CN106871293B - 采用vrv系统的机房热管空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用VRV系统的机房热管空调，包括蒸气压缩制冷系统、控制系统和热管循环制冷系统；控制系统分别与蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统连接；蒸气压缩制冷系统各并联连接的压缩机中，至少有一台压缩机为变频压缩机；控制系统包括室内外温湿度传感器、控制装置、电气控制装置及制冷剂流量控制装置；本发明采用VRV系统的机房热管空调，通过控制循环回路中的制冷剂充液率，实现了空调在变频蒸气压缩循环制冷和热管循环制冷状态下以制冷剂最佳充液率进行运作，满足室内冷热负荷要求的高效率；本发明还根据室外温度的不同，使得所述的机房热管空调具有三种工作模式，能够达到降低能源消耗、提高效率、获得良好节能效果的目的。

Description

采用VRV系统的机房热管空调

技术领域

本发明涉及一种采用VRV系统的机房热管空调，具体涉及一种变制冷剂流量的技术。

背景技术

随着互联网、云计算、大数据等的快速发展，数据已经全面进入各行各业，因此促进了数据机房的大规模建设。由于电子计算机与数据处理机房内设备密度大、发热量大，且计算机系统对环境的温湿度、含尘浓度等都有十分严格的要求，因此应设空调系统。传统的机房空调单纯依靠蒸气压缩制冷，能耗大，已经不能满足节能减排的要求。

而热管式机房空调却可以有效利用冷源，从而实现节能。热管式机房空调机组的风系统由室内热风循环系统和室外冷风循环系统组成，机房内热空气在热侧循环风机的作用下流过热管式空气调节机组热侧，经过热管式换热器时产生焓降，处理到合适的温、湿度及洁净度后被重新送入机房，从而降低机房内的温度，保证机房内的环境条件；室外冷风循环为开式循环，室外冷空气以室外散热风机为动力，流过热管换热器时带走热量。

但当室外温度高于热管冷凝所需温度时，热管系统就不能正常运作，此时仍旧需要使用蒸气压缩制冷系统。但现有的机房空调多采用定速压缩机，机房内负荷低时，多组压缩机正常运作势必造成机房能耗的增加，压缩机的使用寿命也会降低。且制冷剂定流量的热管/制冷系统中，蒸气压缩循环制冷和热管循环制冷过程对制冷剂充液率需求不同的问题没有得到解决，前者制冷剂充液率不能太高，否则会使压缩机效率降低，而后者蒸发器中最佳状态为满液，为使传热面与液体制冷剂充分接触，获得较高的换热系数。若如现代机房空调所述两个系统使用相同的制冷剂充液率，则系统无法实现高效率运行。

变制冷剂流量（Varied Refrigerant Volume，简称VRV）空调系统是一种冷剂式空调系统，以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧的换热器、压缩机和其他制冷附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供了一种采用VRV系统的机房热管空调，通过调节制冷剂充液率，实现了空调在变频蒸气压缩循环制冷和热管循环制冷状态下以制冷剂最佳充液率进行运作，降低能源消耗，提高效率，获得良好的节能效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种采用VRV系统的机房热管空调，包括蒸气压缩制冷系统、控制系统和热管循环制冷系统；所述控制系统分别通过1号单向阀、2号单向阀与蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统对应连接；

所述蒸气压缩制冷系统，包括若干台并联的压缩机，各压缩机中，至少有一台压缩机为变频压缩机；

所述控制系统，包括室内外温湿度传感器、控制装置、电气控制装置以及制冷剂流量控制装置；

所述室内外温湿度传感器，用于检测室外环境参数、室内环境参数，并将所检测到的数值反馈至控制装置；其中：室内环境参数包括室内温度、室内湿度，室外环境参数包括室外温度、室外湿度；

