CN106440560B - 冷凝面积可调的空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷凝面积可调的空调系统，包括：压缩机的排气口分别通过第一管路切换单元连通第一室外换热器的一端和第二室外换热器的一端；第一室外换热器的另一端与第二室外换热器的另一端的连接节点L通过的第二管路切换单元连通室内换热器一端，室内换热器另一端与压缩机的回气口连通；第一管路切换单元与第二室外换热器连通的连接节点P经第一开关阀与所述压缩机的排气口连通；连接节点P还与第二管路切换单元的一端口连通；第一节流部件设置在第一室外换热器与第二管路切换单元连通的一端，第二节流部件设置在第二室外换热器与第二管路切换单元连通的一端。本发明还公开了该空调系统的控制方法。本发明有效扩大机房空调热负荷需求范围。

Description

冷凝面积可调的空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调领域，特别涉及一种冷凝面积可调的空调系统及其控制方法。

背景技术

随着计算机网络的快速发展，机房空调的要求也越来越高，保证机房内温湿度环境的绝对稳定，是机房空调的最终目标。而实际情况因机房某些极端热负荷的需求可能会受制冷系统的限制，导致无法精确稳定机房空调的温度。因此，需要对传统机房空调系统进行改进以不断适应更加苛求的机房负荷需要。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种冷凝面积可调的空调系统及其控制方法，旨在使得该空调器可以根据负荷需求而调节冷凝面积，有效扩大机房空调热负荷需求范围。

为实现上述目的，本发明提出的一种冷凝面积可调的空调系统，包括压缩机、第一室外换热器、第二室外换热器、第一节流部件、第二节流部件、室内换热器、第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元；

所述压缩机的排气口分别通过第一管路切换单元连通第一室外换热器的一端和第二室外换热器的一端；所述第一室外换热器的另一端与第二室外换热器的另一端的连接节点L通过的第二管路切换单元连通室内换热器一端，所述室内换热器另一端与所述压缩机的回气口连通；

所述第一管路切换单元与所述第二室外换热器连通的连接节点P经第一开关阀与所述压缩机的排气口连通；而且，所述连接节点P还与第二管路切换单元的一端口连通；

所述第一节流部件设置在第一室外换热器与第二管路切换单元连通的一端，所述第二节流部件设置在第二室外换热器与第二管路切换单元连通的一端。

优选地，所述第一管路切换单元为一三通阀；或者，第一管路切换单元包括设置在压缩机与第一室外换热器的连通管路上的第二开关阀和设置在压缩机与第二室外换热器的连通管路上的第三开关阀。

优选地，所述第二管路切换单元为一三通阀；或者，第二管路切换单元包括设置在所述连接节点P与室内换热器的连接管路上的第四开关阀和所述连接节点L与室内换热器的连接管路上的第五开关阀。

优选地，所述第一室外换热器对应设置第一风机，第二室外换热器对应设置第二风机。

优选地，所述第一室外换热器的换热面积比第二室外换热器的换热面积大。

优选地，所述空调系统还包括控制板，分别与第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元，用于控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态，以满足空调系统的负荷需求。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种冷凝面积可调的空调系统的控制方法，所述冷凝面积可调的空调系统包括压缩机、第一室外换热器、第二室外换热器、第一节流部件、第二节流部件、室内换热器、第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元；

所述压缩机的排气口分别通过第一管路切换单元连通第一室外换热器的一端和第二室外换热器的一端；所述第一室外换热器的另一端与第二室外换热器的另一端的连接节点L通过第二管路切换单元连通室内换热器的一端，所述室内换热器另一端与所述压缩机的回气口连通；

所述第一管路切换单元与所述第二室外换热器连通的连接节点P经第一开关阀与所述压缩机的排气口连通；而且，所述连接节点P还与第二管路切换单元的一端口连通；

所述第一节流部件设置在第一室外换热器与第二管路切换单元连通的一端，所述第二节流部件设置在第二室外换热器与第二管路切换单元连通的一端；

所述冷凝面积可调的空调系统的控制方法包括以下步骤：

空调系统运行过程中，获取空调系统的负荷需求；

根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态。

优选地，根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态的步骤包括：

当空调系统处于低负荷需求时，控制第一开关阀、第一管路切换单元与第二管路切换的工作状态，以使压缩机排出的冷媒依次经过第二室外换热器以及第二节流部件、第一节流部件、第一室外换热器以及室内换热器后，回到压缩机。

