CN109357427A - 用于机房和热水系统的组合式空调系统及其控制方法 - Google Patents

用于机房和热水系统的组合式空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于机房和热水系统的组合式空调系统，包括机房压缩机、制冷冷凝器、机房节流装置、气分储液器、液泵、机房蒸发器、热管阀、热管冷凝器、制冷阀、冷凝蒸发器、水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、第二节流装置和室外换热器，所述制冷冷凝器的入口连通所述机房压缩机的出口；所述制冷冷凝器的出口连通所述机房节流装置的入口；所述气分储液器分别与所述机房压缩机的入口、所述热管冷凝器的出口、所述机房节流装置的出口以及液泵的入口相连通；所述液泵的出口连通所述机房蒸发器的入口。本发明提高系统运行效率，实现节能减排。

Description

用于机房和热水系统的组合式空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域。
背景技术
信息产业和数字化建设的快速发展，推动了机房、基站的数量，建设规模快速增长，据统计机房、基站空调的能耗占其总能耗的40％～50％。机房、基站的显热负荷比大，一年四季需连续运行，在室内侧设定温度低于室外侧温度的季节，常规的空调系统仍需继续运行压缩式制冷系统，制冷系统工作效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差低成本输送热量或为室内侧提供冷量，将大大减小空调系统的能耗和运行成本。在夏季等高温季节通过利用地冷可实现制冷系统高效运行。大幅度提升系统能效。利用室外低温空气为室内侧提供冷量的方法已得到业内学者和工程技术人员的关注，并以不同的形式展开工程技术研究，如目前采用的新风系统，此外还有不同形式的气-气、气-水热交换系统，以及应用热管技术的复合型空调。
发明内容
本发明的目的在于提供用于机房和热水系统的组合式空调系统和其控制方法，提高系统运行效率，实现节能减排。
实现上述目的的技术方案是：
一种用于机房和热水系统的组合式空调系统，包括机房压缩机、制冷冷凝器、机房节流装置、气分储液器、液泵、机房蒸发器、热管阀、热管冷凝器、制冷阀、冷凝蒸发器、水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、第二节流装置和室外换热器，其中，
所述制冷冷凝器的入口连通所述机房压缩机的出口；所述制冷冷凝器的出口连通所述机房节流装置的入口；
所述气分储液器分别与所述机房压缩机的入口、所述热管冷凝器的出口、所述机房节流装置的出口以及液泵的入口相连通；
所述液泵的出口连通所述机房蒸发器的入口；
所述冷凝蒸发器的第一接口通过所述热管阀连通所述机房蒸发器的出口，第二接口连通所述热管冷凝器的入口，第三接口通过第二节流装置连通所述室外换热器，第四接口通过第一节流装置连通所述水侧换热器；
所述制冷阀的两端分别与所述机房蒸发器的出口以及所述热管冷凝器的出口连通；
所述四通阀的四个端口分别与所述水侧压缩机的两端、所述室外换热器以及所述水侧换热器相互连通。
优选的，所述制冷冷凝器是水冷冷凝器、风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
一种用于机房和热水系统的组合式空调系统的控制方法，当室外温度T0＞设定温度T2，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，机房空调系统运行制冷模式，热水系统运行制热模式，此时制冷阀打开，热管阀关闭，机房节流装置打开，机房空调系统由机房压缩机、制冷冷凝器、机房节流装置、气分储液器、液泵和机房蒸发器构成制冷回路；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器、第二节流装置和室外换热器构成热水回路，通过运行制热模式提供热水；
当室外温度T0大于设定温度T1并小于等于设定温度T2，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行耦合模式，此时制冷阀关闭，热管阀打开，机房节流装置打开，机房空调系统由液泵、机房蒸发器、热管阀、冷凝蒸发器、热管冷凝器和气分储液器构成热管回路，不足冷量由机房压缩机、制冷冷凝器、机房节流装置和气分储液器构成的制冷回路进行补偿；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器、第二节流装置和室外换热器构成热水回路，通过运行制热模式提供热水；
