CN108561986B - 一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法。冷却模块包括自然冷却模块、机械制冷系统与控制模块，一体模块化设计，便于在机械制冷和自然冷却之间相互切换，最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。

Description

一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制 方法

技术领域

本发明涉及服务器散热技术领域，特别涉及一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法。

背景技术

传统空调系统大多利用高品位电能制取冷量来满足服务对象的冷负荷要求，没有利用室外大量的自然冷源，节能效果较差。在我国大部分地区每年个别月份平均气温能达到10°C下，尤其是我国北方地区，冬季和过渡季的室外环境湿度较低，若将此时室外大量自然冷量采用直接或间接的方式利用起来，如利用高效换热器或分离式热管自然循环将室外冷能引入室内，不仅能够保证室内降温的要求，还减少了传统空调系统的运行时间，既经济又环保。传统自然供冷方式，应用到数据机房等供冷要求比较严格的场合，会存在很多问题。如直接利用新风自然冷却，会造成室内空气的污染，湿度难以控制，要额外加装过滤器，同时进行湿度控制；间接利用新风，空-空换热器体积大，效率不高；运用开式冷却塔供冷水，会有防冻和水污染的问题。 因而这些方法实际应用到服务器机房等特殊场合时，并不是太适用。

间接蒸发冷却是将被冷却载冷剂（水，空气，制冷剂）与喷淋侧空气利用通道隔开，在湿通道内喷淋循环水，水与二次空气发生直接蒸发冷却过程，干通道中的一次空气只被冷却不被加湿。若采用循环水，则可近似认为水温在整个过程中保持不变，喷淋水充当了传热媒介，吸收一次空气的释放的显热，再潜热的形式传递给空气，最终随着空气的运动而带走。理论上，空气通过间接蒸发冷却可达到入口空气的湿球温度，冷却效果明显高于直接蒸发冷却。间接蒸发冷却技术的结构虽然比较复杂，但适用性较高。但是，蒸发冷却技术受限于环境空气的湿度，因而不可能全年适用，需要加装额外的机械制冷模块，以备在特殊工况下运行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法，加装额外的机械制冷模块，不再受限于环境空气的湿度，以备在特殊工况下运行。

一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块，包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、第一冷却水泵、闭式冷却塔、冷水机，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、轴流风机、淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层，所述淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层均设置在冷却塔壳体内，轴流风机设置在冷却塔壳体的顶端，蛇形管冷凝器设置在冷却塔壳体的中部，淋水盘设置在轴流风机与蛇形管冷凝器之间，冷却塔壳体底部设置接水盘，填料层设置在蛇形管冷凝器与接水盘之间，第一冷却水泵设置在冷却塔壳体外，与接水盘、淋水盘分别相连，用于把存储于冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处实现喷淋，蛇形管冷凝器的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门设置在液冷回水管道上；所述冷水机包括构成闭合回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，蒸发器的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门设置在气冷供水管道上，蒸发器的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门设置在气冷回水管道上；还包括第二冷却水泵，蛇形管冷凝器、第六阀门、第二冷却水泵、冷凝器、第五阀门相连组成冷却水循环回路。