优选地，根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态的步骤包括：

当空调系统处于非低负荷需求时，控制第一开关阀、第一管路切换单元与第二管路切换的工作状态，以使压缩机排出的冷媒经过第一室外换热器和/或第二室外换热器、第一节流部件和/或第二节流部件，以及室内换热器后，回到压缩机。

本发明通过外机采用可独立控制的冷凝器和风机，同时设置第一管路切换单元和第二管路切换单元的连接结构，使得该空调器可以根据负荷需求而调节冷凝面积，有效扩大机房空调热负荷需求范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明冷凝面积可调的空调系统第一实施例的结构示意图；

图2为本发明冷凝面积可调的空调系统第二实施例的结构示意图；

图3为本发明冷凝面积可调的空调系统第三实施例的结构示意图；

图4为本发明空调系统的控制方法一实施例的流程示意图；

图5为本发明空调系统运行在低负荷需求下冷媒循环回路示意图；

图6为本发明空调系统运行在高负荷需求下冷媒循环回路示意图；

图7为本发明空调系统运行在部分负荷需求下一实施例的冷媒循环回路示意图；

图8为本发明空调系统运行在部分负荷需求下另一实施例的冷媒循环回路示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				101	压缩机	108	第一管路切换单元
102	第一室外换热器	109	第一管路切换单元
				103	第二室外换热器	110	第一开关阀
104	第一节流部件	111	第二开关阀
				105	第二节流部件	112	第三开关阀
106	室内换热器	113	第四开关阀
				107	第一开关阀	114	第五开关阀

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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种冷凝面积可调的空调系统，主要应用于机房，通过外机采用可独立控制的冷凝器和风机，同时设置第一管路切换单元和第二管路切换单元的连接结构，使得该空调器可以根据负荷需求而调节冷凝面积，有效扩大机房空调热负荷需求范围。

如图1所示，该冷凝面积可调的空调系统可包括压缩机101、第一室外换热器102、第二室外换热器103、第一节流部件104、第二节流部件105、室内换热器106、第一开关阀107、第一管路切换单元108、第二管路切换单元109。

所述压缩机101的排气口分别通过第一管路切换单元108连通第一室外换热器102的一端和第二室外换热器103的一端。具体地，第一管路切换单元108和第二管路切换单元109均具有三个端口。第一管路切换单元108的第一端口与压缩机101的排气口连通，第一管路切换单元108的第二端口与第一室外换热器102的一端连接，第一管路切换单元108的第三端口与第二室外换热器103的一端连接。

第一室外换热器102的另一端与第二室外换热器103的另一端的连接节点L通过的第二管路切换单元109连通室内换热器106一端，所述室内换热器106另一端与所述压缩机101的回气口连通。具体地，第二管路切换单元109的第一端口与连接节点L连通，第二管路切换单元109的第二端口与室内换热器106一端连通，室内换热器106另一端与压缩机101的回气口连通。

上述第一管路切换单元108与所述第二室外换热器103连通的连接节点P经第一开关阀110与所述压缩机101的排气口连通；而且，连接节点P还与第二管路切换单元109的一端口连通。即第二管路切换单元109的第三端口与连接节点P连通。

另外，第一节流部件104设置在第一室外换热器102与第二管路切换单元109连通的一端，所述第二节流部件105设置在第二室外换热器103与第二管路切换单元109连通的一端。

进一步地，上述第一室外换热器对应设置第一风机，第二室外换热器对应设置第二风机。通过独立设置的冷凝器及风机，可以实现快速换热。另外，该第一室外换热器102的换热面积比第二室外换热器103的换热面积大。即第一室外换热器102进行主要换热工作，第二室外换热器103进行辅助换热工作。

本发明实施例空调系统通过上述结构，例如第一管路切换单元、第二管路切换单元、第一开关阀的设置结构，使得该空调系统不但可以满足更大的热负荷需求范围，而且可以保证机房环境的稳定性。

