及停止的三档有级调速风机。
5.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：所述第一冷媒选用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷剂，或选用天然制冷剂R744，所述第二冷媒选用R134a、R22、R290或R32制冷剂。
6.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：
所述蒸气压缩制冷的工作模式是指：复合式制冷多联空调系统的冷量全部由运行蒸气压缩制冷所提供；在所述蒸气压缩制冷的工作模式下，投入运行的室外复合式制冷模块(1)中的压缩机(11)和风机(123)运行、第一电磁阀(16)开启、第二电磁阀(17)关闭，第二冷媒通过进口支管连接阀(151)和第一电磁阀(16)，在换热器(14)的冷凝通道(142)中与蒸发通道(141)内的第一冷媒进行热交换，第二冷媒放热冷凝后经过出液支管连接阀(152)和集液管(4)进入储液器(22)；对于某个室外复合式制冷模块(1)，只有在两台压缩机(11)均停止工作时，该室外复合式制冷模块(1)的风机(123)才停止运行，并且第一电磁阀(16)和第二电磁阀(17)关闭；
制冷量的调节通过压缩机(11)的加载或减载来实现，其控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机(11)运行数量不变；
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机(11)进行加载；
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机(11)进行减载；
其中：B为储液器(22)内第二冷媒的设定温度，ΔB为B的控制偏差，Tb为储液器(22)内第二冷媒的实时温度检测值。
7.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：
所述复合制冷的工作模式是指：优先利用风冷换热器(121)提供冷量，不足冷量通过控制制冷压缩机(11)的运行台数进行补充；所述复合制冷的控制方式是：若室外侧有制冷压缩机(11)运行，则冷源系统中所有室外复合式制冷模块(1)的风机(123)高速运行，第一电磁阀(16)关闭、第二电磁阀(17)开启，第二冷媒通过进口支管连接阀(151)、第二电磁阀(17)，首先在风冷换热器(121)中放热，然后通过换热器(14)的冷凝通道(142)进一步放热，经出液支管连接阀(152)进入集液管(4)，再流入储液器(22)；
在所述复合式制冷的工作模式下，压缩机(11)的加载或减载的控制方法是：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持压缩机(11)运行数量不变；
若满足B+ΔB<Tb，逐个启动未运行的压缩机(11)进行加载，直至每个室外复合制冷模块(1)中都有一个压缩机(11)投入工作，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，再进行第二轮室外复合制冷模块(1)的第二个压缩机(11)加载；
若满足Tb<B–ΔB，逐个停止已运行的压缩机(11)进行减载，直至每个室外复合制冷模块(1)中仅有一个压缩机(11)工作，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，再进行第二轮减载，直至所有室外复合制冷模块(1)的压缩机(11)全部停止工作。
8.根据权利要求1或7所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：
在复合制冷的工作模式下，当室内侧热负荷低于由风冷换热器(121)所提供的冷量时，所有压缩机(11)停止工作；按如下规则调节制冷量：
若满足B–ΔB≤Tb≤B+ΔB，维持风机(123)运行数量和速度不变；
若满足Tb<B–ΔB，逐个降低风机(123)的转速为中速，之后若是仍然满足Tb<B–ΔB，则逐个停止风机(123)的运行；
当工况发生变化使得满足B+ΔB<Tb时，以中速逐个运行风机(123)，之后若是仍然满足B+ΔB<Tb，则逐个提高风机(123)转速至高速。
9.根据权利要求1所述的复合式制冷多联空调系统的控制方法，其特征是：对于所述系统中所有室外复合式制冷模块(1)，采用先开则先停的轮值运行方式进行工作；对于所述系统中所有压缩机(11)，同样采用先开则先停的轮值运行方式进行工作，设置各压缩机(11)的启停间隔时间为3～5分钟。
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