CN106839206B - 一种多联空调系统及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据中心制冷空调技术领域，尤其涉及一种多联空调系统及其运行控制方法。本发明提供了一种多联空调系统，包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，每个室内机组单元均通过制冷剂管路与室外机组单元连接；室外机组单元包括相互连接的压缩机和冷凝器，压缩机与主控制器电信号连接；每个室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组，每个室内机组均包括电子膨胀阀及与电子膨胀阀连接的第一控制器，第一控制器与主控制器电信号连接，结构简单，安装简便。占用空间小且降低了投资成本及安装成本，经济性好，可适用于不同类型的压缩机；室内机组的数量可以根据实际使用情况进行灵活调节，从而满足多变的用户需求。

Description

一种多联空调系统及其运行控制方法

技术领域

本发明涉及数据中心制冷空调技术领域，尤其涉及一种多联空调系统及其运行控制方法。

背景技术

空调机组用于调节室内温度，其中的室内机组为用户的使用终端。当前现有的直膨系统，由于不能多联，一台室外机组连接一台室内机组，室外机数量多，系统复杂且庞大，需要的室外机占地面积大；若室外机集中放置，会造成热岛效应，严重影响制冷效果，安装耗费时间、成本。而采用现有技术中的多联空调机组，为解决回油问题，需额外增加冷媒分配器，由此增加了机房室内的占地面积，降低机房使用率；而若采用现有技术中的中央空调水冷系统时，则存在冷冻水进入数据中心室内，系统复杂，造价较高，初期投资大，且其附件多如补水阀、排气阀等，维护成本高，经济性差。

除上述之外，针对数据中心，其机房内普遍存在IT负载不均匀、初期几年内IT低负载、局部高热的负载变化、显冷量小所导致的机柜散热不佳、以及不同的机柜负荷冷却差异大以及空调系统全年变工况运行等问题，并且机房局部过热就要降低整个机房温度，会造成能耗极大浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种结构简单、占地面积小且能有效降低生产成本的多联空调系统及其运行控制方法，以解决现有的应用于数据中心的机房空调存在系统复杂、占用空间大及经济性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多联空调系统，其包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，每个所述室内机组单元均通过制冷剂管路与所述室外机组单元连接；所述室外机组单元包括相互连接的压缩机和冷凝器，所述压缩机与所述主控制器电信号连接；每个所述室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组，每个所述室内机组均包括电子膨胀阀及与所述电子膨胀阀连接的第一控制器，所述第一控制器与所述主控制器电信号连接。

其中，所述室外机组单元还包括与所述冷凝器连接的第二控制器，所述第二控制器与所述主控制器电信号连接。

其中，所述室外机组单元还包括设于所述冷凝器上的温度探测器，所述温度探测器与所述第二控制器电信号连接，用于检测室外温度。

其中，每个所述室内机组均还包括用于检测室内温度的红外测温仪，所述红外测温仪与所述第一控制器电信号连接。

其中，所述每个所述室内机组均还包括用于检测室内回风温度的回风气流温湿度采集探头，所述回风气流温湿度采集探头与所述第一控制器电信号连接。

其中，所述压缩机为变容量压缩机。

其中，所述室内机组的安装方式为顶置式或列间式或地板嵌入式。

本发明还提供了一种多联空调系统的运行控制方法，其包括：

获取多联空调系统中压缩机的初步输出量；

获取所述多联空调系统的实际冷却需求量，其中，所述实际冷却需求量包括所述多联空调系统中所有室内机组单元的冷却需求量之和及所述多联空调系统中室外机组单元与室外大气环境的散热修正量；