进一步地，一示例中，上述第一管路切换单元108为一三通阀，即具有一个固定端口和两个切换端口的三通阀。该三通阀具有通电状态和断电状态，通电状态下，固定端口和其中一个切换端口连通；断电状态下，固定端口和另外一个切换端口连通。即控制压缩机101的排气口与第一室外换热器102的导通，或者压缩机101的排气口与第二室外换热器103的导通。

另一示例中，如图2所示，上述第一管路切换单元108包括设置在压缩机101与第一室外换热器102的连通管路上的第二开关阀111和第一管路切换单元108与第二冷凝器103的连通管路上的第三开关阀112。通过控制第二开关阀111和第三开关阀112的开/断，控制压缩机101的排气口与第一室外换热器102的连通，或者压缩机101的排气口与第二室外换热器103的连通。

进一步地，一示例中，上述第二管路切换单元109为一三通阀，即具有一个固定端口和两个切换端口的三通阀。该三通阀具有通电状态和断电状态，通电状态下，固定端口和其中一个切换端口连通；断电状态下，固定端口和另外一个切换端口连通。即控制室内换热器与冷凝器的连通，或者室内换热器与连接节点P的连通。

另一示例中，如图3所示，上述第二管路切换单元109包括第四开关阀113和第五开关阀114，其中第四开关阀113设置在连接节点P与室内换热器106连通的管路上，第五开关阀114设置在连接节点L与室内换热器106之间连通的管路上。通过控制第四开关阀113和第五开关阀114的开/断，控制连接节点L与室内换热器106的连通，或者连接节点P与室内换热器106的连通。

上述第一管路切换单元、第二管路切换单元以及第一开关阀可以人工控制，也可以通过控制板进行控制，从而使得该空调系统不但可以满足更大的热负荷需求范围，而且可以保证机房环境的稳定性。

对应地，本发明实施例还提出了一种运行于上述控制板，用于控制该空调系统进行工作的控制方法。如图4所示，该控制方法包括：

步骤S110、空调系统运行过程中，获取空调系统的负荷需求；

该空调系统运行过程中，可以通过压缩机的运行频率，获取空调系统的负荷需求。例如，压缩机的运行频率高，空调系统的负荷需求则高；压缩机的运行频率低，空调系统的负荷需求则低。或者，通过机房内的当前温度和设定温度的温差，获取空调系统的负荷需求。例如，温差大，空调系统的负荷需求则高；温差小，空调系统的负荷需求则低。或者，通过机房内的室内外温差，获取空调系统的负荷需求。例如，室内外温差大，空调系统的负荷需求则高；室内外温差小，空调系统的负荷需求则低。

步骤S120、根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态。

根据步骤S110获得的空调系统的负荷需求，控制第一开关阀110的开/断，控制第一管路切换单元108和第二管路切换单元109的管路切换状态，可以使得空调系统的冷媒循环回路的不同，从而使空调系统可以满足不同的负荷需求，例如高负荷需求、部分负荷需求以及低负荷需求。

以下将对空调系统运行制冷模式的不同负荷需求下空调的控制方案进行具体描述。

(1)低负荷需求

当空调系统处于低负荷需求时，控制第一开关阀110、第一管路切换单元108与第二管路切换109的工作状态，以使压缩机排出的冷媒依次经过第二室外换热器以及第二节流部件、第一节流部件、第一室外换热器以及室内换热器后，回到压缩机。

具体地，控制第一管路切换单元108的端口1和端口2开启，端口3关闭；控制第二管路切换单元109的端口2和端口3开启，端口1关闭；控制第一开关阀110关闭。该空调系统制冷运行的冷媒循环回路如图5所示，压缩机101排气口排出的气体经过第一管路切换单元108的端口1进、端口2出，循环至第一室外换热器102，并进入第一室外换热器102进行冷凝放热后，循环出的冷媒经过第一节流部件104的节流降压，再经第二节流部件105循环至第二室外换热器102，并进入第二室外换热器102进行蒸发吸热后，循环出的冷媒经过第二管路切换单元109的端口3进、端口2出，循环至室内换热器106，进入室内换热器106再次进行蒸发吸热后，循环出的冷媒循环至压缩机101的回气口，并进入压缩机101。

