CN105444270A - 一种空调系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空调系统，包括室外换热器(5)和室内第一换热器(14)，还包括通过第一并联支路并联设置在所述室外换热器(5)两端的室内第二换热器(13)，同时所述室内第二换热器(13)还通过第二并联支路并联设置在所述室内第一换热器(14)的两端，所述空调系统还包括控制所述第一并联支路的第一控制阀系统，且所述第二并联支路上设置有控制该第二并联支路的第二控制阀系统。本发明的空调系统通过对换热器的合理布置，利用冷凝热代替电加热，降低了热资源的浪费和可能造成的热污染程度，节省了使用电加热的成本，避免了电加热运行可能造成干烧的安全隐患；同时增大了换热面积，提高空调系统运行时的显热比。本发明还涉及该空调系统的控制方法。

Description

一种空调系统及其控制方法
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种空调系统及其控制方法。
背景技术
传统的用于机房及类似高显热环境的空调系统为了实现对温湿度的精确控制，室内机一般配置一定功率的电加热实现加热功能，机组运行时的冷凝热被直接散到周围环境中，造成热资源的浪费，大量冷凝热的排放还可能造成热污染，有的机组使用电加热，如果保护措施不到位，存在安全隐患。
用于机房环境的空调机组要求高显热比，目前有的机组采用增大风量的方法实现，但当风量加大到一定程度后，继续增大风量对制冷量的提升作用有限，还会造成整机运行功率的上升，能效比的下降(能效比是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比，这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量，空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多)。
由于现有技术中的空调系统存在冷凝热浪费、造成热污染，以及利用电加热器实现温湿度控制还存在着安全隐患的技术问题，因此本发明研究设计出一种空调系统及其控制方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的空调系统存在冷凝热浪费、造成热污染，以及利用电加热器实现温湿度控制还存在着安全隐患的缺陷，从而提供一种空调系统及其控制方法。
本发明提供一种空调系统，包括室外换热器和室内第一换热器，其还包括通过第一并联支路并联设置在所述室外换热器两端的室内第二换热器，同时所述室内第二换热器还通过第二并联支路并联设置在所述室内第一换热器的两端，所述空调系统还包括控制所述第一并联支路的第一控制阀系统，且所述第二并联支路上设置有控制该第二并联支路的第二控制阀系统。
优选地，所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀。
优选地，所述第一控制阀系统还包括设置在所述第一并联支路上且靠近所述室外换热器出口管路端的第一电磁阀。
优选地，所述第二控制阀系统包括设置在所述室内第一换热器一端与所述室内第二换热器一端之间的所述第二并联支路上的第二电磁阀。
优选地，所述第二控制阀系统还包括设置在所述室内第一换热器另一端与所述室内第二换热器另一端之间的所述第二并联支路上的第三电磁阀。
优选地，当所述第一控制阀系统包括第一电磁阀时，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均为常闭式电磁阀。
优选地，在所述室内第一换热器和/或所述室内第二换热器位于室内的出风端处还设置有加湿装置。
优选地，在所述室内第一换热器和/或所述室内第二换热器位于室内的出风端处还设置有风机。
优选地，在所述空调系统的制冷剂管路上还连接设置有储液器。
本发明还提供一种空调系统的控制方法，其针对前述的空调系统进行控制调节，以实现制冷、再热除湿或加湿的功能。
