CN108931014A - 一种空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调系统，以克服现有技术室外机无法安装或者安装不便的问题，减少室外占地面积、降低成本、提高全年能效比及工作可靠性。空调系统包括中间换热器、第一制冷部和第二制冷部，其中：第一制冷部包括冷却水循环系统，冷却水循环系统包括依次连接的室外冷却塔、第一液泵、中间换热器的冷侧和第一流量控制阀；第二制冷部包括压缩机循环系统和泵循环系统且包括并联设置的至少两个室内制冷末端，压缩机循环系统包括依次连接的中间换热器的热侧、第二流量控制阀、蒸发器和压缩机；泵循环系统包括依次连接的中间换热器的热侧、储液罐、第二液泵和蒸发器；室内制冷末端包括压缩机循环系统的第二流量控制阀和蒸发器，以及泵循环系统的蒸发器。

Description

一种空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种空调系统。

背景技术

随着现代化信息技术的发展，全国通信机房的数目和规模也在不断扩大。在国家节能减排政策的号召下，减少机房能耗已经成为众多运营商关注的重点。据调查，在机房中，仅精密空调的运行耗电量就占机房总用电量的50％以上。在数量众多的基站、模块局中，空调用电量可达基站或模块局总用电量的70％左右。因此，有效减少空调耗电已成为降低机房能耗的重要方向。

直接蒸发冷却循环系统由于其精确制冷、易维护、安装工程量相对较小等优势，被大量用于机房空调系统中。直接蒸发冷却循环系统包括通过制冷剂管路依次连接且形成封闭循环的压缩机、冷凝器、流量控制阀和蒸发器，其中，压缩机、流量控制阀和蒸发器设置于室内机中，冷凝器设置于室外机中。根据机房的冷量需求，包含上述直接蒸发冷却循环系统的空调机组可以并列的设置多组。

本申请的发明人在实现本申请过程中发现，现有空调系统存在以下技术问题：

由于单台压缩机的最大冷量仅为50kW，随着机房负荷的不断增加，需要大量配置空调机组，数量众多的室外机不但占地面积大，成本高，而且在室外容易形成热岛效应；

受压缩机工作性能和可靠性要求的限制，压缩机与冷凝器之间的落差需限制在-5～40米的范围内，因此现有技术中，经常因室外现场安装环境导致室外机无法安装或者安装不便；此外，室内机与室外机之间通常采用较长的铜管连接，不但成本较高，而且会导致系统工作可靠性下降，能效降低，管路走线设计上也较为复杂。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种空调系统，以克服现有技术中因室外现场安装环境导致的室外机无法安装或者安装不便的问题，减少室外占地面积、降低成本、提高全年能效比，提升系统工作可靠性。

本发明实施例所提供的空调系统，包括中间换热器、第一制冷部和第二制冷部，其中：

第一制冷部包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括依次连接的室外冷却塔、第一液泵、所述中间换热器的冷侧和第一流量控制阀；

第二制冷部包括压缩机循环系统和泵循环系统且包括并联设置的至少两个室内制冷末端，所述压缩机循环系统包括依次连接的所述中间换热器的热侧、第二流量控制阀、蒸发器和压缩机；所述泵循环系统包括依次连接的所述中间换热器的热侧、储液罐、第二液泵和蒸发器；所述室内制冷末端包括所述压缩机循环系统的所述第二流量控制阀和蒸发器，以及所述泵循环系统的蒸发器。

可选的，所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器；

所述室内制冷末端还包括所述压缩机，以及与所述蒸发器相对设置的风机。

可选的，所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器；

所述压缩机独立于所述至少两个室内制冷末端，所述室内制冷末端还包括与所述蒸发器相对设置的风机。

较佳的，所述中间换热器的热侧、所述储液罐、所述第二液泵、所述第二流量控制阀、所述蒸发器和所述压缩机依次连接为闭环回路。

较佳的，第二制冷部还包括与所述压缩机并联的第一单向阀，以及与所述第二液泵并联的第二单向阀。

较佳的，所述压缩机至少为两个且并联设置。

较佳的，所述第二液泵至少为两个且并联设置。

较佳的，所述中间换热器至少为两个，且所述至少两个中间换热器的冷侧并联设置，所述至少两个中间换热器的热侧并联设置。

可选的，所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器相独立且相对设置；

所述室内制冷末端还包括所述压缩机，以及与所述压缩机循环系统的蒸发器和所述泵循环系统的蒸发器相对设置的风机。

较佳的，所述中间换热器为两个，所述两个中间换热器的冷侧分别位于相独立的两个所述冷却水循环系统中，所述两个中间换热器的热侧分别位于相独立的一个所述压缩机循环系统和一个所述泵循环系统中。