本发明的冷源模块将自然冷却模块和机械制冷模块集成在一起，根据环境温度变化切换自然冷却和机械制冷两种不同的供冷模式，最大限度的利用自然冷源。自然冷却模式下冷源来源为闭式冷却塔，机械冷却模式下冷源来源为冷水机。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。自然冷却模块包括第一冷却水泵，蛇形管冷凝器，填料层，轴流风机及相应的管路部件，自然冷却模块冷量的调节主要通过调节第一冷却水泵和轴流风机频率实现。机械冷却模块包含压缩机，冷凝器，蒸发器，节流阀，膨胀阀及相应的管路部件，机械制冷模块的冷量调节主要通过调节冷凝端供水水温即第一冷却水泵，供水水量即第二冷却水泵以及压缩机开启时间实现。将蛇形管冷凝器、第六阀门、第二冷却水泵、冷凝器、第五阀门相连组成冷却水循环回路，即在冷却水循环回路设置旁通，通入冷水机的冷凝器，机械制冷模块冷凝端的散热量由自然冷却模块提供，通过调节第二冷却水泵调节进入冷凝器的水量，实现了机械冷却与自然冷却一体化结构设计。冷源模块包括一条总供水管道与一条总回水管道，即为一路供回水，当感应到环境温度变化时，冷源制冷模式的切换在冷源模块内部完成。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。以间接蒸发冷却方式供冷，载冷剂为冷冻水，避免了直接蒸发冷却以空气为载冷剂带来的除湿、过滤等问题。在实际应用过程中，冷源模块有两种供冷模式：1：自然冷却，当环境温度能够满足冷源供水要求时，采取自然冷却模块供冷，冷水机关闭。2：机械制冷，当环境温度升高，自然冷却不能满足冷源供冷需求时，开启冷水机实现机械制冷，其中，自然冷却供水通道为冷水机冷凝端供水。冷源模块包含多个阀门，可实现上述运行模式的切换。第一阀门与第二阀门打开，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门关闭的情况下为自然冷却模式，第一阀门与第二阀门关闭，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门打开的情况下为机械制冷模式。本发明的冷源模块，加装额外的机械制冷模块，当环境冷量达不到气冷通道冷量要求时，通过机械制冷辅助冷却。机械制冷冷凝端使用自然冷却模块进行冷却，不再受限于环境空气的湿度，冷凝端供水温度理论上达到环境湿球温度，冷凝温度的降低，减少了压缩机的能耗。一体模块化设计，降低了初期的建设成本以及后期的维护成本。

进一步地，还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器，第一温度传感器设置在蛇形管冷凝器与第一阀门之间；第二温度传感器设置在第二阀门与蛇形管冷凝器之间；第三温度传感器设置在蒸发器与第三阀门之间；第四温度传感器设置在第四阀门与蒸发器之间。第一温度传感器用来检测液冷供水管道的供水温度，第二温度传感器用来检测液冷回水管道的回水温度，第三温度传感器用来检测气冷供水管

道的供水温度，第四温度传感器用来检测气冷回水管道的回水温度。根据温度传感器所采

集的温度，对冷源模块中的运行设备如第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机、压缩机的

运行频率进行调节，使其能最大限度地利用自然冷量，降低设备的能耗。

进一步地，还包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器；所述第一压力传感器设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵与第六阀门之间；第二压力传感器设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵与冷凝器之间；第三压力传感器设置在第四阀门与蒸发器之间。压力传感器同样是控制系统的一部分，根据压力值来控制各个设备的运行频率。

进一步地，还包括第一流量传感器与第二流量传感器，第一流量传感器设置在闭式冷却塔与第五阀门之间，第二流量传感器设置在淋水盘和第一冷却水泵之间。 第一流量传感器作为第一冷却水泵将冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处的水量的依据，第二流量传感器作为第二冷却水泵调节进入冷凝器的水量的依据。根据流量传感器所采集的温度，对冷源模块的运行进行控制。

进一步地，还包括高压开关和低压开关，所述高压开关设置在压缩机和冷凝器之间，低压开关设置在蒸发器和压缩机之间。高压低压开关是用于系统压力保护的器件。当系统运行压力过高或过低时压力开关动作，压缩机停机。

进一步地，所述填料层的材料为PVC填料散热胶片。

一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法包括如下步骤：（1）当环境湿球温度小于一定温度值F时，第一阀门与第二阀门打开，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门关闭，根据第一温度传感器控制第一冷却水泵、轴流风机的频率；当环境温度低于第一预设阈值时，停止液冷回水管道与液冷供水管道的运行；当液冷供水管道的供水水温小于一定温度值A时，先调节轴流风机的频率、后调节第一冷却水泵的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；当液冷供水管道的供水温度大于一定温度值A时，先调节轴流风机的频率、后调节第一冷却水泵的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；（2）当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，第一阀门与第二阀门关闭，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门打开，根据第三温度传感器调节第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机的频率及压缩机的启停。当气冷供水管道的供水水温小于一定温度值B时，关闭压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机低频运行。当气冷供水管道的供水水温大于一定温度值C时时，开启压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机以固定频运行，其中温度值B小于温度值C。