优选地，若空调系统室内出风温度大于或等于室内允许的温度上限时，将所述第一控制阀系统关闭，将所述第二控制阀系统打开，制冷剂进入室外换热器5冷凝放热、再进入室内第一换热器及位于第二并联支路上的室内第二换热器中进行蒸发吸热，实现空调系统的室内制冷；若空调系统室内出风温度小于或等于室内允许的温度下限时停止压缩机的运行，终止制冷循环继续运行。
优选地，若室内环境需要进行除湿时，打开第一控制阀系统，关闭所述第二控制阀系统，使得制冷剂分别流经室外换热器和室内第二换热器中进行冷凝放热，再流经室内第一换热器中进行蒸发吸热，实现空调系统的再热除湿。
优选地，当所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀时，根据实际需要将所述三通阀进行开度调节而使得适量的制冷剂旁通到所述室内第二换热器中。
优选地，当在所述室内第一换热器和/或所述室内第二换热器位于室内的出风端处还设置有加湿装置时，且当室内环境需要加湿时，开启所述加湿装置使产生的蒸汽经过加湿装置上的加湿器喷管喷出至室内环境中。
本发明提供的空调系统及其控制方法具有如下有益效果：
1.本发明的空调系统通过对换热器的合理布置，利用冷凝热代替电加热，降低了热资源的浪费和可能造成的热污染程度，节省了使用电加热的成本，避免了电加热运行可能造成干烧的安全隐患；
2.同时换热器合理的有效组合使用，增大了换热面积，可提高空调系统运行时的显热比，以提高空调机组对机房及类似环境的冷却效果，降低整个机房运行的PUE值；
3.合理的控制逻辑也使得本发明涉及的空调系统更适合在高显热的机房环境中工作。
附图说明
图1是本发明的空调系统具有加湿装置和储液器结构时的结构示意图；
图2是本发明的空调系统不具有加湿装置和储液器结构时的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1—压缩机，2—感温包，3—三通阀，4—冷凝风机，5—换热器，6—电磁阀，7—储液器，8—电子膨胀阀，9—感温包，10—第三电磁阀，11—离心风机，12—加湿器喷管，13—室内第二换热器，14—室内第一换热器，15—第二电磁阀，16—感温包，17—汽液分离器。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种空调系统，包括压缩机1、感温包2、冷凝风机4、电磁阀6、储液器7、电子膨胀阀8、感温包9、感温包16、汽液分离器17，还包括室外换热器5和室内第一换热器14，其还包括通过第一并联支路并联设置在所述室外换热器5两端的室内第二换热器13，同时所述室内第二换热器13还通过第二并联支路并联设置在所述室内第一换热器14的两端，所述空调系统还包括控制所述第一并联支路的第一控制阀系统，且所述第二并联支路上设置有控制该第二并联支路的第二控制阀系统。
本发明的空调系统通过对换热器的合理布置(增设与室外换热器和与室内第一换热器分别并联的室内第二换热器)，并且通过第一、第二控制阀系统的控制操作，能够使得在需要制冷时使得室内第一、第二换热器均制冷，使得需再热除湿时使得室内第一换热器制冷，室内第二换热器制热，此时通过室内第二换热器的制热作用实现再热除湿的功能，有效地利用了冷凝热代替电加热，降低了热资源的浪费和可能造成的热污染程度，节省了使用电加热的成本，避免了电加热运行可能造成干烧的安全隐患；
同时换热器合理的有效组合使用，增大了换热面积(当制冷时室内第一、第二换热器均进行蒸发吸热制冷作用，有效地增大了换热面积)，可提高空调系统运行时的显热比，以提高空调机组对机房及类似环境的冷却效果，降低整个机房运行的PUE值(PowerUsageEffectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，PUE＝数据中心总设备能耗/IT设备能耗，PUE是一个比值，基准是2，越接近1表明能效水平越好。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高)。