较佳的，所述空调系统中的连接管为钢管。

较佳的，所述中间换热器位于室内且与所述至少两个室内制冷末端位于同一安装平台。

优选的，空调系统还包括：用于检测室外环境温度的温度传感器；以及与温度传感器连接，并与室外冷却塔、第一液泵、各个室内制冷末端的压缩机，以及第二液泵分别连接的控制器，用于：当室外环境温度高于第一温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵和若干个室内制冷末端的压缩机，并关闭第二液泵，使压缩机循环系统工作；当室外环境温度低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵和第二液泵，并关闭各个室内制冷末端的压缩机，使泵循环系统工作；当室外环境温度不高于第一温度阈值且不低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵、第二液泵和若干个室内制冷末端的压缩机，并控制第二液泵的转速低于设定转速，使压缩机循环系统和泵循环系统协同工作；其中，第一温度阈值大于第二温度阈值。

本发明实施例空调系统，在室外设置冷却塔，在室内并联设置至少两个室内制冷末端，这些室内制冷末端所在的循环系统可以通过同一中间换热器与室外冷却塔所在的冷却水循环系统进行热交换。相比现有技术，可以克服现有技术中因室外现场安装环境导致的室外机无法安装或者安装不便的问题，减少室外占地面积、减少连接管布线，降低成本，提高系统的工作可靠性，并且，可以根据室外环境温度情况灵活开启第二制冷部的压缩机循环系统和泵循环系统，从而提高空调系统的全年能效比，节约能耗。

附图说明

图1为本发明第一实施例空调系统结构示意图；

图2为本发明第二实施例空调系统结构示意图；

图3为本发明第三实施例空调系统结构示意图；

图4为本发明第四实施例空调系统结构示意图。

附图说明：

1-第一制冷部；

2-第二制冷部；

3-中间换热器；

10-冷却水循环系统；

20-压缩机循环系统；

30-泵循环系统；

11-室外冷却塔；

12-第一液泵；

13-第一流量控制阀；

21-室内制冷末端；

22-第二流量控制阀；

23、23a、23b-蒸发器；

24-压缩机；

25-储液罐；

26-第二液泵；

27-风机；

28-第一单向阀；

29-第二单向阀。

具体实施方式

为了克服现有技术中因室外现场安装环境导致的室外机无法安装或者安装不便的问题，减少空调系统的室外占地面积、降低其成本、提高其全年能效比及系统工作可靠性，本发明实施例提供了一种空调系统。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明第一实施例提供的空调系统，包括中间换热器3、第一制冷部1和第二制冷部2，其中：

第一制冷部1包括冷却水循环系统，冷却水循环系统包括依次连接的室外冷却塔11、第一液泵12、中间换热器3的冷侧(各实施例附图中以字母C代表中间换热器3的冷侧，以字母H代表中间换热器3的热侧)和第一流量控制阀13；

第二制冷部2包括压缩机循环系统和泵循环系统且包括并联设置的至少两个室内制冷末端21，压缩机循环系统包括依次连接的中间换热器3的热侧、第二流量控制阀22、蒸发器23和压缩机24；泵循环系统包括依次连接的中间换热器3的热侧、储液罐25、第二液泵26和蒸发器23；室内制冷末端21包括压缩机循环系统的第二流量控制阀22和蒸发器23，以及泵循环系统的蒸发器23。该实施例中，压缩机循环系统和泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器23。

其中，压缩机24可以采用定容量压缩机，也可以采用变容量压缩机。第一液泵12和第二液泵26可以采用定频泵或者变频泵。第一流量控制阀13和第二流量控制阀22具体可以采用电子膨胀阀或者其它类可以进行智能流量调节的阀体。

在该实施例中，室外冷却塔11设置于室外，其余结构部件均可以设置在室内。冷却水循环系统中的流体介质采用水，压缩机循环系统和泵循环系统中的流体介质可采用常规制冷剂。

室内制冷末端21中，位于压缩机循环系统的蒸发器和位于泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器23；室内制冷末端21还包括压缩机24，以及与蒸发器23相对设置的风机27。中间换热器3的热侧、储液罐25、第二液泵26、第二流量控制阀22、蒸发器23和压缩机24依次连接为闭环回路。此外，第二制冷部2还包括与压缩机24并联的第一单向阀28，以及与第二液泵26并联的第二单向阀29，第一单向阀28用于在压缩机24关闭时限制制冷剂由蒸发器23单向流至中间换热器3的热侧，第二单向阀29用于在第二液泵26关闭时限制制冷剂由储液罐25单向流至第二流量控制阀22。