温度值F指的是自然冷却恰好不能够满足气冷工况运行条件时的环境湿球温度，当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，认为自然冷却不能够满足冷源供水要求，当环境湿球温度小于一定温度值F时，认为自然冷却能够满足冷源供水要求。温度值A指的是自然冷却下的需要的供水温度，如果液冷供水管道的供水温度小于温度值A，则说明没有最大限度利用自然冷源，如果供水温度大于温度值A，则说冷却效果还不够，这两种情况都需要按本方法进行调节，使其满足供冷需求。具体的方法是当供水水温小于温度值A时，此时优先调节风机11的频率，当轴流风机11频率到达最低转速下（一般是10~30%）自然冷却产生的冷量仍然偏大，开始调节第二冷却水泵5的频率。当供水温度大于温度值A时，此时优先调轴流风机的频率，当轴流风机11频率达到最大冷量仍不满足供冷需求，增大第二冷却水泵的频率。温度值B是指需要关闭冷水机的压缩机运行的供水温度的临界点，温度值C指的是需要开启冷水机的压缩机运行的供水温度的临界点。具体的方法是当供水水温小于温度值B时，关闭压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机低频运行。当供水水温大于温度值C时，开启压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵，轴流风机以固定频率运行，需保证闭式冷却塔散热量等于冷水机蒸发器散热量。以上温度值A、B、C、F具体根据实际的气冷工况运行条件和当下的环境温度设置。此方法根据环境工况切换冷水机的起停的步骤，液气双供，同时将自然冷却与机械制冷相结合。此方法不但满足供冷需求，而且最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。

本发明的有益效果在于将自然冷却系统和机械制冷系统的一体模块化设计，便于在机械制冷和自然冷却之间相互切换，最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。一体模块化的设计，便于安装和扩容，也便于后期的维护。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。以间接蒸发冷却方式供冷，载冷剂为冷冻水，避免了直接蒸发冷却以空气为载冷剂带来的除湿、过滤等问题。

附图说明

图1为本发明冷却模块的结构示意图。

图中包括闭式冷却塔1、轴流风机11；冷却塔壳体12；淋水盘13、蛇形管冷凝器14、填料层15、接水盘16；第一冷却水泵2；冷水机3、压缩机31、冷凝器32、膨胀阀33、蒸发器34、干燥器35；第一阀门41、第二阀门42、第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46；第二冷却水泵5、第一温度传感器61、第二温度传感器62、第三温度传感器63、第四温度传感器64、第一压力传感器71、第二压力传感器72、第二压力传感器73、第一流量传感器81、第二流量传感器82、低压开关9、高压开关10。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、闭式冷却塔1、第一冷却水泵2、冷水机3，第一阀门41、第二阀门42、第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46；

闭式冷却塔1包括冷却塔壳体12、轴流风机11、淋水盘13、接水盘16、蛇形管冷凝器14、填料层15，所述淋水盘13、接水盘16、蛇形管冷凝器14、填料层15均设置在冷却塔壳体12内，轴流风机11设置在冷却塔壳体12的顶端，蛇形管冷凝器14设置在冷却塔壳体12的中部，淋水盘13设置在轴流风机11与蛇形管冷凝器14之间，冷却塔壳体12底部设置接水盘16，填料层15设置在蛇形管冷凝器14与接水盘16之间，第一冷却水泵2设置在冷却塔壳体12外，与接水盘16、淋水盘13分别相连，用于把存储于冷却塔壳体12底部接水盘16的冷却液体泵到淋水盘13处实现喷淋，蛇形管冷凝器14的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门41设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器14的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门42设置在液冷回水管道上；

