CN107726491B - 一种新型热管机房空调系统及其运行方法 - Google Patents

一种新型热管机房空调系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型热管机房空调系统及其运行方法，该系统包括通过换热器相连的一级冷媒回路和二级冷媒回路，所述二级冷媒回路包括若干个末端，所述末端上设置有可调速的风机及用于检测所述末端的送风温度或回风温度的温度传感器，当所述末端的送风温度或回风温度在对应的目标温度范围之外时，调节所述风机的转速或所述一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，使所述末端的送风温度或回风温度调节至对应的目标温度范围之内。本发明的有益效果：本申请的系统通过两级冷媒回路内冷媒‑冷媒的一次换热，可以有效避免多次换热，管路过长带来的热损失，并且一级冷媒回路充分利用室外空气带动自然冷源，更加节能。

Description

一种新型热管机房空调系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种机房空调系统，尤其涉及一种新型热管机房空调系统及其运行方法。
背景技术
热管空调作为一种新型的机房空调，依靠自身内部工作液体相变来实现换热，而冷凝器放置在高处，仅靠重力实现工作液体回流到末端，在此过程中无需动力，高效节能。与传统冷冻水系统相比，热管系统不必担心水泄露破坏机柜内设备，可靠性高。基于以上优点，热管系统逐渐受到一些创新型机房的青睐。
然而，热管系统过度依赖机房提供的冷冻水系统，需要水泵克服管网阻力输送冷冻水，而水泵是空调系统的主要的耗能设备之一，不合理的管路设计或压力平衡装置会导致能源的浪费。对于没有预置冷冻水系统的小型机房，需要采购冷水机组和水泵系统，不仅投资成本高，需要占用建筑空间放置设备，而且经过冷媒-水-冷媒的两次换热，会有更多的换热损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种新型热管机房空调系统及其运行方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种新型热管机房空调系统，包括通过换热器相连的一级冷媒回路和二级冷媒回路，所述二级冷媒回路包括若干个末端，所述末端上设置有可调速的风机及用于检测所述末端的送风温度或回风温度的温度传感器，当所述末端的送风温度或回风温度在对应的目标温度范围之外时，调节所述风机 的转速或所述一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，使所述末端的送风温度或回风温度调节至对应的目标温度范围之内。
在本发明所述的新型热管机房空调系统中，所述一级冷媒回路包括通过第一管道依次连接、并构成循环回路的压缩机、冷凝器、第一储液罐、第一泵、膨胀阀及所述换热器。
在本发明所述的新型热管机房空调系统中，所述一级冷媒回路还包括第一单向阀及第二单向阀，所述第一单向阀的两端分别连接在所述第一管道的第一节点和第二节点处，所述第二单向阀的两端分别连接在所述第一管道的第三节点和第四节点处。
在本发明所述的新型热管机房空调系统中，所述换热器的两端通过第二管道分别与每一所述末端相连通。
在本发明所述的新型热管机房空调系统中，所述末端为背板门、列间机柜或房间空调的室内机。
本发明还提供一种根据上述所述的新型热管机房空调系统的运行方法，所述末端的控制方式包括回风控制模式和送风控制模式。
在本发明所述的新型热管机房空调系统的运行方法中，所述回风控制模式包括以下步骤：
S11：检测每一所述末端的回风温度Tri，其中，i＝1，2，…，N；
S12：判断第i个末端的回风温度与第i个末端对应的回风目标温度的绝对差值是否大于预设偏差值，如大于所述预设偏差值，则执行步骤S13，否则，继续执行步骤S11；
S13：判断第i个末端的回风温度是否大于第i个末端对应的回风目标温度的大小，若大于第i个末端对应的回风目标温度，则执行步骤S14，否则，执行步骤S15；
S14：升高第i个末端上的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12；
S15：降低第i个末端上的风机转速，判断降低后的风机转速是否达到风 机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12。
在本发明所述的新型热管机房空调系统的运行方法中，所述送风控制模式包括以下步骤：
S21：检测每一所述末端的送风温度Tsi，其中，i＝1，2，…，N；
S22：判断第i个末端的送风温度与第i个末端对应的送风目标温度的绝对差值是否大于预设偏差值，如大于所述预设偏差值，则执行步骤S23，否则，继续执行步骤S21；