需要说明的是，由于第二室外换热器102作为蒸发器使用，故而所经过的第二节流部件105的开度为最大开度。

由于第二室外换热器102在制冷循环中作为冷凝器使用，但是当低负荷情况下，该冷凝器分担一部分制冷输出，从而可使机房内制冷输出降到更低，以满足机房不停机持续制冷输出。

(2)非低负荷需求

当空调系统处于非低负荷需求时，控制第一开关阀、第一管路切换单元与第二管路切换单元的工作状态，以使压缩机排出的冷媒经过第一室外换热器和/或第二室外换热器、第一节流部件和/或第二节流部件，以及室内换热器后，回到压缩机。

该非低负荷需求可包括高负荷需求或部分负荷需求，高负荷需求时，第一室外换热器101和第二室外换热器102均开启使用，以在制冷循环中作为冷凝器使用。部分负荷需求时，第一室外换热器101和第二室外换热器102中使用一个，或者两者交替使用，以在制冷循环中作为冷凝器使用。具体控制如下：

当空调系统处于高负荷需求时，控制第一开关阀110开启；控制第一管路切换单元108的端口1和端口2开启，端口3关闭；控制第二管路切换单元109的端口1和端口2开启，端口3关闭。该空调制冷运行的冷媒循环回路如图6所示，压缩机101排出的气体分成两路：一路经过第一管路切换单元108的端口1进、端口2出，进入第一室外换热器101进行冷凝放热后，经过第一节流部件104的节流降压后，循环至连接节点L；另一路经过第一开关阀110，进入第二室外换热器102进行冷凝放热后，经过第二节流部件105的节流降压后，循环至连接节点L。连接节点L处的冷媒再经过第二管路切换单元109的端口1进、端口2出，循环至室内换热器106，进入室内换热器106进行蒸发吸热后，循环出的冷媒循环至压缩机101的回气口，并进入压缩机101。

在空调系统处于高负荷需求时，冷凝器面积最大，可以满足热负荷的最大工况。

当空调系统处于部分负荷需求时，可以根据负荷需要选择使用第一室外换热器101或第二室外换热器102。或者第一室外换热器101和第二室外换热器102交替使用。例如，当负荷需求较大，则选择使用第一室外换热器101使用；当负荷需求较小，则选择使用第二室外换热器102使用。

当选择使用第一室外换热器101使用时，控制第一管路切换单元108的端口1和端口2开启，端口3关闭；控制第二管路切换单元109的端口1和端口2开启，端口3关闭；控制第一开关阀110关闭。该空调制冷运行的冷媒循环回路如图7所示，压缩机排出的气体经过第一管路切换单元108的端口1进、端口2出，进入第一室外换热器101进行冷凝放热后，经过第一节流部件104的节流降压，再经过第二管路切换单元109的端口1进、端口2出，循环至室内换热器106，进入室内换热器106进行蒸发吸热后，循环出的冷媒循环至压缩机101的回气口，并进入压缩机101。

当选择使用第二室外换热器102使用时，控制第一管路切换单元108的端口1和端口3开启，端口2关闭；控制第二管路切换单元109的端口1和端口2开启，端口3关闭；控制第一开关阀110开启。该空调制冷运行的冷媒循环回路如图8所示，压缩机101排出的气体经过第一开关阀110，进入第二室外换热器102进行冷凝放热后，经过第二节流部件105的节流降压，再经过第二管路切换单元109的端口1进、端口2出，循环至室内换热器106，进入室内换热器106进行蒸发吸热后，循环出的冷媒循环至压缩机101的回气口，并进入压缩机101。

当选择第一室外换热器101和第二室外换热器102交替使用时，则根据上述交替周期控制第一室外换热器101和第二室外换热器102交替使用。该交替周期可以根据具体情况而设置，例如1个小时。

在空调系统处于部分负荷需求时，根据需要选择面积较大的第一室外换热器101使用，或者选择面积较小的第二室外换热器102使用。

举例说明，上述空调系统运行中，将根据室内环境温度和空调设定温度之间的温差，控制空调系统的运行状态，例如高负荷运行状态、低负荷运行状态、部分负荷运行状态等等。现设定以下几种运行状态：