当检测获知所述初步输出量与所述实际冷却需求量不匹配时，调节所述压缩机的输出容量或运行频率，并使得调节后的压缩机的输出量与所述实际冷却需求量的差值不大于预设阈值。

其中，所述获取所述多联空调系统的实际冷却需求量具体包括：

检测并获取当前的室内平均温度值、室内平均回风温度值及室外温度值；

计算并获取所述室内平均温度值与室内预设温度值的第一差率值、所述室内平均回风温度值与室内预设回风温度值的第二差率值及所述室外温度值与室外预设温度值的第三差率值；

根据预建立的加权计算公式对所述第一差率值、第二差率值及第三差率值进行计算，得到所述实际冷却需求量。

其中，所述第一差率值的计算公式为：

x＝(x₁-x₀)/a

式中，x为第一差率值；x₁为当前的室内平均温度值；x₀为室内预设温度值；a为第一预设斜率值；

所述第二差率值的计算公式为：

y＝(y₁-y₀)/b

式中，y为第二差率值；y₁为当前的室内平均回风温度值；y₀为室内预设回风温度值；b为第二预设斜率值；

所述第三差率值的计算公式为：

z＝(z₁-z₀)/c

式中，z为第三差率值；z₁为当前的室外温度值；z₀为室外预设温度值；c为第三预设斜率值。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种多联空调系统，其包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，每个室内机组单元均通过制冷剂管路与室外机组单元连接；室外机组单元包括相互连接的压缩机和冷凝器，压缩机与主控制器电信号连接；每个室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组，每个室内机组均包括电子膨胀阀及与电子膨胀阀连接的第一控制器，第一控制器与主控制器电信号连接，结构简单，安装简便。运行时，主控器根据检测压缩机的积累时间信息及低频下运行单次时间信息，将回油管理命令发送至第一控制器中，第一控制器根据上述回油管理命令来调节各个室内机组中的电子膨胀阀的开合度，有效解决了直膨系统的回油问题和制冷剂分配的难题，无需设置冷媒分配器，占用空间小且降低了投资成本、安装成本，经济性好，同时采用本申请提供的多联空调系统可适用于不同类型的压缩机，适用范围广；另外，室内机组的数量可以根据实际使用情况进行灵活调节，从而满足多变的用户需求，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本发明一种多联空调系统及其运行控制方法实施例的多联空调系统的结构框图；

图2是本发明一种多联空调系统及其运行控制方法实施例的冷凝器的结构框图；

图3是本发明一种多联空调系统及其运行控制方法实施例的室内机组的结构框图；

图4是本发明一种多联空调系统及其运行控制方法实施例的多联空调系统的运行控制方法的流程图。

图中：1：压缩机；2：冷凝器；21：温度探测器；3：电磁阀；4：干燥过滤器；5：液镜；6：岐型管；7：室内机组；71：电子膨胀阀；72：红外测温仪；73：回风气流温湿度采集探头；8：气液分离器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

一方面，如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种多联空调系统，其包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，在本实施例中，多个并联设置的室内机组单元通过岐型管6连接，以实现一台室外机带动多台室内机并行运转；每个室内机组单元均通过制冷剂管路与室外机组单元连接；室外机组单元包括相互连接的压缩机1和冷凝器2，压缩机1与主控制器电信号连接，主控制器用于检测压缩机1在运行过程中的积累时间信息及低频下运行单次时间信息，将回油管理命令发送至第一控制器中；每个室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组7，其中，室内机组7的数量可以根据实际使用情况进行灵活调节，从而满足多变的用户需求；每个室内机组7均包括电子膨胀阀71及与电子膨胀阀71连接的第一控制器，第一控制器与主控制器电信号连接，第一控制器用于接收上述主控制器发出的回油管理命令，并根据上述命令信息对室内机组7的电子膨胀阀71的开合度进行控制，以使得电子膨胀阀71的开合度与压缩机1的运行参数相匹配，进而有效解决了解决了直膨系统的回油问题和制冷剂分配的难题，无需额外设置冷媒分配器，占地面积小，同时且降低了投资成本、安装成本，经济性好。

在本实施例中，每个室内机组7的第一控制器均采用独立的电路板，以控制每个室内机组7的电子膨胀阀71进行适时适量的提供制冷，以达到给数据中心机房IT负载提供实时按需冷却的目的。其中，采用电子膨胀阀71，以实现精确制冷。

在本实施例中，优选地，为提高外联空调系统的运行效率和使用寿命，冷凝器2采用风冷冷凝器；风冷冷凝器与室内机组7的进口端之间的制冷剂管路上还依次设置有电磁阀3、干燥过滤器4及液镜5；室内机组7的进口端与压缩机1之间的制冷剂管路上设有气液分离器8；特别的，当压缩机1选用变频压缩机时，在制冷剂管路上还可设有油分离器，此时，油分离器设于压缩机1与冷凝器2之间。具体地，本申请提供的多联空调系统的循环工质采用环保型工质；循环工质被压缩机1压缩为高温的过热蒸汽；再进入风冷冷凝器放出热量；冷凝后的高压液态循环工质先经过干燥过滤器4，再经岐型管6系统将循环工质送入并联的各个室内机组7中的电子膨胀阀71膨胀节流；节流后的循环工质进入室内机组7，并被室内机组调速风机送风与数据机房IT负载换热后变成低压蒸汽；最后低压循环工质蒸汽经过气液分离器8被压缩机1吸入，不断进行循环。