优选地，所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器5进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀3。通过在室外换热器5进口管路与所述第一并联支路相汇合处设置三通阀3能够控制压缩机出口端管路的制冷剂是否进入第一并联支路，当制冷剂进入该第一并联支路时还可以控制进入第一并联支路中的制冷剂流量的大小，从而控制室内第二换热器13起到是否进行制热及控制制热量大小的作用，为再热除湿提供了控制条件。
优选地，所述第一控制阀系统还包括设置在所述第一并联支路上且靠近所述室外换热器5出口管路端的第一电磁阀6。通过设置在上述位置的第一电磁阀能够配合三通阀一起进行第一并联支路的通或断的控制，控制室内第二换热器是否进行制热，为再热除湿提供了有利的控制条件。
优选地，所述第二控制阀系统包括设置在所述室内第一换热器14一端与所述室内第二换热器13一端之间的所述第二并联支路上的第二电磁阀15。通过设置在第二并联支路上的第二电磁阀，能够对第二并联支路起到开或闭的作用和控制，进而控制室内第二换热器是否进行制冷，为配合与室内第一换热器一起制冷，增大换热面积，提高室内制冷量，提高空调系统运行的显热比提供了有利的控制条件。
优选地，所述第二控制阀系统还包括设置在所述室内第一换热器14另一端与所述室内第二换热器13另一端之间的所述第二并联支路上的第三电磁阀10。通过设置在上述位置的第三电磁阀能够配合第二电磁阀一起进行第二并联支路的通或断的控制，控制室内第二换热器是否进行制冷，为提高空调系统运行的显热比提供了有利的控制条件。
优选地，当所述第一控制阀系统包括第一电磁阀6时，所述第一电磁阀6、所述第二电磁阀15和所述第三电磁阀均为常闭式电磁阀。选择上述三个电磁阀为常闭式无流量电磁阀是一种优选的结构和实施方式，常闭式电磁阀适用于以蒸汽为热介质，进行温度自动控制的执行机构，可对蒸汽加热器、散热器、干燥器等蒸气设备及各类温度自控仪、蒸汽定型机、蒸汽机、蒸汽回潮机等成套设备的锅炉蒸汽管道进行二位式自动控制和远程控制。进一步将常闭式电磁阀优选为常闭式无流量电磁阀。
优选地，在所述室内第一换热器14和/或所述室内第二换热器13位于室内的出风端处还设置有加湿装置。通过设置在上述位置上的加湿装置能够有效地对室内需要加湿时起到加湿的作用。进一步优选该加湿装置还包括加湿器喷管12，则加湿装置产生的蒸汽经过加湿器喷管12喷出后随气流进入被空调房间。
优选地，在所述室内第一换热器14和/或所述室内第二换热器13位于室内的出风端处还设置有风机11。通过在上述相应的位置设置风机起到将室内第一换热器14和/或所述室内第二换热器13产生的热量通过风机加速散播到整个室内空间的作用，起到辅助加速换热的作用。优选该风机为离心风机11。
优选地，在所述空调系统的制冷剂管路上还连接设置有储液器。通过储液器起到储液、过滤及干燥制冷剂的作用。
下面介绍一下本发明的优选实施方式一
如图1所示，为本发明的空调系统包括压缩机1、感温包2、三通阀3、冷凝风机4、室外换热器5、第一电磁阀6、储液器7、电子膨胀阀8、感温包9、第三电磁阀10、离心风机11、加湿器喷管12、室内第二换热器13、室内第一换热器14、第二电磁阀15、感温包16、汽液分离器17，其中第一电磁阀6、第三电磁阀10以及第二电磁阀15为常闭式无流量电磁阀。空调机组运行时，若空调机组回风温度大于或等于被空调房间允许的温度上限时，则三通阀3的旁通口关闭，第一电磁阀6关闭，第二电磁阀15、第三电磁阀10打开，制冷剂流入室外换热器5、储液器、室内第一、第二换热器13、14后，通过汽液分离器17回到压缩机，完成制冷模式下的制冷剂循环，实现空调机组制冷功能；若空调机组回风温度小于或等于被空调房间允许的温度下限时(也可以比下限温度值略高)，则停止压缩机的运行；若机房环境需要机组进行除湿，则三通阀根据实际需要，旁通适量制冷剂到室内第二换热器13，第一电磁阀6打开，第二、第三电磁阀15、10关闭，流经换热器5和换热器13的制冷剂汇合后经储液器7、电子膨胀阀8、室内第一换热器14，通过汽液分离器17回到压缩机，完成除湿再热模式下的制冷剂循环。若机房环境需要加湿，则加湿装置产生的蒸汽经过加湿器喷管12喷出后随气流进入被空调房间。