所述冷水机3包括构成闭合回路的压缩机31、冷凝器32、膨胀阀33、蒸发器34，蒸发器34的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门43设置在气冷供水管道上，蒸发器34的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门44设置在气冷回水管道上；

还包括第二冷却水泵5，所述蛇形管冷凝器14、第六阀门46、第二冷却水泵5、冷凝器32、第五阀门45相连组成冷却水循环回路。

本发明的冷源模块将自然冷却模块和机械制冷模块集成在一起，根据环境温度变化切换自然冷却和机械制冷两种不同的供冷模式，最大限度的利用自然冷源。自然冷却模式下冷源来源为闭式冷却塔1，机械冷却模式下冷源来源为冷水机3。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。自然冷却模块包括第一冷却水泵2，蛇形管冷凝器14，填料层15，轴流风机11及相应的管路部件，优选地，填料层15的材料为PVC填料散热胶片。所述自然冷却模块中，冷却水可采用自来水，纯净水，优选纯净水，并且应当额外添加水处理模块用以净化水质，添加补水模块用以补充水量。冷却水中应当适量添加防冻剂并配以防冻开关以防止冷冻水循环结冰。自然冷却模块冷量的调节主要通过调节第一冷却水泵2和轴流风机11频率实现。机械冷却模块包含压缩机31，冷凝器32，蒸发器34，节流阀34、膨胀阀33及相应的管路部件，优选地，还可以包括干燥器35，干燥器35设置在冷凝器32与膨胀阀33之间。机械制冷模块的冷量调节主要通过调节冷凝端供水水温即第一冷却水泵2，供水水量即第二冷却水泵5以及压缩机31开启时间实现。将蛇形管冷凝器14、第六阀门46、第二冷却水泵5、冷凝器32、第五阀门45相连组成冷却水循环回路。即在冷却水循环回路设置旁通，通入冷水机3的冷凝器32，机械制冷模块冷凝端的散热量由自然冷却模块提供，通过调节第二冷却水泵5调节进入冷凝器的水量，实现了机械冷却与自然冷却一体化结构设计。冷源模块包括一条总供水管道与一条总回水管道，即为一路供回水，当感应到环境温度变化时，冷源制冷模式的切换在冷源模块内部完成。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。以间接蒸发冷却方式供冷，载冷剂为冷冻水，避免了直接蒸发冷却以空气为载冷剂带来的除湿、过滤等问题。在实际应用过程中，冷源模块有两种供冷模式：1：自然冷却，当环境温度能够满足冷源供水要求时，采取自然冷却模块供冷，冷水机3关闭。2：机械制冷，当环境温度升高，自然冷却不能满足冷源供冷需求时，开启冷水机3实现机械制冷，其中，自然冷却供水通道为冷水机3冷凝端供水。冷源模块包含多个阀门，可实现上述运行模式的切换。第一阀门41与第二阀门42打开，第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46关闭的情况下为自然冷却模式，第一阀门41与第二阀门42关闭，第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45第六阀门46打开的情况下为机械制冷模式。优选地，上述阀门为电动阀门，电动阀门不需手动控制，使用电能作为动力来通过电动执行机构来驱动阀门，实现阀门的开关动作，电动阀门可以与控制装置或系统连接，为该冷源模块的相关拓展提供基础。本发明的冷源模块，加装额外的机械制冷模块，当环境冷量达不到气冷通道冷量要求时，通过机械制冷辅助冷却。机械制冷冷凝端使用自然冷却模块进行冷却，不再受限于环境空气的湿度，冷凝端供水温度理论上达到环境湿球温度，冷凝温度的降低，减少了压缩机的能耗。一体模块化设计，降低了初期的建设成本以及后期的维护成本。