进一步地，室外机组单元还包括与冷凝器2连接的第二控制器，第二控制器与主控制器电信号连接，第二控制器用于控制冷凝器2的运行状态；室外机组单元还包括设于冷凝器2上的温度探测器21，温度探测器21与第二控制器电信号连接，用于检测室外温度。

具体地，在本实施例中，冷凝器2上还可设有EC调速冷凝风机，第二控制器通过温度探测器21提供的检测参数，来控制冷凝器2及EC调速冷凝风机的运行，并实时反馈给主控制器进行优化计算，主控制器根据优化计算结果调整压缩机1的输出值。

进一步地，每个室内机组7均还包括用于检测室内温度的红外测温仪72，红外测温仪72与第一控制器电信号连接，红外测温仪72将测得的室内温度发送至第一控制器中，第一控制器上传上述信号给主控制器，由主控制器将接收到的各个室内机组7检测到的室内温度值累加后进行平均计算，得到的室内平均温度值；每个室内机组7均还包括用于检测室内回风温度的回风气流温湿度采集探头73，回风气流温湿度采集探头73与第一控制器电信号连接，回风气流温湿度采集探头73将测得的室内回风温度发送至第一控制器中，第一控制器上传上述信号给主控制器，由主控制器将接收到的各个室内机组7检测到的室内回风温度值累加后进行平均计算，得到的室内平均回风温度值。

优选地，压缩机1为变容量压缩机。在本实施例中，本申请采用磁悬浮离心机作为空调系统的变容量压缩机来给数据中心机房中的空调多联系统室内制冷末端供应循环制冷工质的压缩装置，来达到空调系统高效率变工况运行以及制冷系统无润滑油回油管理运行的目的。

优选地，室内机组7的安装方式为顶置式或列间式或地板嵌入式。在本实施例中，室内机组7的安装方式为顶置式，一方面减小了占地面积，机房内每列可多增加机柜的装机容量，增加了装机率；另一方面顶置式模块机安装的回风附件(热通道吸气风管)就可以避免冷空气送风混流等问题，提高了机房内的散热效率。

采用本申请提供的应用于数据中心的多联空调系统，与传统数据中心机房大型空调系统相比，节能高效、节省占地，节水并避免水系统的架构复杂、运维繁琐等弊端，可实施模块化建设模式；同时还可以适时适量的按需冷却数据中心机房IT负载，可以适应全年变工况节能运行。

另一方面，如图4，本发明实施例还提供了一种多联空调系统的运行控制方法，其包括：

步骤S1、获取多联空调系统中压缩机1的初步输出量；

具体地，在本实施例中，通过主控制器来获取多联空调系统中压缩机1的初步输出量；其中，压缩机1的初步输出量包括压缩机1的运行频率。

步骤S2、获取多联空调系统的实际冷却需求量，其中，实际冷却需求量包括多联空调系统中所有室内机组单元的冷却需求量之和及多联空调系统中室外机组单元与室外大气环境的散热修正量；

具体地，在本实施例中，通过第一控制器获取多联空调系统中所有室内机组单元的冷却需求量，并将冷却需求量上传给主控制器，通过主控制器计算所有室内机组单元的冷却需求量之和；通过第二控制器获取多联空调系统中室外机组单元与室外大气环境的散热修正量；多联空调系统的实际冷却需求量为所有室内机组单元的冷却需求量之和与室外机组单元与室外大气环境的散热修正量之和。

步骤S3、当检测获知压缩机的初步输出量与实际冷却需求量不匹配时，调节压缩机1的输出容量或运行频率，并使得调节后的压缩机1的输出量与实际冷却需求量的差值不大于预设阈值。

具体地，第一控制器和第二控制器分别将所有室内机组单元的冷却需求量及室外机组单元与室外大气环境的散热修正量发送至主控制器中，第一控制器上传给主控制器的室内机组单元的冷却需求量由主控制器进行累加得出所有室内机组单元的冷却需求量之和，再与室外机组单元与室外大气环境的散热修正量相加，得出空调系统的实际冷却需求量；当主控制器判断获知实际冷却需求量大于压缩机1当前的初步输出量时，则主控制器调高压缩机1的运行频率或增大输出容量；若实际冷却需求量小于压缩机1当前的输出量时，则主控制器调低压缩机1的运行频率或减小输出容量，直至调节后的压缩机1的输出量与实际冷却需求量的差值不大于预设阈值为止。其中，预设阈值可根据实际实施条件进行灵活调节。

