CN107062468A - 一种双冷源机房空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种双冷源机房空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双冷源机房空调系统及其控制方法，本控制方法以冷凝盘管的供水温度作为控制对象，通过计算供水温度与环境温度的差值，并将该差值与室内外气温差临界值进行比较从而控制自然冷源模式和压缩机工况模式的运行，并通过数学模型计算输出模拟量A，并根据输出模拟量控制三通阀的输出量和风机的工作模式。本发明优先利用自然冷源盘管，并尽量降低风机耗能，采用无级调节，因此充分利用了室外的自然冷源，减小机组的功率消耗，降低机房内空调的耗电量。

Description

一种双冷源机房空调系统及其控制方法
技术领域
本发明属于空调机组的制冷技术领域，尤其涉及利用自然冷源的节能型机房空调的控制方法。
背景技术
机房空调全年365天制冷运行，据统计资料显示，机房空调的用电占到机房总用电量的50％以上。另一方面，一年中机房室外温度低于有很长的时间低于机房室内温度。机房外的自然冷空气是一个巨大的天然冷源，如果能合理的加以利用，机房空调的节能将存在很大的空间。现在机房空调利用自然冷源的技术有：新风技术，氟泵技术以及双冷源机房空调。
新风技术要引入室外新风，要在机房房体上开孔，一方面影响建筑美观，另一方面对室内的空气洁净度带来不利影响。氟泵技术，一般是氟泵循环与风冷压缩机循环共用一套蒸发器与冷凝器，互相会有影响，另一方面，需要在较低的室外环境温度下，氟泵节能循环才能达到压缩机循环的冷量。双冷源机房空调，室内机包括水冷循环与乙二醇自由冷却循环两套盘管，室外侧只需要一个干冷器机组，在不同运行模式下，干冷器采用不同的控制方式。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种双冷源机房空调系统及其控制方法，充分利用室外的自然冷源，减小机组的功率消耗，降低机房内空调的耗电量。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种双冷源机房空调系统，包括室外机组和室内水冷双冷源机组，所述室内水冷双冷源机组包括压缩机和室内风机机组，所述压缩机的出口通过管道依次与水冷换热器、干燥器、液路电磁阀、膨胀阀和压缩机盘管入口连接，所述压缩机盘管的出口与压缩机的入口连接，所述室外机组包括设在室内的冷凝盘管，以及设在室外的室外干冷器、室外风机机组、第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀和第二三通阀均设有两进口和一出口，所述室外干冷器的出口与冷凝盘管管道连接，所述冷凝盘管的出口依次与第一三通阀、水冷换热器和第二三通阀管道连接，所述室外干冷器的出口还通过管道与第一三通阀的另外一个进口直接连接，所述第一三通阀的出口还通过管道与第二三通阀的另外一个进口直接连接。
作为优选，所述冷凝盘管与压缩机盘管共用室内风机机组。
作为优选，所述水冷换热器为板式换热器。
作为优选，所述室外干冷器由室外风机机组提供冷却风。
本发明还提供了一种所述双冷源机房空调系统的控制方法，该控制方法以冷凝盘管的供水温度Tfset作为控制对象，首先对Tfset-Tw和ΔT进行比较，当Tfset-Tw≥ΔT时，启动自然冷源模式，其中ΔT为室内外气温差临界值，Tw为环境温度，自然冷源模式下的控制包括以下步骤：
(1)首先根据Tfset和当前环境温度T为依据，通过下列的模拟量数学模型计算输出模拟量Aout，
式中，ΔT/P*Max为比例项，为积分项，(Tj-T)*D/P*Max为微分项，ΔT为室内外气温差临界值(认为设定)，P为比例带常数，ΔTi为第i次测得温度与设定温度的差值，I为积分常数，Tj为第j次测量的温度，T为室内当前温度，D为微分常数，Max为最大输出量，n为当前测量前已累计测量次数；
(2)在获得输出模拟量Aout后，首先维持干冷器风扇最低速度不变，通过调节三通阀在0～100％间进行调节，以满足机房冷量需求：当三通阀输出达到100％时仍不足以满足机房冷量需求时，维持三通阀100％的输出同时，使干冷器风扇的输出根据Aout值变化在Fan(min)～Fan(max)之间调节；
(3)当Aout达到100％且Tw＞5℃，并连续维持该状态达到1小时以上，此时控制器控制ΔT自动提升0.1℃的操作，并经过运算累计直到Tfset-Tw＜ΔT并退出自然冷源模式，并进入压缩机模式；
进入压缩机模式后的控制步骤如下：首先维持风机维持最小输出量，并通过对三通阀调节满足室内冷量需求；当三通阀输出达到100％，根据Aout值，使风机在Fan(min)～Fan(max)之间调节，以满足室内冷量需求。