所述压缩机并联后分别通过制冷剂流量控制装置、电气控制装置与控制装置相连；

所述控制装置，通过预设的室内环境参数以及室内外温湿度传感器锁反馈的数值，通过电气控制装置控制蒸汽压缩制冷系统、热管循环制冷系统的运行参数，通过制冷剂流量控制装置控制蒸汽压缩制冷系统、热管循环制冷系统的制冷剂流量参数；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度高于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度时，在控制装置的控制下，运行蒸气压缩制冷系统，关闭热管循环制冷系统；控制装置根据设定的室内环境参数及室内外温湿度传感器反馈的室外环境参数，指示电气控制装置控制压缩机的台数、运行参数；指示制冷剂流量控制装置控制压缩机的制冷剂流量参数；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房未能达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，同时运行蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统；控制装置根据室外环境参数和热管冷凝温度计算出热管的最大制冷量，再根据室内环境参数以及设定的室内环境参数计算所需总制冷量，最后得到总制冷量与热管的最大制冷量之差；制冷剂流量控制装置根据前述热管的最大制冷量来控制热管循环制冷系统制冷过程所需的制冷剂量，根据总制冷量与热管的最大制冷量之差，来控制蒸气压缩制冷系统制冷过程所需的制冷剂量；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房能够达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，关闭蒸气压缩制冷系统，运行热管循环制冷系统。

所述蒸汽压缩制冷系统还包括蒸发器、冷凝器、节流装置；所述冷凝器的低温低压出口通过节流装置与蒸发器相连。

所述的蒸发器配有蒸发器风扇，所述的冷凝器配有冷凝器风扇。

所述的节流装置为电子膨胀阀；

所述的热管循环制冷系统包括室内热管蒸发器、室外热管换热装置；所述室内热管蒸发器配备有热管蒸发器风机，而室外热管换热装置则配备有热管换热装置风机。

所述热管循环制冷系统的室外热管换热装置与蒸汽压缩制冷系统的冷凝器为一体式结构；且冷凝器位于室外热管换热装置的上方。

所述热管循环制冷系统的室内热管蒸发器与蒸汽压缩制冷系统的蒸发器为一体式结构；且蒸发器位于室内热管蒸发器的上方。

所述制冷剂流量控制装置包括若干调节阀、一个储液罐，所述储液罐的容积大于整个系统运行所需的最大制冷剂量。

所述的储液罐靠近所述蒸发器出口的管道上设有单向阀，所述的单向阀朝向压缩机方向导通。

机房通过风管与机房热管空调的进风口连接，且风管在靠近机房热管空调的进风口位置处顺序安装有滤网、加湿器；所述机房热管空调的出风口通过室内循环风机与机房连通。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

本发明提供一种结构合理、采用VRV系统的机房热管空调，通过控制循环回路中的制冷剂充液率，实现了空调在变频蒸气压缩循环制冷和热管循环制冷状态下以制冷剂最佳充液率进行运作，满足室内冷热负荷要求的高效率；另外，本发明根据室外温度的不同，使得所述的机房热管空调具有三种工作模式，能够达到降低能源消耗、提高效率、获得良好节能效果的目的。

附图说明

图1是本发明一种采用VRV系统的机房热管空调的控制图；

图2是只运行变频蒸气压缩循环制冷的系统图；

图3是同时进行变频蒸气压缩循环制冷与热管循环制冷的系统图；

图4是只运行热管循环制冷的系统图；

其中，1-节流装置；2-冷凝器；3-冷凝器风机；4-压缩机组；5-蒸发器；6-蒸发器风机；7-蒸汽压缩制冷系统；8-1号单向阀；9-制冷剂流量控制装置；10-电气控制装置；11-2号单向阀；12-控制系统；13-室内热管蒸发器；14-热管蒸发器风机；15-室外热管换热装置；16-热管换热装置风机；17-热管循环制冷系统；18-风管；19-滤网；20-加湿器；21-室内循环风机。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置。表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