进一步地，获取多联空调系统的实际冷却需求量具体包括：

首先，检测并获取当前的室内平均温度值、室内平均回风温度值及室外温度值；具体地，室内平均温度值通过下述方式获得：红外测温仪72将测得的室内温度发送至第一控制器中，第一控制器将接收到的各个室内机组7检测到的室内温度值传给主控制器，由主控制器进行累加后进行平均计算，以得到室内平均温度值；类似的，室内平均回风温度值通过下述方式获得：回风气流温湿度采集探头73将测得的室内回风温度发送至第一控制器中，第一控制器将接收到的各个室内机组7检测到的室内回风温度值传给主控制器，由主控制器进行累加后进行平均计算，以得到室内平均回风温度值；室外温度值则通过设于冷凝器2上的温度探测器21检测获得。

其次，计算并获取室内平均温度值与室内预设温度值的第一差率值、室内平均回风温度值与室内预设回风温度值的第二差率值及室外温度值与室外预设温度值的第三差率值；具体地，第一控制器将获取的室内温度值、室内回风温度值上传给主控制器，由主控制器进行累加后计算得到第一差率值及第二差率值，第二控制器将计算得到的第三差率值发送至主控制器中，以为后续计算实际冷却需求量做好准备工作。

最后，根据预建立的加权计算公式对第一差率值、第二差率值及第三差率值进行计算，得到实际冷却需求量。其中，当第一差率值、第二差率值及第三差率值之和为正数时，则需调高压缩机1的运行频率或增大输出容量；当第一差率值、第二差率值及第三差率值之和为负数时，则需调低压缩机1的运行频率或减小输出容量。

具体地，在本实施例中，加权计算公式为：

Q＝(x×β₀+y×β₁+z×β₂)×Q₀

式中，Q为实际冷却需求量；x为第一差率值；y为第二差率值；z为第三差率值；Q₀为预设制冷量，可根据实际实施条件进行调整；β₀、β₁、β₂均为加权系数，为常数，具体可根据实际实施条件进行灵活设置。

其中，第一差率值的计算公式为：

x＝(x₁-x₀)/a

式中，x₁为当前的室内平均温度值；x₀为室内预设温度值；a为第一预设斜率值；

第二差率值的计算公式为：

y＝(y₁-y₀)/b

式中，y₁为当前的室内平均回风温度值；y₀为室内预设回风温度值；b为第二预设斜率值；

第三差率值的计算公式为：

z＝(z₁-z₀)/c

式中，z₁为当前的室外温度值；z₀为室外预设温度值；c为第三预设斜率值。

特别的，第一预设斜率值a、第二预设斜率值b及第三预设斜率值c均为常数，具体可根据实际实施条件进行灵活设置。

本申请提供的多联空调系统的控制方法，通过设有主控制器及分别与主控制器电信号连接的第一控制器及第二控制器，使得主控制能通过通讯缆线实现采集各个室内机组的运行参数，通讯缆线实现采集各个室内机组的运行参数，并通过通讯缆线实现采集室外机组中冷凝器的运行参数，综合室内机组及室外机组中冷凝器的运行参数，调整压缩机的输出值，以达到数据中心多联空调系统在全年变工况状态下运行更加节能高效；同时，本申请提供的多台并行运转的多联空调系统中的主控制器通过通讯缆线实现具备互为备份的功能，以达到数据中心具有备机的功能，并使得多联空调系统均处于热备份、低负载的运行工况，利于进一步地提高多联空调系统的运行效率。