本发明还包括控制系统，控制系统由温度传感器、压力传感器、流量传感器与高低压开关构成。

图1中包括第一温度传感器61、第二温度传感器62、第三温度传感器63、第四温度传感器64，第一温度传感器61设置在蛇形管冷凝器14与第一阀门41之间；第二温度传感器62设置在第二阀门42与蛇形管冷凝器14之间；第三温度传感器63设置在蒸发器34与第三阀门43之间；第四温度传感器64设置在第四阀门44与蒸发器34之间。第一温度传感器41用来检测液冷供水管道的供水温度，第二温度传感器42用来检测液冷回水管道的回水温度，第三温度传感器63用来检测气冷供水管道的供水温度，第四温度传感器64用来检测气冷回水管道的回水温度。根据温度传感器所采集的温度，对冷源模块中的运行设备如第一冷却水泵2、第二冷却水泵5、轴流风机11、压缩机31的运行频率进行调节，使其能最大限度地利用自然冷量，降低设备的能耗。

图1中包括第一压力传感器71、第二压力传感器72、第三压力传感器73；所述第一压力传感器71设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵5与第六阀门46之间；第二压力传感器72设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵5与冷凝器32之间；第三压力传感器73设置在第四阀门44与蒸发器34之间。压力传感器同样是控制系统的一部分，根据压力值来控制各个设备的运行频率。

图1包括第一流量传感器81与第二流量传感器82，第一流量传感器81设置在闭式冷却塔1与第五阀门45之间，第二流量传感器82设置在淋水盘13和第一冷却水泵2之间。第一流量传感器作为第一冷却水泵将冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处的水量的依据，第二流量传感器81作为第二冷却水泵5调节进入冷凝器32的水量的依据。根据流量传感器所采集的温度，对冷源模块的运行进行控制。

图1包括高压开关10和低压开关9，所述高压开关10设置在压缩机31和冷凝器32之间，低压开关9设置在蒸发器34和压缩机31之间。高压低压开关是用于系统压力保护的器件。当系统运行压力过高或过低时压力开关动作，压缩机停机。

一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，所述冷源模块采用图1所示的冷源模块实现，上述方法包括如下步骤：

当环境湿球温度小于一定温度值F时，第一阀门41与第二阀门42打开，第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46关闭，根据第一温度传感器61控制第一冷却水泵2、轴流风机11的频率；

当环境温度低于第一预设阈值时，停止液冷回水管道与液冷供水管道的运行；

当液冷供水管道的供水水温小于一定温度值A时，先调节轴流风机11的频率、后调节第一冷却水泵2的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；

当液冷供水管道的供水温度大于一定温度值A时，先调节轴流风机11的频率、后调节第一冷却水泵2的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；

当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，第一阀门41与第二阀门42关闭，第三阀门

43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46打开，根据第三温度传感器63调节第一冷却水泵2、第二冷却水泵5、轴流风机11的频率及压缩机31的启停。

当气冷供水管道的供水水温小于一定温度值B时，关闭压缩机31，第一冷却水泵2、第二冷却水泵5、轴流风机11低频运行。

当气冷供水管道的供水水温大于一定温度值C时时，开启压缩机31，第一冷却水泵2、第二冷却水泵5、轴流风机11以固定频率运行，其中温度值B小于温度值C。

其中，温度值F指的是自然冷却恰好不能够满足气冷工况运行条件时的环境湿球温度，当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，认为自然冷却不能够满足冷源供水要求，当环境湿球温度小于一定温度值F时，认为自然冷却能够满足冷源供水要求。温度值A指的是自然冷却下的需要的供水温度，如果液冷供水管道的供水温度小于温度值A，则说明没有最大限度利用自然冷源，如果供水温度大于温度值A，则说冷却效果还不够，这两种情况都需要按本方法进行调节，使其满足供冷需求。具体的方法是当供水水温小于温度值A时，此时优先调节轴流风机11的频率，当轴流风机11频率到达最低转速下（一般是10~30%）自然冷却产生的冷量仍然偏大，开始调节第二冷却水泵的频率。当供水温度大于温度值A时，此时优先调节轴流风机11的频率，当轴流风机11频率达到最大冷量仍不满足供冷需求，增大第二冷却水泵的频率。温度值B是指需要关闭冷水机的压缩机运行的供水温度的临界点，温度值C指的是需要开启冷水机的压缩机运行的供水温度的临界点。具体的方法是当供水水温小于温度值B时，关闭压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵、轴流风机11低频运行。当供水水温大于温度值C时，开启压缩机，第一冷却水泵、第二冷却水泵，轴流风机11以固定频率运行需保证闭式冷却塔散热量等于冷水机蒸发器散热量。以上温度值A、B、C、F具体根据实际的气冷工况运行条件和当下的环境温度设置。此方法根据环境工况切换冷水机的起停的步骤，液气双供，同时将自然冷却与机械制冷相结合。此方法不但满足供冷需求，而且最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。