此实施方式，利用空调机组的冷凝热实现再热功能，空调机组具备制冷、除湿再热、加湿功能，使空调系统可以对机房环境进行较精确的温湿度控制。
本发明的优选实施方式二
如图2所示，实施方式二在实施方式一的基础上取消了加湿装置和储液器，可以使用在对湿度要求不太高的场所，节约了机组生产和运行成本，温度控制方法与实施方式一类似。
本发明提供一种空调系统的控制方法，其针对前述的空调系统进行控制调节，以实现制冷、再热除湿或加湿的功能。通过合理的控制方法，使空调制冷剂循环系统在节能、安全运行的基础上实现制冷、除湿和再热功能，对机房环境的温湿度进行较精确的控制调节。有效地利用了冷凝热代替电加热，降低了热资源的浪费和可能造成的热污染程度，节省了使用电加热的成本，避免了电加热运行可能造成干烧的安全隐患；同时换热器合理的有效组合使用，增大了换热面积(当制冷时室内第一、第二换热器均进行蒸发吸热制冷作用，有效地增大了换热面积)，可提高空调系统运行时的显热比，以提高空调机组对机房及类似环境的冷却效果，降低整个机房运行的PUE值；合理的控制逻辑也使得本发明涉及的空调系统更适合在高显热的机房环境中工作。
优选地，若空调系统室内出风温度大于或等于室内允许的温度上限时，此时说明空调室内换热器的出风温度超过了室内允许的温度上限，因此急需大制冷量地进行室内制冷，于是将所述第一控制阀系统关闭，将所述第二控制阀系统打开，制冷剂进入室外换热器5冷凝放热、再进入室内第一换热器及位于第二并联支路上的室内第二换热器中进行蒸发吸热，实现空调系统的室内制冷(高显热比、大制冷量的制冷)。
优选地，若空调系统室内出风温度小于或等于室内允许的温度下限时(也可以比下限温度值略高)，说明此空调室内换热器的出风温度超过了室内允许的温度下限，因此急需停止压缩机的运行，终止制冷循环继续运行，防止室内温度继续降低，超出人体的耐受范围。
优选地，若室内环境需要进行除湿时，打开第一控制阀系统，关闭所述第二控制阀系统，使得制冷剂分别流经室外换热器5和室内第二换热器13中进行冷凝放热，再流经室内第一换热器14中进行蒸发吸热，通过室内第二换热器14的放热能够有效地对室内空间产生再热除湿的作用，实现空调系统的再热除湿。有效地利用了冷凝热量，减小了热污染和能源浪费，并且还避免了使用电加热器带来的安全隐患。
优选地，当所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器5进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀3时，根据实际需要将所述三通阀进行开度调节而使得适量的制冷剂旁通到所述室内第二换热器13中。这样能够有效地根据室内湿度的大小进行调节除湿作用，能对除湿大小程度进行调节，使得该空调系统及控制方法适应性更强。
优选地，当在所述室内第一换热器14和/或所述室内第二换热器13位于室内的出风端处还设置有加湿装置时，且当室内环境需要加湿时，开启所述加湿装置使产生的蒸汽经过加湿装置上的加湿器喷管12喷出至室内环境中。以起到对室内环境进行加湿的作用。
本空调系统控制方法的优选方式如下：
制冷模式：三通阀3的旁通口关闭，第一电磁阀6关闭，第二、第三电磁阀15、10打开，制冷剂流入室外换热器5、储液器7、室内第一、第二换热器14、13后，通过汽液分离器17回到压缩机，完成制冷模式下的制冷剂循环。
除湿再热模式：三通阀3根据实际需要，旁通适量制冷剂到室内第二换热器13，第一电磁阀6打开，第二、第三电磁阀15、10关闭，流经室外换热器5和室内第二换热器13的制冷剂汇合后经储液器7、电子膨胀阀8、室内第一换热器14，通过汽液分离器17回到压缩机，完成除湿再热模式下的制冷剂循环。