室外环境温度情况不同时，冷却水循环系统所能提供的流体温度也不同。当室外环境温度较低时，将各个压缩机24关闭，将各个第二液泵26打开，此时泵循环系统工作，经中间换热器3的热侧换热降温后的低温制冷剂被输送至各个室内制冷末端21；当室外温度较高时，关闭第二液泵26，同时开启若干个或者各个压缩机24，此时压缩机循环系统工作，空调系统主要由压缩机循环系统提供高效制冷；此外，也可以根据各个室内制冷末端21周围的热负荷情况，选择性的关闭若干个压缩机24，同时使第二液泵26低转速运行，从而使泵循环系统和压缩机循环系统协同工作。

冷却水循环系统、泵循环系统和压缩机循环系统的选择开闭可以由空调控制器根据温度传感器的检测值进行精确控制，从而确保每个室内制冷末端实现精确制冷。具体的，空调系统还包括：用于检测室外环境温度的温度传感器(图中未示出)；以及与温度传感器连接，并与室外冷却塔11、第一液泵12、各个室内制冷末端21的压缩机24，以及第二液泵26分别连接的控制器(图中未示出)，控制器用于：当室外环境温度高于第一温度阈值时，开启室外冷却塔11、第一液泵12和若干个室内制冷末端21的压缩机24，并关闭第二液泵26，使压缩机循环系统工作；当室外环境温度低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔11、第一液泵12和第二液泵26，并关闭各个室内制冷末端21的压缩机24，使泵循环系统工作；当室外环境温度不高于第一温度阈值且不低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔11、第一液泵12、第二液泵26和若干个室内制冷末端21的压缩机24，并控制第二液泵26的转速低于设定转速，使压缩机循环系统和泵循环系统协同工作；其中，第一温度阈值大于第二温度阈值。

在现有技术中，受压缩机工作性能和可靠性要求的限制，压缩机与冷凝器之间的落差需限制在-5～40米的范围内，因此，经常存在室外机无法安装或者安装不便的问题。采用本发明上述实施例的技术方案，冷却水循环系统由第一液泵12提供循环动力，无需压缩机做功，因此，中间换热器3与室外冷却塔11之间不受压缩机工作性能和可靠性要求的限制，中间换热器3可以设置在室内并且与前述的至少两个室内制冷末端21位于同一安装平台上，安装方式较为灵活、简便，从而解决了上述无法安装或者安装不便的技术问题。

本发明实施例空调系统，在室外设置室外冷却塔11，在室内并联设置至少两个室内制冷末端21，这些室内制冷末端21所在的循环系统可以通过同一中间换热器3与室外冷却塔11所在的冷却水循环系统进行热交换。相比现有技术，克服了现有技术中因室外现场安装环境导致的室外机无法安装或者安装不便的问题，不但可以减少室外占地面积、减少连接管布线，降低成本，提高系统的工作可靠性，并且，可以根据室外环境温度情况灵活开启第二制冷部2的压缩机循环系统和泵循环系统，从而提高空调系统的全年能效比，节约能耗。

以一个典型的机房环境为例，现有技术中，为满足制冷需求，包含直接蒸发冷却循环系统的空调机组并列设置10组，其中，10台室内制冷末端并列设置在室内，10台散热量为52kW的冷凝器设置在室外，10台冷凝器在室外的占地面积为32.5m²。而采用本发明实施例一的技术方案，室外可仅设置一台室外冷却塔11，占地面积约为4m²，占地面积大大减少，设备成本也大大降低，可有效防止热岛效应产生。此外，空调系统中的连接管可采用钢管，成本相对较低；由于中间换热器3与室外冷却塔11之间可以仅设置两条通路，因此现场的连接管布线大大简化，从而降低了施工成本。

实施例二

如图2所示，基于与实施例一相同的发明构思，本发明实施例二提供的空调系统，室内制冷末端21中，位于压缩机循环系统的蒸发器和位于泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器23；压缩机24独立于各个室内制冷末端21，室内制冷末端21还包括与蒸发器23相对设置的风机27。中间换热器3的热侧、储液罐25、第二液泵26、第二流量控制阀22、蒸发器23和压缩机24依次连接为闭环回路；第二制冷部2还包括与压缩机24并联的第一单向阀28，以及与第二液泵26并联的第二单向阀29。

在该实施例中，压缩机24和第一单向阀28独立于室内制冷末端21，压缩机24可采用大冷量并且容量可变的压缩机。当室外环境温度较低时，将压缩机24关闭，将第二液泵26打开，此时泵循环系统工作，经中间换热器3的热侧换热降温后的低温制冷剂被输送至各个室内制冷末端21；当室外温度较高时，关闭第二液泵26，同时开启压缩机24，此时压缩机循环系统工作，空调系统主要由压缩机循环系统提供高效制冷；此外，也可以同时开启第二液泵26和压缩机24，使泵循环系统和压缩机循环系统协同工作。