进一步的，所述室内外气温差临界值ΔT的取值范围为5～15℃。
有益效果：相对于现有技术，本发明具有以下优点：。
附图说明
图1为本发明所述双冷源机房空调系统的结构示意图；
图2为本发明所述双冷源机房空调系统的控制原理逻辑图；
图3为本发明所述双冷源机房空调系统的控制过程流程图。
其中，压缩机1、冷凝盘管2、压缩机盘管3、分液器4、膨胀阀5、液路电磁阀6、液位表7、干燥器8、截止阀9、水冷冷凝器10、第一三通阀11、第二三通阀12、流量表13、温度传感器14、室外干冷器15、室外风机机组16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1～3所示，本发明的双冷源机房空调系统主要包括室外机组和室内水冷双冷源机组，所述室内水冷双冷源机组包括压缩机和室内风机机组，所述压缩机的出口通过管道依次与水冷换热器、干燥器、液路电磁阀、膨胀阀和压缩机盘管入口连接，所述压缩机盘管的出口与压缩机的入口连接，所述室外机组包括设在室内的冷凝盘管，以及设在室外的室外干冷器、室外风机机组、第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀和第二三通阀均设有两进口和一出口，所述室外干冷器的出口与冷凝盘管管道连接，所述冷凝盘管的出口依次与第一三通阀、水冷换热器和第二三通阀管道连接，所述室外干冷器的出口还通过管道与第一三通阀的另外一个进口直接连接，所述第一三通阀的出口还通过管道与第二三通阀的另外一个进口直接连接。其中压缩机盘管和自然冷源盘管组成蒸发器双盘管。本发明设置有室外控制器，并通过信号线缆与室内控制器连接，并接收室内控制器的控制，并对室外风机和水泵进行控制，为了安全起见，通常配制一用一备两台水泵，保证系统安全运行。
当处于压缩机盘管运行过程时，室内侧压缩机运行，从压缩机出来的高温高压的制冷剂蒸汽，通过高压管路进入板式换热器，经过冷却冷凝后，经过膨胀阀节流为低温低压的两相制冷剂，进入压缩机盘管进行吸热蒸发后，变成低温低压的气体，然后进入压缩机进行压缩，周而复始，形成循环。室外侧干冷器按照压缩机工况模式运行，从干冷器出来低温的水流经板式换热器，吸收室内制冷剂的热量后，流回干冷器，在室外风机的作用下，通过室外空气将其冷却成低温度的水，形式整个循环。
当处于自然冷源盘管运行时，压缩机停止工作，室外侧干冷器按照自然冷源模式运行，从干冷器出来低温的水不经过板式换热器，而直接进入自然冷源盘管，吸收室内的热量后，流回室外干冷器，在室外风机的作用下，通过室外空气将其冷却成低温度的水，形式整个循环。
本发明控制系统的控制原则：1)优先利用自然冷源盘管；2)尽量降低风机耗能，采用无级调节。具体过程如下：
自然冷源模式下自动无级调节：根据设定供水温度Tfset进行控制；
1.1设定供水温度Tfset，作为控制目标，根据实际出水温度，通过PID方法计算，向自然冷源循环系统输出模拟量数值Aout；
1.2设定一个参数“△T”—室外气温临界值，范围在5℃-15℃范围，可设；
1.3通过检设定供水温度Tfset与环境温度Tw的差值，来判断是否利用自然冷源盘管。当Tfset-Tw≥ΔT时，启动自然冷源循环；当Tfset-Tw＜ΔT时，退出自然冷源循环。利用△T的设置来提升或降低对室外自然冷源的利用效益。
1.4当进入自然冷源循环时，利用1.1计算出来的Aout值对三通阀及干冷器风扇进行解耦逻辑输出：
1.5首先，维持干冷器风扇为最低转速不变，三通阀在0～100％间进行条件；
1.6其次，当三通阀输出100％后，维持三通阀100％输出,干冷器风扇根据Ao值的变化在Fan(Min)～Fan(Max)之间进行调节。
1.7另外增加智能模糊算法：
1.7.1当Aout＝100％且Tw>5℃”的条件下：如果在Aout连续维持100％状态达到1小时以后，则在控制器内部对△T参数值设定值进行“自动提升0.1℃”的操作，经过以上逐渐累计运算后，该系统将会因为节能效率差而会慢慢退出运行状态。1.7.2当Aout＝100％且Tw≤5℃”的条件下：上述条件维持10分钟之后，取消在控制器内部对△T参数值设定值所有有关“提升0.1℃的操作”累计叠加数据，既原先累计叠加到△T参数的修正值全部归零。
本发明可以根据客户的需求进行设定(7℃～10℃)，这种情况下盘管可按标准配置。另一方面，可以根据室内露点温度进行设定，通过采集室内环境的温湿度计算出露点温度，控制进水温度高于露点温度，可以防止室内盘管结露，保证室内全干工况运行。这种情况下，由于进出水温度较高，自然冷源盘管需要加大配置。
压缩机工况模式下自动无级调节：根据设定供水温度Tcset进行控制；