S23：判断第i个末端的送风温度是否大于第i个末端对应的送风目标温度的大小，若大于第i个末端对应的送风目标温度，则执行步骤S24，否则，执行步骤S25；
S24：降低第i个末端上的风机转速，判断降低后的风机转速是否达到风机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22；
S25：升高第i个末端上的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22。
在本发明所述的新型热管机房空调系统的运行方法中，一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度的调节方式包括冷凝器调节模式以及压缩机和泵的组合调节模式。
在本发明所述的新型热管机房空调系统的运行方法中，所述压缩机和泵的组合调节模式包括压缩机模式、压泵混合模式及泵模式。
综上所述，实施本发明的一种新型热管机房空调系统及其运行方法，具有以下有益效果：本申请的系统在继承热管系统优点的基础上，无需购置冷水机组和水泵，节省水泵的安装空间与能耗，通过两级冷媒回路内冷媒-冷媒的直接换热，可以有效避免热损失，并且一级冷媒回路充分利用室外空气带动自然冷源，更加节能。此外，针对中、小型数据中心的后期扩容以及快速备份问题，该系统将热管系统与自然冷源的双循环空调系统技术相融合，并 提出了一种相应的系统运行控制方式，该控制方式包括末端的回风控制模式和送风控制模式。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明较佳实施例之一提供的一种新型热管机房空调系统的示意图；
图2是本发明较佳实施例之二提供的一种新型热管机房空调系统的示意图；
图3是本发明较佳实施例之三提供的一种新型热管机房空调系统的示意图；
图4是本发明提供的一种新型热管机房空调系统的运行方法的回风控制模式的流程图；
图5是本发明提供的一种新型热管机房空调系统的运行方法的送风控制模式的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明较佳实施例之一提供了一种新型热管机房空调系统，包括一级冷媒回路100和二级冷媒回路200，一级冷媒回路100与二级冷媒回路200通过换热器6相连接。
其中，一级冷媒回路100包括通过第一管道(未标号)依次连接、并构成循环回路的压缩机1、冷凝器2、第一储液罐3、第一泵4、膨胀阀5及换热器6。一级冷媒回路100还包括第一单向阀8和第二单向阀9，第一单向阀8的两端分别连接在第一管道的第一节点和第二节点处，第二单向阀9的两端分别连接在所述第一管道的第三节点和第四节点处。其中，第一节点位于换 热器6与压缩机1之间的管道上，第二节点位于压缩机1与冷凝器2之间的管道上，第三节点位于第一储液罐3与第一泵4之间的管道上，第四节点位于第一泵4与膨胀阀5之间的管道上。
二级冷媒回路200包括换热器6及若干个末端7，换热器6的两端通过第二管道(未标号)分别与每一末端7的送风口和回风口相连通。末端7可以为背板门、列间机柜或房间空调的室内机部分等结构，末端7上设置有转速可调节的风机及用于检测末端7的送风温度或回风温度的温度传感器(均未示出)。当末端7的送风温度或回风温度在对应的目标温度范围之外时，调节风机的转速或一级冷媒回路100内冷媒的蒸发温度，使末端7的送风温度或回风温度调节至对应的目标温度范围之内。
安装时，一级冷媒回路100的压缩机1、冷凝器2、第一储液罐3、第一泵4及膨胀阀5可以作为一个整体机组安装在屋顶，换热器6则可以根据实际情况(选用管径、高度差、室外空气环境、换热器形式等)安装在整体机组内或吊装在末端7所在的机房顶部。
图2为本发明较佳实施例之二提供的一种新型热管机房空调系统，其与实施例一的不同之处在于，二级冷媒回路200中加入了第二储液罐11和第二泵12。
具体的，换热器6的一端通过第二管道(未标号)依次与第二储液罐11、第二泵12及每一末端7的回风口相连通，换热器6的另一端通过第二管道与每一末端7的送风口相连通。
图3为本发明较佳实施例之三提供的一种新型热管机房空调系统，其与实施例一的不同之处在于，一级冷媒回路100中不再使用第一泵4，而是加入压头阀13来保证室外温度较低时系统的可靠性。
具体的，一级冷媒回路100包括通过第一管道(未标号)依次连接、并构成循环回路的压缩机1、冷凝器2、压头阀13、第一储液罐3、膨胀阀5及换热器6。
本发明还提供一种根据上述所述的新型热管机房空调系统的运行方法，末端7的控制方式包括回风控制模式和送风控制模式。
图4为本发明新型热管机房空调系统的运行方法的回风控制模式的流程图，回风控制模式主要包括以下步骤：
步骤S11：检测每一末端的回风温度Tri，其中，i＝1，2，…，N；Tr1对应第1个末端的回风温度，Tri对应第i个末端的回风温度，TrN对应第N个末端的回风温度。