当室外温度T0≤设定温度T1，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行热管模式，此时制冷阀关闭，热管阀打开，机房压缩机关闭，机房空调系统由液泵、机房蒸发器、热管阀、冷凝蒸发器、热管冷凝器和气分储液器构成热管回路；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器、第二节流装置和室外换热器构成热水回路，通过运行制热模式提供热水。
本发明的有益效果是：本发明将热水系统与机房空调系统实现一体，不仅在冬季需要提供热水时刻利用机房热量提供热水，还能化解常规热泵热水空调制热量衰减、结霜除霜等问题，大幅提高系统运行效率，实现节能减排。
附图说明
图1是本发明的用于机房和热水系统的组合式空调系统的结构图；
图2是本发明中制冷+热水模式的循环结构图；
图3是本发明中耦合+热水模式的循环结构图；
图4是本发明中热管+热水模式的循环结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明的用于机房和热水系统的组合式空调系统，包括机房压缩机1、制冷冷凝器2、机房节流装置3、气分储液器4、液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、热管冷凝器8、制冷阀9、冷凝蒸发器10、水侧压缩机11、四通阀12、水侧换热器13、第一节流装置14、第二节流装置15和室外换热器16。
制冷冷凝器2的入口连通机房压缩机1的出口；所述制冷冷凝器2的出口连通所述机房节流装置3的入口；所述气分储液器4分别与所述机房压缩机1的入口、所述热管冷凝器8的出口、所述机房节流装置3的出口以及液泵5的入口相连通。
所述液泵5的出口连通所述机房蒸发器6的入口；所述冷凝蒸发器10的第一接口通过所述热管阀7连通所述机房蒸发器6的出口，第二接口连通热管冷凝器8的入口，第三接口通过第二节流装置15连通所述室外换热器16，第四接口通过第一节流装置14连通所述水侧换热器13；制冷阀9的两端分别与所述机房蒸发器6的出口以及热管冷凝器8的出口连通。
四通阀12的四个端口分别与水侧压缩机11的两端、所述室外换热器16以及所述水侧换热器13相互连通。
制冷冷凝器2是水冷冷凝器、风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
本发明的用于机房和热水系统的组合式空调系统的控制方法，根据室外不同环境温度、不同季节以及供热水需求分别切换不同回路运行不同工作模式。当室外为夏季时(即室外温度T0＞设定温度T2)，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，即机房空调系统运行制冷模式，热水系统运行制热模式，如图2所示，此时制冷阀9打开，热管阀7关闭，机房节流装置3打开，机房空调系统由机房压缩机1、制冷冷凝器2、机房节流装置3、气分储液器4、液泵5和机房蒸发器6构成制冷回路；根据室内负荷大小以及室外温度高低确定压缩机的转速、膨胀阀开度以及冷凝器风机的转速，实现冷量调节。热水系统由水侧压缩机11、四通阀12、水侧换热器13、第一节流装置14、冷凝蒸发器10、第二节流装置15和室外换热器16构成热水回路，通过运行制热模式提供热水，此时热水系统通过吸取室外空气中热量实现供热。
当室外春、秋过渡季节时，即室外温度T0大于设定温度T1并小于等于设定温度T2，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行耦合模式，如图3所示，此时制冷阀9关闭，热管阀7打开，机房节流装置3打开，机房空调系统由液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、冷凝蒸发器10、热管冷凝器8和气分储液器4构成热管回路，不足冷量由机房压缩机1、制冷冷凝器2、机房节流装置3和气分储液器4构成的制冷回路进行补偿；此时由于室外温度不高，热水系统优先在冷凝蒸发器中对机房空调系统冷媒进行部分冷凝，热水系统吸收机房热量，不足之处再通过热管冷凝器进行冷凝，若还未能完成很好冷凝，即气分储液器温度未达到设定温度，再次开启压缩机进行补偿；热水系统由水侧压缩机11、四通阀12、水侧换热器13、第一节流装置14、冷凝蒸发器10、第二节流装置15和室外换热器16构成热水回路，通过运行制热模式提供热水，此时热水系统在冷凝蒸发器中优先吸取机房热量，然后再通过室外换热器吸热，完成制热。