如图1-4所示，本发明公开了一种采用VRV系统的机房热管空调，其包括蒸气压缩制冷系统7、控制系统12和热管循环制冷系统17。所述蒸气压缩制冷系统7和热管循环制冷系统17通过单向阀与控制系统12连接；其中：

所述蒸气压缩制冷系统7包括蒸发器5、蒸发器风机6、压缩机组4、冷凝器2、冷凝器风机3、节流装置1；所述压缩机组4包括若干台并联的压缩机，且至少有一台压缩机为变频压缩机；所述冷凝器2的低温低压出口通过节流装置1与蒸发器5相连；

所述控制系统12包括控制装置、室内外温湿度传感器、电气控制装置10与制冷剂流量控制装置9，所述电气控制装置10根据设定参数及室内外温湿度传感器获取的环境参数控制压缩机的运行参数及制冷剂流量参数；所述制冷剂流量控制装置9安装于控制系统12出口，其流量参数受控制装置控制，从而实现制冷剂充液率可调；

所述热管循环制冷系统17包括室内热管蒸发器13、热管蒸发器风机14、室外热管换热装置15、热管换热装置风机16。

所述的节流装置为电子膨胀阀。

所述热管循环制冷系统的室外热管换热装置与蒸汽压缩制冷系统的冷凝器为一体式结构；且冷凝器位于室外热管换热装置的上方。

所述热管循环制冷系统的室内热管蒸发器与蒸汽压缩制冷系统的蒸发器为一体式结构；且蒸发器位于室内热管蒸发器的上方。

所述制冷剂流量控制装置包括若干调节阀、一个储液罐，所述储液罐的容积大于整个系统运行所需的最大制冷剂量。所述的储液罐靠近所述蒸发器出口的管道上设有单向阀，所述的单向阀朝向压缩机方向导通。

机房通过风管与机房热管空调的进风口连接，且风管在靠近机房热管空调的进风口位置处顺序安装有滤网、加湿器；所述机房热管空调的出风口通过室内循环风机与机房连通。

本发明所述的控制系统，根据室外温度的不同，控制热管循环制冷系统、蒸气压缩制冷系统，具体如下：

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度高于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度时，在控制装置的控制下，运行蒸气压缩制冷系统，关闭热管循环制冷系统；控制装置根据设定的室内环境参数及室内外温湿度传感器反馈的室外环境参数，指示电气控制装置控制压缩机的台数、运行参数；指示制冷剂流量控制装置控制压缩机的制冷剂流量参数；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房未能达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，同时运行蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统；控制装置根据室外环境参数和热管冷凝温度计算出热管的最大制冷量，再根据室内环境参数以及设定的室内环境参数计算所需总制冷量，最后得到总制冷量与热管的最大制冷量之差；制冷剂流量控制装置根据前述热管的最大制冷量来控制热管循环制冷系统制冷过程所需的制冷剂量，根据总制冷量与热管的最大制冷量之差，来控制蒸气压缩制冷系统制冷过程所需的制冷剂量；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房能够达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，关闭蒸气压缩制冷系统，运行热管循环制冷系统。

所述的节流装置为电子膨胀阀。

所述热管循环制冷系统的室外热管换热装置与蒸汽压缩制冷系统的冷凝器为一体式结构；且冷凝器位于室外热管换热装置的上方。

所述热管循环制冷系统的室内热管蒸发器与蒸汽压缩制冷系统的蒸发器为一体式结构；且蒸发器位于室内热管蒸发器的上方。

所述制冷剂流量控制装置包括若干调节阀、一个储液罐，所述储液罐的容积大于整个系统运行所需的最大制冷剂量。所述的储液罐靠近所述蒸发器出口的管道上设有单向阀，所述的单向阀朝向压缩机方向导通。