步骤S12：判断第i个末端的回风温度Tri与其对应的回风目标温度Trset的绝对差值是否大于预设偏差值ΔT，如大于所述预设偏差值ΔT，则执行步骤S13，否则，继续执行步骤S11。
步骤S13：判断第i个末端的回风温度Tri与其对应的回风目标温度Trset的大小，若第i个末端的回风温度Tri大于其对应的回风目标温度Trset，则执行步骤S14，否则，执行步骤S15。本实施例中，每一末端所对应的回风目标温度Trset的大小均相同。可以理解的是，在其它实施例中，每一末端所对应的回风目标温度Trset的大小也可以不同。
步骤S14：升高第i个末端的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12。
步骤S15：降低第i个末端的风机的转速，判断降低后的风机转速是否达到风机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12。
在回风控制模式下，当检测到第i个末端的回风温度Tri高了，则增大对应的风机转速，将热量散发出去，使末端的回风温度Tri降低；当检测到第i个末端的回风温度Tri低了，则降低对应的风机转速，使末端的回风温度Tri升高，避免热量散发。
图5为本发明新型热管机房空调系统的运行方法的送风控制模式的流程图，送风控制模式主要包括以下步骤：
S21：检测每一所述末端的送风温度Tsi，其中，i＝1，2，…，N；Ts1对应第1个末端的送风温度，Tsi对应第i个末端的送风温度，TsN对应第N个末端的送风温度。
S22：判断第i个末端的送风温度Tsi与其对应的送风目标温度Tsset的绝对差值是否大于预设偏差值ΔT，如大于所述预设偏差值ΔT，则执行步骤S23，否则，继续执行步骤S21。
S23：判断第i个末端的送风温度Tsi与其对应的送风目标温度Tsset的大小，若第i个末端的送风温度Tsi大于其对应的送风目标温度Tsset，则执行步骤S24，否则，则执行步骤S25。
本实施例中，每一末端所对应的送风目标温度Tsset的大小均相同，每一末端所对应的回风目标温度Trset与送风目标温度Tsset的大小也相同。可以理解的是，在其它实施例中，每一末端所对应的送风目标温度Tsset的大小可以不同，每一末端所对应的回风目标温度Trset与送风目标温度Tsset的大小也可以不同。
S24：降低第i个末端上的风机转速，判断降低后的风机转速是否达到风机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22。
S25：升高第i个末端上的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22。
在送风控制模式下，当检测到第i个末端的送风温度Tsi高了，则调小对应的风及转速，降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，保证送风环境温度降低。
本申请较佳实施例之一及实施例之二提供的一级冷媒回路100内冷媒的蒸发温度的调节方式包括冷凝器调节模式以及压缩机和泵的组合调节模式。其中，冷凝器调节模式为调整冷凝器的风机转速，压缩机和泵的组合调节模式包括压缩机模式、压泵混合模式及泵模式三种，这三种模式的确定是根据末端对应的一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度的需求来决定的。当蒸发温度升高时，可以选择关闭压缩机，启动第一泵，即选择泵模式；反之，可以选择开启压缩机，关闭第一泵，即选择压缩机模式。
结合图1所示，当处于压缩机模式时，一级冷媒回路100内的冷媒依次 经过压缩机1、冷凝器2、第一储液罐3、第二单向阀9、膨胀阀5、换热器6，一级冷媒回路100内的冷媒经换热器6从二级冷媒回路200内的冷媒吸收热量后，回到压缩机1。当处于压泵混合模式时，一级冷媒回路100内的冷媒依次经过压缩机1、冷凝器2、第一储液罐3、第一泵4、膨胀阀5、换热器6，一级冷媒回路100内的冷媒经换热器6从二级冷媒回路200内的冷媒吸收热量后，最终回到压缩机1。当处于泵模式时，一级冷媒回路100内的冷媒依次经过第一单向阀8、冷凝器2、第一储液罐3、第一泵4、膨胀阀5、换热器6，将室外侧的自然冷量直接用于冷凝二级冷媒回路200内的冷媒。二级冷媒回路200内的冷媒在换热器6内被冷凝成液体，在重力的作用下流入各个末端，以用于蒸发吸热。本实施例中，为了降低各个末端管路流量的差异，末端管路采用同程管设计。
本申请较佳实施例之三提供的一级冷媒回路100内冷媒的蒸发温度的调节方式包括冷凝器调节模式及压缩机模式。
综上所述，实施本发明的一种新型热管机房空调系统及其运行方法，具有以下有益效果：
首先，本申请的系统在继承热管系统优点的基础上，无需购置冷水机组和水泵，节省水泵的安装空间与能耗，通过两级冷媒回路内冷媒-冷媒的直接换热，可以有效避免热损失，并且一级冷媒回路充分利用室外空气带动自然冷源，更加节能。