当室外冬季时，即室外温度T0≤设定温度T1，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行热管模式，如图4所示，此时制冷阀9关闭，热管阀7打开，机房压缩机1关闭，机房空调系统由液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、冷凝蒸发器10、热管冷凝器8和气分储液器4构成热管回路；根据室内负荷大小以及室外温度确定液泵和冷凝器风机转速，实现冷量的精确调节，控制热管工作压力(温度)，调整热管换热能力，具体方式如下：当室外环温升高或室内负荷增加时，提升风机转速；当室外温度降低或室内负荷减小时，降低风机转速。热水系统由水侧压缩机11、四通阀12、水侧换热器13、第一节流装置14、冷凝蒸发器10、第二节流装置15和室外换热器16构成热水回路，通过运行制热模式提供热水，由于机房热量源源不断，故而热水系统避免了除霜问题，并且制热效率大幅度提升。T1＜T2。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种用于机房和热水系统的组合式空调系统，其特征在于，包括机房压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、机房节流装置(3)、气分储液器(4)、液泵(5)、机房蒸发器(6)、热管阀(7)、热管冷凝器(8)、制冷阀(9)、冷凝蒸发器(10)、水侧压缩机(11)、四通阀(12)、水侧换热器(13)、第一节流装置(14)、第二节流装置(15)和室外换热器(16)，其中，
所述制冷冷凝器(2)的入口连通所述机房压缩机(1)的出口；所述制冷冷凝器(2)的出口连通所述机房节流装置(3)的入口；
所述气分储液器(4)分别与所述机房压缩机(1)的入口、所述热管冷凝器(8)的出口、所述机房节流装置(3)的出口以及液泵(5)的入口相连通；
所述液泵(5)的出口连通所述机房蒸发器(6)的入口；
所述冷凝蒸发器(10)的第一接口通过所述热管阀(7)连通所述机房蒸发器(6)的出口，第二接口连通所述热管冷凝器(8)的入口，第三接口通过第二节流装置(15)连通所述室外换热器(16)，第四接口通过第一节流装置(14)连通所述水侧换热器(13)；
所述制冷阀(9)的两端分别与所述机房蒸发器(6)的出口以及所述热管冷凝器(8)的出口连通；
所述四通阀(12)的四个端口分别与所述水侧压缩机(11)的两端、所述室外换热器(16)以及所述水侧换热器(13)相互连通。
2.根据权利要求1所述的用于机房和热水系统的组合式空调系统，其特征在于，所述制冷冷凝器(2)是水冷冷凝器、风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
3.一种如权利要求1所述用于机房和热水系统的组合式空调系统的控制方法，其特征在于，
当室外温度T0＞设定温度T2，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，机房空调系统运行制冷模式，热水系统运行制热模式，此时制冷阀(9)打开，热管阀(7)关闭，机房节流装置(3)打开，机房空调系统由机房压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、机房节流装置(3)、气分储液器(4)、液泵(5)和机房蒸发器(6)构成制冷回路；热水系统由水侧压缩机(11)、四通阀(12)、水侧换热器(13)、第一节流装置(14)、冷凝蒸发器(10)、第二节流装置(15)和室外换热器(16)构成热水回路，通过运行制热模式提供热水；
当室外温度T0大于设定温度T1并小于等于设定温度T2，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行耦合模式，此时制冷阀(9)关闭，热管阀(7)打开，机房节流装置(3)打开，机房空调系统由液泵(5)、机房蒸发器(6)、热管阀(7)、冷凝蒸发器(10)、热管冷凝器(8)和气分储液器(4)构成热管回路，不足冷量由机房压缩机(1)、制冷冷凝器(2)、机房节流装置(3)和气分储液器(4)构成的制冷回路进行补偿；热水系统由水侧压缩机(11)、四通阀(12)、水侧换热器(13)、第一节流装置(14)、冷凝蒸发器(10)、第二节流装置(15)和室外换热器(16)构成热水回路，通过运行制热模式提供热水；
当室外温度T0≤设定温度T1，热水需要供热，机房空调需要供冷，热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行热管模式，此时制冷阀(9)关闭，热管阀(7)打开，机房压缩机(1)关闭，机房空调系统由液泵(5)、机房蒸发器(6)、热管阀(7)、冷凝蒸发器(10)、热管冷凝器(8)和气分储液器(4)构成热管回路；热水系统由水侧压缩机(11)、四通阀(12)、水侧换热器(13)、第一节流装置(14)、冷凝蒸发器(10)、第二节流装置(15)和室外换热器(16)构成热水回路，通过运行制热模式提供热水。
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