机房通过风管与机房热管空调的进风口连接，且风管在靠近机房热管空调的进风口位置处顺序安装有滤网、加湿器；所述机房热管空调的出风口通过室内循环风机与机房连通。

以下将结合附图，详细地说明本申请所述采用VRV系统的机房热管空调，根据室外温度的不同，具有的三种工作过程：

如图2所示，当室外温度较高，即室外温度高于热管冷凝所需温度时，控制系统只运行变频蒸气压缩循环制冷过程，关闭热管循环制冷过程，并根据设定的室内环境参数及室外环境参数控制压缩机的台数、运行参数及制冷剂流量参数。首先启动压缩机组4，通过控制系统12，当机房空调负荷较低时开启变频压缩机，当负荷达到变频压缩机上限时，开启定速压缩机并关闭变频压缩机，当负荷大于定速压缩机最大负荷时，同时开启变频压缩机与定速压缩机。制冷剂以制冷剂流量控制装置9计算设定的流量值进入回路，经压缩机4压缩后变为高温高压气体，后输送至室外冷凝器2冷凝，经节流装置1降压后进入蒸发器4蒸发，吸收机房内热量后流回压缩机4。

如图3所示，当室外温度较低，即室外温度低于热管冷凝所需温度，但二者差值不能使整个机房达到预设温度时，需要同时进行变频蒸气压缩循环制冷过程与热管循环制冷过程。首先对热管循环制冷过程进行充液，控制系统先根据室外环境参数和热管冷凝温度计算热管的最大制冷量，从而得到进入热管循环制冷过程所需的制冷剂量，进行充液；再根据室内环境参数以及设定的目标参数计算所需总制冷量，总制冷量与热管循环制冷过程提供的制冷量的差值，由变频蒸气压缩循环制冷过程提供，并充入相应的制冷剂量。压缩机的运行台数及参数同上所述，首先启动压缩机4，所述制冷剂经压缩机4压缩后在室外冷凝器2中冷凝，经节流装置1降压后进入蒸发器5蒸发；同时，启动热管循环回路中室内热管蒸发器13与室外热管换热装置风机16，室外冷空气经风机16进入室外热管换热装置15，制冷剂在室内热管蒸发装置13中吸热蒸发，在室外热管换热器15中与冷空气进行换热后冷凝。

如图4所示，当室外温度足够低时，即室外温度低于热管冷凝所需温度，且二者差值能使整个机房达到预设温度时，控制系统关闭变频蒸气压缩循环制冷，只进行热管循环制冷过程。关闭所有压缩机4，打开热管回路中室内蒸发器13和室外换热器风机16，室外冷空气经风机16进入室外热管换热装置15，制冷剂在室内热管蒸发装置13中吸热蒸发，在室外热管换热器15中与冷空气进行换热后冷凝。

Claims (8)

1.一种采用VRV系统的机房热管空调，包括蒸气压缩制冷系统、控制系统和热管循环制冷系统；所述控制系统分别通过1号单向阀、2号单向阀与蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统对应连接；其特征在于，所述蒸气压缩制冷系统，包括若干台并联的压缩机，各压缩机中，至少有一台压缩机为变频压缩机；

所述控制系统，包括室内外温湿度传感器、控制装置、电气控制装置以及制冷剂流量控制装置；

所述室内外温湿度传感器，用于检测室外环境参数、室内环境参数，并将所检测到的数值反馈至控制装置；其中：室内环境参数包括室内温度、室内湿度，室外环境参数包括室外温度、室外湿度；