下面列举实例详细说明本液-气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块运行时的具体工况，应当明确，这种工况只是多种运行状态中的代表性工况。随着温湿度独立控制系统的大力推广和应用，高温冷源应运而生，由于供给末端的冷水温度从传统的7°C提高到16~18°C，这就为采取蒸发冷却空调技术创造了条件。提供高温冷水，能够大力加大蒸发冷却应用范围，最大限度的利用自然冷源。因而在这里冷源模块按照18~23°C供回水温度设计。自然冷却方式采用间接蒸发来冷却回水。理论上能够达到环境的湿球温度。但是由于蒸发不完全，导热损失的存在，实际上不能达到环境的湿球温度，因而在这里区5°C冷幅，也就是说当环境湿球温度为13°C时，自然冷却能够将回水冷却到18°C。

冷源模块有自然冷却和机械制冷两种运行模式，对应的控制步骤如下：

（1）自然冷却

当环境湿球温度小于13°C时，启动该模式。

当使用自然冷却方式供冷，第一阀门41与第二阀门42打开，第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46关闭。

根据供水管路第一温度传感器41调节第一冷却水泵2，轴流风机11的频率当环境温度极低时（环境温度小于0°C），应停止液冷模块运行，并排干净机组内的水，防止冻结。

当环境温度较低时，供水水温小于18°C，此时优先调节轴流风机11的频率，当轴流风机11频率到达最低转速下（一般是10~30%）自然冷却产生的冷量仍然偏大，开始调节第一冷却水泵2的频率。

当环境温度较高时，供水温度大于18°C，此时优先调节轴流风机11的频率，当轴流风机11频率达到最大冷量仍不满足供冷需求，增大第一冷却水泵2的频率。

（2）机械冷却

当环境湿球温度大于13°C时，启动该模式。

当使用机械冷却方式供冷，第一阀门41与第二阀门42关闭，第三阀门43、第四阀门44、第五阀门45、第六阀门46打开。

根据供水管路第三温度传感器63调节冷却第一冷却水泵2，第二冷却水泵5，轴流风机11的频率，压缩机的启停。

当供水水温小于7°C时，关闭压缩机，冷却第一冷却水泵2，第二冷却水泵5，轴流风机11低频运行。

当供水水温大于18°C时，开启压缩机，冷却第一冷却水泵2，第二冷却水泵5，轴流风机11以固定频率运行（保证闭式冷却塔散热量等于冷水机3蒸发器34散热量）以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明将自然冷却系统和机械制冷系统的一体模块化设计，便于在机械制冷和自然冷却之间相互切换，最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。一体模块化的设计，便于安装和扩容，也便于后期的维护。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。以间接蒸发冷却方式供冷，载冷剂为冷冻水，避免了直接蒸发冷却以空气为载冷剂带来的除湿、过滤等问题。

Claims (5)

1.一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机，第一冷却水泵（2）、第一阀门（41）、第二阀门（42）、第三阀门（43）、第四阀门（44）、第五阀门（45）、第六阀门（46）；