其次，针对中、小型数据中心的后期扩容以及快速备份问题，该系统将热管系统与自然冷源的双循环空调系统技术相融合，并提出了一种相应的系统运行控制方式，该控制方式包括末端的回风控制模式和送风控制模式。
第三，室外侧系统结构紧凑，无需特别预留安装空间，且末端采用同程管设计，减小各个管路压降对流量的影响。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明 权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述新型热管机房空调系统，包括通过换热器(6)相连的一级冷媒回路(100)和二级冷媒回路(200)，所述二级冷媒回路(200)包括若干个末端(7)，所述末端(7)上设置有可调速的风机及用于检测所述末端(7)的送风温度或回风温度的温度传感器，当所述末端(7)的送风温度或回风温度在对应的目标温度范围之外时，调节所述风机的转速或所述一级冷媒回路(100)内冷媒的蒸发温度，使所述末端(7)的送风温度或回风温度调节至对应的目标温度范围之内，所述末端(7)的控制方式包括回风控制模式和送风控制模式；
所述回风控制模式包括以下步骤：
S11：检测每一所述末端的回风温度Tri，其中，i＝1，2，...，N；
S12：判断第i个末端的回风温度与第i个末端对应的回风目标温度的绝对差值是否大于预设偏差值，如大于所述预设偏差值，则执行步骤S13，否则，继续执行步骤S11；
S13：判断第i个末端的回风温度是否大于第i个末端对应的回风目标温度的大小，若大于第i个末端对应的回风目标温度，则执行步骤S14，否则，执行步骤S15；
S14：升高第i个末端上的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12；
S15：降低第i个末端上的风机转速，判断降低后的风机转速是否达到风机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S12。
2.根据权利要求1所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述一级冷媒回路(100)包括通过第一管道依次连接、并构成循环回路的压缩机(1)、冷凝器(2)、第一储液罐(3)、第一泵(4)、膨胀阀(5)及所述换热器(6)。
3.根据权利要求2所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述一级冷媒回路(100)还包括第一单向阀(8)及第二单向阀(9)，所述第一单向阀(8)的两端分别连接在所述第一管道的第一节点和第二节点处，所述第二单向阀(9)的两端分别连接在所述第一管道的第三节点和第四节点处。
4.根据权利要求1所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述换热器(6)的两端通过第二管道分别与每一所述末端(7)相连通。
5.根据权利要求1所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述末端(7)为背板门、列间机柜或房间空调的室内机。
6.根据权利要求1所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述送风控制模式包括以下步骤：
S21：检测每一所述末端的送风温度Tsi，其中，i＝1，2，...，N；
S22：判断第i个末端的送风温度与第i个末端对应的送风目标温度的绝对差值是否大于预设偏差值，如大于所述预设偏差值，则执行步骤S23，否则，继续执行步骤S21；
S23：判断第i个末端的送风温度是否大于第i个末端对应的送风目标温度的大小，若大于第i个末端对应的送风目标温度，则执行步骤S24，否则，执行步骤S25；
S24：降低第i个末端上的风机转速，判断降低后的风机转速是否达到风机转速的下限值，若达到风机转速的下限值，则降低一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22；
S25：升高第i个末端上的风机转速，判断升高后的风机转速是否达到风机转速的上限值，若达到风机转速的上限值，则升高一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度，否则，继续执行步骤S22。
7.根据权利要求1所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，一级冷媒回路内冷媒的蒸发温度的调节方式包括冷凝器调节模式以及压缩机和泵的组合调节模式。
8.根据权利要求7所述的新型热管机房空调系统的运行方法，其特征在于，所述压缩机和泵的组合调节模式包括压缩机模式、压泵混合模式及泵模式。
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