所述蒸气压缩制冷系统还包括蒸发器、冷凝器、节流装置；所述冷凝器的低温低压出口通过节流装置与蒸发器相连；

所述的热管循环制冷系统包括室内热管蒸发器、室外热管换热装置；所述室内热管蒸发器配备有热管蒸发器风机，而室外热管换热装置则配备有热管换热装置风机；

所述压缩机并联后分别通过制冷剂流量控制装置、电气控制装置与控制装置相连；

所述控制装置，通过预设的室内环境参数以及室内外温湿度传感器锁反馈的数值，通过电气控制装置控制蒸汽压缩制冷系统、热管循环制冷系统的运行参数，通过制冷剂流量控制装置控制蒸汽压缩制冷系统、热管循环制冷系统的制冷剂流量参数；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度高于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度时，在控制装置的控制下，运行蒸气压缩制冷系统，关闭热管循环制冷系统；控制装置根据设定的室内环境参数及室内外温湿度传感器反馈的室外环境参数，指示电气控制装置控制压缩机的台数、运行参数；指示制冷剂流量控制装置控制压缩机的制冷剂流量参数；工作时，首先启动压缩机组，并通过控制装置控制：当机房空调负荷较低时开启变频压缩机，当机房空调负荷达到变频压缩机上限时，开启定速压缩机并关闭变频压缩机，当负荷大于定速压缩机最大负荷时，同时开启变频压缩机与定速压缩机；制冷剂以制冷剂流量控制装置计算设定的流量值进入回路，经压缩机压缩后变为高温高压气体，后输送至冷凝器冷凝，经节流装置降压后进入蒸发器蒸发，吸收机房内热量后流回压缩机；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房未能达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，同时运行蒸气压缩制冷系统、热管循环制冷系统；控制装置根据室外环境参数和热管冷凝温度计算出热管的最大制冷量，再根据室内环境参数以及设定的室内环境参数计算所需总制冷量，最后得到总制冷量与热管的最大制冷量之差；制冷剂流量控制装置根据前述热管的最大制冷量来控制热管循环制冷系统制冷过程所需的制冷剂量，根据总制冷量与热管的最大制冷量之差，来控制蒸气压缩制冷系统制冷过程所需的制冷剂量；工作时，首先启动压缩机，所述制冷剂经压缩机压缩后在冷凝器中冷凝，经节流装置降压后进入蒸发器蒸发；同时，启动室内热管蒸发器与热管换热装置风机，室外冷空气经热管换热装置风机16进入室外热管换热装置，制冷剂在室内热管蒸发器中吸热蒸发，在室外热管换热装置中与冷空气进行换热后冷凝；

当室内外温湿度传感器所反馈的室外温度低于热管循环制冷系统中热管冷凝所需温度，且两者的差值使得机房能够达到预设室内温度时，在控制装置的控制下，关闭蒸气压缩制冷系统，运行热管循环制冷系统；工作时，关闭所有压缩机，打开热管循环制冷系统中的室内热管蒸发器和热管换热装置风机，室外冷空气经热管换热装置风机进入室外热管换热装置，制冷剂在室内热管蒸发器中吸热蒸发，在室外热管换热装置中与冷空气进行换热后冷凝。

2.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于，所述的蒸发器配有蒸发器风扇，所述的冷凝器配有冷凝器风扇。

3.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于，所述的节流装置为电子膨胀阀。

4.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于,所述热管循环制冷系统的室外热管换热装置与蒸汽压缩制冷系统的冷凝器为一体式结构；且冷凝器位于室外热管换热装置的上方。

5.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于,所述热管循环制冷系统的室内热管蒸发器与蒸汽压缩制冷系统的蒸发器为一体式结构；且蒸发器位于室内热管蒸发器的上方。

6.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于,所述制冷剂流量控制装置包括若干调节阀、一个储液罐，所述储液罐的容积大于整个系统运行所需的最大制冷剂量。

7.根据权利要求6所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于, 所述的储液罐靠近所述蒸发器出口的管道上设有单向阀，所述的单向阀朝向压缩机方向导通。

8.根据权利要求1所述采用VRV系统的机房热管空调，其特征在于, 机房通过风管与机房热管空调的进风口连接，且风管在靠近机房热管空调的进风口位置处顺序安装有滤网、加湿器；所述机房热管空调的出风口通过室内循环风机与机房连通。

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