Control1指代空调系统运行停机指令(如有电加热可运行电辅热功能)；

Control2指代空调系统运行机房最小负荷系统；

Control3指代空调系统运行机房部分负荷系统(第二室外换热器)；

Control4指代空调系统运行机房部分负荷系统(第一室外换热器)；

Control5指代空调系统运行机房最大负荷系统。

空调系统上电时，检测室内环境温度与设定温度的温差ΔT，并根据温差按照相应的运行状态运行：当ΔT≤0℃时，运行Control1；当0℃＜ΔT≤2℃时，运行Control2；当2℃＜ΔT≤5℃时，运行Control3；当5℃＜ΔT≤10℃时，运行Control4；当ΔT≥10℃时，运行。

空调系统按Control x(x＝1,2,3,4,5)运行中，每隔预设时间Δt检测室内环境温度与设定温度的温差ΔT，并根据该温差控制空调系统的运行状态：若ΔT小于第一预设阈值，降负荷运行，即运行Control(x-1)；若ΔT大于第二预设阈值，则将当前温差与上一次温差进行比较，若当前温差小于上一次温差，保持当前运行状态，若当前温差大于上一次温差，则升负荷运行，即运行Control(x+1)；若ΔT位于第一预设阈值与第二预设阈值之间的范围，则保持当前运行状态。

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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，包括压缩机、第一室外换热器、第二室外换热器、第一节流部件、第二节流部件、室内换热器、第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元；

所述压缩机的排气口分别通过第一管路切换单元连通第一室外换热器的一端和第二室外换热器的一端；所述第一室外换热器的另一端与第二室外换热器的另一端的连接节点L通过的第二管路切换单元连通室内换热器一端，所述室内换热器另一端与所述压缩机的回气口连通；

所述第一管路切换单元与所述第二室外换热器连通的连接节点P经第一开关阀与所述压缩机的排气口连通；而且，所述连接节点P还与第二管路切换单元的一端口连通；

所述第一节流部件设置在第一室外换热器与第二管路切换单元连通的一端，所述第二节流部件设置在第二室外换热器与第二管路切换单元连通的一端。

2.如权利要求1所述的冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，所述第一管路切换单元为一三通阀；或者，第一管路切换单元包括设置在压缩机与第一室外换热器的连通管路上的第二开关阀和设置在压缩机与第二室外换热器的连通管路上的第三开关阀。

3.如权利要求2所述的冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，所述第二管路切换单元为一三通阀；或者，第二管路切换单元包括设置在所述连接节点P与室内换热器的连接管路上的第四开关阀和所述连接节点L与室内换热器的连接管路上的第五开关阀。

4.如权利要求1所述的冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，所述第一室外换热器对应设置第一风机，第二室外换热器对应设置第二风机。

5.如权利要求1所述的冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，所述第一室外换热器的换热面积比第二室外换热器的换热面积大。

6.如权利要求1-5任一项所述的冷凝面积可调的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括控制板，分别与第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元，用于控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态，以满足空调系统的负荷需求。

7.一种冷凝面积可调的空调系统的控制方法，其特征在于，所述冷凝面积可调的空调系统为如权利要求1至6中任一所述冷凝面积可调的空调系统；

所述冷凝面积可调的空调系统的控制方法包括以下步骤：

空调系统运行过程中，获取空调系统的负荷需求；

根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态。

8.如权利要求7所述的冷凝面积可调的空调系统的控制方法，其特征在于，根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态的步骤包括：

当空调系统处于低负荷需求时，控制第一开关阀、第一管路切换单元与第二管路切换的工作状态，以使压缩机排出的冷媒依次经过第二室外换热器以及第二节流部件、第一节流部件、第一室外换热器以及室内换热器后，回到压缩机。

9.如权利要求7所述的冷凝面积可调的空调系统的控制方法，其特征在于，根据所述空调系统的负荷需求，控制第一开关阀、第一管路切换单元、第二管路切换单元的工作状态的步骤包括：

当空调系统处于非低负荷需求时，控制第一开关阀、第一管路切换单元与第二管路切换的工作状态，以使压缩机排出的冷媒经过第一室外换热器和/或第二室外换热器、第一节流部件和/或第二节流部件，以及室内换热器后，回到压缩机。