综上所述，本发明提供了一种多联空调系统，其包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，每个室内机组单元均通过制冷剂管路与室外机组单元连接；室外机组单元包括相互连接的压缩机和冷凝器，压缩机与主控制器电信号连接；每个室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组，每个室内机组均包括电子膨胀阀及与电子膨胀阀连接的第一控制器，第一控制器与主控制器电信号连接，结构简单，安装简便。运行时，主控器根据检测压缩机的积累时间信息及低频下运行单次时间信息，将回油管理命令发送至第一控制器中，第一控制器根据上述回油管理命令来调节各个室内机组中的电子膨胀阀的开合度，有效解决了直膨系统的回油问题和制冷剂分配的难题，无需设置冷媒分配器，占用空间小且降低了投资成本、安装成本，经济性好，同时采用本申请提供的多联空调系统可适用于不同类型的压缩机，适用范围广；另外，室内机组的数量可以根据实际使用情况进行灵活调节，从而满足多变的用户需求，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种多联空调系统，其特征在于：包括主控制器、一个室外机组单元及多个并联设置的室内机组单元，每个所述室内机组单元均通过制冷剂管路与所述室外机组单元连接；所述室外机组单元包括相互连接的压缩机和冷凝器，所述压缩机与所述主控制器电信号连接；每个所述室内机组单元均包括至少两个并联设置的室内机组，每个所述室内机组均包括电子膨胀阀及与所述电子膨胀阀连接的第一控制器，所述第一控制器与所述主控制器电信号连接；

所述主控制器用于检测所述压缩机在运行过程中的积累时间信息及低频下运行单次时间信息，将回油管理命令发送至所述第一控制器；

所述第一控制器用于接收所述回油管理命令，并根据所述回油管理命令对所述电子膨胀阀的开合度进行控制，以使得所述电子膨胀阀的开合度与所述压缩机的运行参数相匹配；

所述室外机组单元还包括与所述冷凝器连接的第二控制器，所述第二控制器与所述主控制器电信号连接；

所述室外机组单元还包括设于所述冷凝器上的温度探测器，所述温度探测器与所述第二控制器电信号连接，用于检测室外温度；

所述第二控制器通过所述温度探测器提供的检测参数，控制所述冷凝器的运行，并实时反馈给所述主控制器进行优化计算，所述主控制器根据所述优化计算结果调整所述压缩机的输出值。

2.根据权利要求1所述的多联空调系统，其特征在于：每个所述室内机组均还包括用于检测室内温度的红外测温仪，所述红外测温仪与所述第一控制器电信号连接。

3.根据权利要求1或2所述的多联空调系统，其特征在于：所述每个所述室内机组均还包括用于检测室内回风温度的回风气流温湿度采集探头，所述回风气流温湿度采集探头与所述第一控制器电信号连接。

4.根据权利要求1所述的多联空调系统，其特征在于：所述压缩机为变容量压缩机。

5.根据权利要求1所述的多联空调系统，其特征在于：所述室内机组的安装方式为顶置式或列间式或地板嵌入式。

6.一种多联空调系统的运行控制方法，基于如权利要求1至5任一项所述的多联空调系统，其特征在于，包括：

获取多联空调系统中压缩机的初步输出量；

获取所述多联空调系统的实际冷却需求量，其中，所述实际冷却需求量包括所述多联空调系统中所有室内机组单元的冷却需求量之和及所述多联空调系统中室外机组单元与室外大气环境的散热修正量；

当检测获知所述初步输出量与所述实际冷却需求量不匹配时，调节所述压缩机的输出容量或运行频率，并使得调节后的压缩机的输出量与所述实际冷却需求量的差值不大于预设阈值；

所述获取所述多联空调系统的实际冷却需求量具体包括：

检测并获取当前的室内平均温度值、室内平均回风温度值及室外温度值；

计算并获取所述室内平均温度值与室内预设温度值的第一差率值、所述室内平均回风温度值与室内预设回风温度值的第二差率值及所述室外温度值与室外预设温度值的第三差率值；

根据预建立的加权计算公式对所述第一差率值、第二差率值及第三差率值进行计算，得到所述实际冷却需求量；

其中，所述加权计算公式为：

Q＝(x×β₀+y×β₁+z×β₂)×Q₀

式中，Q为实际冷却需求量；x为第一差率值；y为第二差率值；z为第三差率值；Q₀为预设制冷量；β₀、β₁、β₂均为加权系数。

7.根据权利要求6所述的多联空调系统的运行控制方法，其特征在于：

所述第一差率值的计算公式为：

x＝(x₁-x₀)/a

式中，x为第一差率值；x₁为当前的室内平均温度值；x₀为室内预设温度值；a为第一预设斜率值；

所述第二差率值的计算公式为：

y＝(y₁-y₀)/b

式中，y为第二差率值；y₁为当前的室内平均回风温度值；y₀为室内预设回风温度值；b为第二预设斜率值；

所述第三差率值的计算公式为：

z＝(z₁-z₀)/c

式中，z为第三差率值；z₁为当前的室外温度值；z₀为室外预设温度值；c为第三预设斜率值。

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