所述闭式冷却塔（1）包括冷却塔壳体（12）、轴流风机（11）、淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15），所述淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15）均设置在冷却塔壳体（12）内，轴流风机（11）设置在冷却塔壳体（12）的顶端，蛇形管冷凝器（14）设置在冷却塔壳体（12）的中部，淋水盘（13）设置在轴流风机（11）与蛇形管冷凝器（14）之间，冷却塔壳体（12）底部设置接水盘（16），填料层（15）设置在蛇形管冷凝器（14）与接水盘（16）之间，第一冷却水泵（2）设置在冷却塔壳体（12）外，与接水盘（16）、淋水盘（13）分别相连，用于把存储于冷却塔壳体（12）底部接水盘（16）的冷却液体泵到淋水盘（13）处实现喷淋，蛇形管冷凝器（14）的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门（41）设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器（14）的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门（42）设置在液冷回水管道上；

所述冷水机（3）包括构成闭合回路的压缩机（31）、冷凝器（32）、膨胀阀（33）、蒸发器（34），蒸发器（34）的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门（43）设置在气冷供水管道上，蒸发器（34）的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门（44）设置在气冷回水管道上；

还包括第二冷却水泵（5），蛇形管冷凝器（14）、第六阀门（46）、第二冷却水泵（5）、冷凝器（32）、第五阀门（45）相连组成冷却水循环回路；

还包括第一温度传感器（61）、第二温度传感器（62）、第三温度传感器（63）、第四温度传感器（64），第一温度传感器（61）设置在蛇形管冷凝器（14）与第一阀门（41）之间；第二温度传感器（62）设置在第二阀门（42）与蛇形管冷凝器（14）之间；第三温度传感器（63）设置在蒸发器（34）与第三阀门（43）之间；第四温度传感器（64）设置在第四阀门（44）与蒸发器（34）之间；

所述冷源模块的控制方法包括以下步骤：

（1）当环境湿球温度小于一定温度值F时，第一阀门（41）与第二阀门（42）打开，第三阀门（43）、第四阀门（44）、第五阀门（45）、第六阀门（46）关闭，根据第一温度传感器（61）控制第一冷却水泵（2）、轴流风机（11）的频率；

当环境温度低于第一预设阈值时，停止液冷回水管道与液冷供水管道的运行；

当液冷供水管道的供水水温小于一定温度值A时，先调节轴流风机（11）的频率、后调节第一冷却水泵（2）的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；

当液冷供水管道的供水温度大于一定温度值A时，先调节轴流风机（11）的频率、后调节第一冷却水泵（2）的频率，使冷源介质自然冷却产生的冷量与液冷需求相匹配；

（2）当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，第一阀门（41）与第二阀门（42）关闭，第三阀门（43）、第四阀门（44）、第五阀门（45）、第六阀门（46）打开，根据第三温度传感器（63）调节第一冷却水泵（2）、第二冷却水泵（5）、轴流风机（11）的频率及压缩机（31）的启停；

当气冷供水管道的供水水温小于一定温度值B时，关闭压缩机（31），第一冷却水泵（2）、第二冷却水泵（5）、轴流风机（11）低频运行；

当气冷供水管道的供水水温大于一定温度值C时，开启压缩机（31），第一冷却水泵（2）、第二冷却水泵（5）、轴流风机（11）以固定频率运行，其中温度值B小于温度值C。

2.根据权利要求1所述的间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块还包括第一压力传感器（71）、第二压力传感器（72）、第三压力传感器（73）；所述第一压力传感器（71）设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵（5）与第六阀门（46）之间；第二压力传感器（72）设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵（5）与冷凝器（32）之间；第三压力传感器（73）设置在第四阀门（44）与蒸发器（34）之间。

3.根据权利要求1所述的间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块还包括第一流量传感器（81）与第二流量传感器（82），第一流量传感器（81）设置在闭式冷却塔（1）与第五阀门（45）之间，第二流量传感器（82）设置在淋水盘（13）和第一冷却水泵（2）之间。

4.根据权利要求1所述的间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块还包括高压开关（10）和低压开关（9），所述高压开关（10）设置在压缩机（31）和冷凝器（32）之间，低压开关（9）设置在蒸发器（34）和压缩机（31）之间。

5.根据权利要求1所述的间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述填料层（15）的材料为PVC填料散热胶片。