2.1设定供水温度Tfset，作为控制目标，根据实际出水温度，通过PID方法计算，计算出系统输出模拟量数值Aout；
2.2当进入压缩机工况模式循环时，利用2.1计算出来的Aout值对三通阀及干冷器风扇进行解耦逻辑输出：
2.2.1首先，维持干冷器风扇为最低转速不变，三通阀在100～0％间进行调节；
2.2.2其次，当三通阀输出0％后(即，水全部流过板式换热器)，维持三通阀0％输出,干冷器风扇根据Aout值的变化在Fan(Min)～Fan(Max)之间进行调节。

Claims (6)

1.一种双冷源机房空调系统，其特征在于：包括室外机组和室内水冷双冷源机组，所述室内水冷双冷源机组包括压缩机和室内风机机组，所述压缩机的出口通过管道依次与水冷换热器、干燥器、液路电磁阀、膨胀阀和压缩机盘管入口连接，所述压缩机盘管的出口与压缩机的入口连接，所述室外机组包括设在室内的冷凝盘管，以及设在室外的室外干冷器、室外风机机组、第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀和第二三通阀均设有两进口和一出口，所述室外干冷器的出口与冷凝盘管管道连接，所述冷凝盘管的出口依次与第一三通阀、水冷换热器和第二三通阀管道连接，所述室外干冷器的出口还通过管道与第一三通阀的另外一个进口直接连接，所述第一三通阀的出口还通过管道与第二三通阀的另外一个进口直接连接。
2.根据权利要求1所述双冷源机房空调系统，其特征在于：所述冷凝盘管与压缩机盘管共用室内风机机组。
3.根据权利要求1所述双冷源机房空调系统，其特征在于：所述水冷换热器为板式换热器。
4.根据权利要求1所述双冷源机房空调系统，其特征在于：所述室外干冷器由室外风机机组提供冷却风。
5.一种权利要求1～4任一所述双冷源机房空调系统的控制方法，其特征在于：以冷凝盘管的供水温度Tfset作为控制对象，首先对Tfset-Tw和ΔT进行比较，当Tfset-Tw≥ΔT时，启动自然冷源模式，其中ΔT为室内外气温差临界值，Tw为环境温度，自然冷源模式下的控制包括以下步骤：
(1)首先根据Tfset和当前环境温度T为依据，通过以下模拟量数学模型计算输出模拟量Aout，
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mo>*</mo> <mi>M</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;Delta;T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>100</mn> <mo>*</mo> <mi>I</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>M</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>D</mi> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mo>*</mo> <mi>M</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow>
式中，ΔT/P*Max为比例项，为积分项，(Tj-T)*D/P*Max为微分项，ΔT为室内外气温差临界值(认为设定)，P为比例带常数，ΔTi为第i次测得温度与设定温度的差值，I为积分常数，Tj为第j次测量的温度，T为室内当前温度，D为微分常数，Max为最大输出量，n为当前测量前已累计测量次数；
(2)在获得输出模拟量Aout后，首先维持干冷器风扇最低速度不变，通过调节三通阀在0～100％间进行调节，以满足机房冷量需求：当三通阀输出达到100％时仍不足以满足机房冷量需求时，维持三通阀100％的输出同时，使干冷器风扇的输出根据Aout值变化在Fan(min)～Fan(max)之间调节；
(3)当Aout达到100％且Tw＞5℃，并连续维持该状态达到1小时以上，此时控制器控制ΔT自动提升0.1℃的操作，并经过运算累计直到Tfset-Tw＜ΔT并退出自然冷源模式，并进入压缩机模式；
进入压缩机模式后的控制步骤如下：首先维持风机维持最小输出量，并通过对三通阀调节满足室内冷量需求；当三通阀输出达到100％，根据Aout值，使风机在Fan(min)～Fan(max)之间调节，以满足室内冷量需求。
6.根据权利要求5所述双冷源机房空调系统的控制方法，其特征在于:所述室内外气温差临界值ΔT的取值范围为5～15℃。
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