实施例三

如图3所示，在实施例二的基础上，本发明实施例三提供的空调系统中，压缩机24至少为两个且并联设置，第二液泵26至少为两个且并联设置，中间换热器3至少为两个，且该至少两个中间换热器3的冷侧并联设置，该至少两个中间换热器3的热侧并联设置。

当其中一个压缩机24出现故障时，与其相并联的其它任意一个压缩机可继续工作，从而增加了空调系统工作的可靠性。尤其是在夏季，可大大减少因压缩机故障而导致的相关损失。同理，设置至少两个第二液泵26和中间换热器3，也是为了增加空调系统工作的可靠性。

实施例四

基于与实施例一相同的发明构思，如图4所示，本发明实施例四提供的空调系统，室内制冷末端21中，位于压缩机循环系统20的蒸发器23a和位于泵循环系统30的蒸发器23b相独立且相对设置；室内制冷末端21还包括压缩机24，以及与压缩机循环系统20的蒸发器23a和泵循环系统30的蒸发器23b相对设置的风机27。该空调系统中，中间换热器3为两个，两个中间换热器3的冷侧分别位于相独立的两个冷却水循环系统10中，两个中间换热器3的热侧分别位于相独立的一个压缩机循环系统20和一个泵循环系统30中。

相比现有技术，该实施例克服了现有技术中因室外现场安装环境导致的室外机无法安装或者安装不便的问题，可以减少室外占地面积、减少连接管布线，降低成本，提高系统的工作可靠性，并且，可以根据室外环境温度情况灵活开启第二制冷部2的压缩机循环系统20和泵循环系统30以及相对应的冷却水循环系统10，从而提高空调系统的全年能效比，节约能耗。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种空调系统，其特征在于，包括中间换热器、第一制冷部和第二制冷部，其中：

第一制冷部包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括依次连接的室外冷却塔、第一液泵、所述中间换热器的冷侧和第一流量控制阀；

第二制冷部包括压缩机循环系统和泵循环系统且包括并联设置的至少两个室内制冷末端，所述压缩机循环系统包括依次连接的所述中间换热器的热侧、第二流量控制阀、蒸发器和压缩机；所述泵循环系统包括依次连接的所述中间换热器的热侧、储液罐、第二液泵和蒸发器；所述室内制冷末端包括所述压缩机循环系统的所述第二流量控制阀和蒸发器，以及所述泵循环系统的蒸发器。

2.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，

所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器；

所述室内制冷末端还包括所述压缩机，以及与所述蒸发器相对设置的风机。

3.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，

所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器为同一蒸发器；

所述压缩机独立于所述至少两个室内制冷末端，所述室内制冷末端还包括与所述蒸发器相对设置的风机。

4.如权利要求2或3所述的空调系统，其特征在于，

所述中间换热器的热侧、所述储液罐、所述第二液泵、所述第二流量控制阀、所述蒸发器和所述压缩机依次连接为闭环回路。

5.如权利要求4所述的空调系统，其特征在于，第二制冷部还包括与所述压缩机并联的第一单向阀，以及与所述第二液泵并联的第二单向阀。

6.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述压缩机至少为两个且并联设置。

7.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述第二液泵至少为两个且并联设置。

8.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述中间换热器至少为两个，且所述至少两个中间换热器的冷侧并联设置，所述至少两个中间换热器的热侧并联设置。

9.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，

所述室内制冷末端中，位于所述压缩机循环系统的蒸发器和位于所述泵循环系统的蒸发器相独立且相对设置；

所述室内制冷末端还包括所述压缩机，以及与所述压缩机循环系统的蒸发器和所述泵循环系统的蒸发器相对设置的风机。

10.如权利要求9所述的空调系统，其特征在于，所述中间换热器为两个，所述两个中间换热器的冷侧分别位于相独立的两个所述冷却水循环系统中，所述两个中间换热器的热侧分别位于相独立的一个所述压缩机循环系统和一个所述泵循环系统中。

11.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统中的连接管为钢管。

12.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述中间换热器位于室内且与所述至少两个室内制冷末端位于同一安装平台。

13.如权利要求1～12任一项所述的空调系统，其特征在于，还包括：用于检测室外环境温度的温度传感器；以及

与温度传感器连接，并与室外冷却塔、第一液泵、各个室内制冷末端的压缩机，以及第二液泵分别连接的控制器，用于：

当室外环境温度高于第一温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵和若干个室内制冷末端的压缩机，并关闭第二液泵，使压缩机循环系统工作；

当室外环境温度低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵和第二液泵，并关闭各个室内制冷末端的压缩机，使泵循环系统工作；

当室外环境温度不高于第一温度阈值且不低于第二温度阈值时，开启室外冷却塔、第一液泵、第二液泵和若干个室内制冷末端的压缩机，并控制第二液泵的转速低于设定转速，使压缩机循环系统和泵循环系统协同工作；

其中，第一温度阈值大于第二温度阈值。