本空调系统在室内侧安装两个换热器，一个换热器(换热器14)专作蒸发器用，另一个换热器(换热器13)根据被空调房间的需要，作冷凝器或蒸发器，亦或除湿用。通过合理的控制方法，使空调制冷剂循环系统在节能、安全运行的基础上实现制冷、除湿和再热功能，对室内环境的温湿度进行较精确的控制调节。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种空调系统，包括室外换热器(5)和室内第一换热器(14)，其特征在于：还包括通过第一并联支路并联设置在所述室外换热器(5)两端的室内第二换热器(13)，同时所述室内第二换热器(13)还通过第二并联支路并联设置在所述室内第一换热器(14)的两端，所述空调系统还包括控制所述第一并联支路的第一控制阀系统，且所述第二并联支路上设置有控制该第二并联支路的第二控制阀系统。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器(5)进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀(3)。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于：所述第一控制阀系统还包括设置在所述第一并联支路上且靠近所述室外换热器(5)出口管路端的第一电磁阀(6)。
4.根据权利要求1-3之一所述的空调系统，其特征在于：所述第二控制阀系统包括设置在所述室内第一换热器(14)一端与所述室内第二换热器(13)一端之间的所述第二并联支路上的第二电磁阀(15)。
5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于：所述第二控制阀系统还包括设置在所述室内第一换热器(14)另一端与所述室内第二换热器(13)另一端之间的所述第二并联支路上的第三电磁阀(10)。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于：当所述第一控制阀系统包括第一电磁阀(6)时，所述第一电磁阀(6)、所述第二电磁阀(15)和所述第三电磁阀(10)均为常闭式电磁阀。
7.根据权利要求1-6之一所述的空调系统，其特征在于：在所述室内第一换热器(14)和/或所述室内第二换热器(13)位于室内的出风端处还设置有加湿装置。
8.根据权利要求1-7之一所述的空调系统，其特征在于：在所述室内第一换热器(14)和/或所述室内第二换热器(13)位于室内的出风端处还设置有风机。
9.根据权利要求1-8之一所述的空调系统，其特征在于：在所述空调系统的制冷剂管路上还连接设置有储液器。
10.一种空调系统的控制方法，其特征在于：针对权利要求1-9之一所述的空调系统进行控制调节，以实现制冷、再热除湿或加湿的功能。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：若空调系统室内出风温度大于或等于室内允许的温度上限时，将所述第一控制阀系统关闭，将所述第二控制阀系统打开，制冷剂进入室外换热器(5)冷凝放热、再进入室内第一换热器及位于第二并联支路上的室内第二换热器中进行蒸发吸热，实现空调系统的室内制冷；
若空调系统室内出风温度小于或等于室内允许的温度下限时，停止压缩机的运行，终止制冷循环继续运行。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：若室内环境需要进行除湿时，打开第一控制阀系统，关闭所述第二控制阀系统，使得制冷剂分别流经室外换热器(5)和室内第二换热器(13)中进行冷凝放热，再流经室内第一换热器14中进行蒸发吸热，实现空调系统的再热除湿。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于：当所述第一控制阀系统包括设置在所述室外换热器(5)进口管路与所述第一并联支路相汇合处的三通阀(3)时，根据实际需要将所述三通阀进行开度调节而使得适量的制冷剂旁通到所述室内第二换热器(13)中。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于：当在所述室内第一换热器(14)和/或所述室内第二换热器(13)位于室内的出风端处还设置有加湿装置时，且当室内环境需要加湿时，开启所述加湿装置使产生的蒸汽经过加湿装置上的加湿器喷管(12)喷出至室内环境中。
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