CN109489126A - 一种一体式节能空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体式节能空调器及其控制方法，其包括壳体、室外风机、室内风机、节能冷凝器和节能蒸发器，所述壳体具有相隔离的第一腔室和第二腔室，所述壳体内设置有依次连接并构成闭环回路的压缩机、冷凝器和蒸发器；所述压缩机、所述节能蒸发器、所述蒸发器和所述室内风机从下到上依次设置在所述第一腔室内；所述室外风机、所述冷凝器和所述节能冷凝器从下到上依次设置在所述第二腔室内；所述节能冷凝器与所述节能蒸发器管路内均设置有导热介质，所述节能冷凝器与所述节能蒸发器连接，且在连接处设置有阀门。阀门开启时节能蒸发器与节能冷凝器之间通过温差进行热量传递，将室外自然温度源引入室内，调节室内环境温度，从而节省整体能耗。

Description

一种一体式节能空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，尤其涉及一种一体式节能空调器及其控制方法。

背景技术

良好的数据中心机房环境对于服务器设备长期可靠稳定的运行有着非常重要的作用，如何保证高效可靠的运行，需要合适的空调设计方案，合适的空调方案不但能保障数据中心机房良好的温湿度、洁净度环境，而且可以通过节能措施，使机房整体运行费用降低，机房整体PUE降低，有效节约运营成本，降低数据中心全生命周期成本。如何设计高效节能的制冷产品，保障数据中心机房长期稳定可靠运行，是目前空调行业需要重点完善的关键环节。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种一体式节能空调器及其控制方法，旨在降低空调器制冷功耗。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种一体式节能空调器，其包括壳体，所述壳体具有相隔离的第一腔室和第二腔室，所述壳体内设置有依次连接并构成闭环回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，其还包括室外风机、室内风机、节能冷凝器和节能蒸发器；所述压缩机、所述节能蒸发器、所述蒸发器和所述室内风机从下到上依次设置在所述第一腔室内；所述室外风机、所述冷凝器和所述节能冷凝器从下到上依次设置在所述第二腔室内；所述节能冷凝器与所述节能蒸发器管路内均设置有导热介质，所述节能冷凝器与所述节能蒸发器连接，且在连接处设置有阀门。

所述一体式节能空调器，其中，所述导热介质为石墨烯粉末。

所述一体式节能空调器，其中，所述第一腔室内从下到上依次设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第一温度传感器与所述压缩机相对应，所述第二温度传感器位于所述节能蒸发器与所述蒸发器之间，所述第三温度传感器与所述室内风机相对应。

所述一体式节能空调器，其中，所述第二腔室内设置有第四温度传感器，所述第四温度传感器与所述室外风机相对应。

一种基于如上任意一项所述一体式节能空调器的控制方法，其中，其包括步骤：

初始时开启所述压缩机以执行正常运行模式，并关闭所述阀门以关闭节能运行模式；

实时获取室外环境温度、室内环境温度和室内负载，并计算室外环境温度与室内环境温度的差值以及所述室内负载与预设负载的差值；

根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式。

所述控制方法，其中，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式具体包括步骤：

若两个差值均为负，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式。

所述控制方法，其中，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为负，且室内负载与所述预设负载的差值为正，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式；

通过所述第二温度传感器获取间接温度，并比较所述间接温度与预设送风温度；

若所述预设送风温度小于所述间接温度，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

所述控制方法，其中，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为正，且室内负载与所述预设负载的差值为负，则获取预设时间内所述压缩机启停次数；

将所述启停次数与预设次数进行比较，根据比较结果判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否。

所述控制方法，其还包括步骤：

若所述预设次数小于所述启停次数，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

所述控制方法，其中，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值、室内负载与所述预设负载的差值均为正，则对所述压缩机启停状态及所述阀门开关状态均不调整。

有益效果：与现有技术相比，空调器内在所述冷凝器的上方增加所述节能冷凝器，在所述蒸发器的下方增加所述节能蒸发器，并在所述节能蒸发器与所述节能冷凝器的连接处设置阀门，所述阀门开启时，所述节能蒸发器与所述节能冷凝器之间通过温差进行热量传递，将室外自然温度源引入室内，对室内环境温度进行调节，从而节省空调器整体能耗。

附图说明

图1是本发明的一体式节能空调器的结构示意图；

图2是本发明中所述正常运行模式下一体式节能空调器的功能原理图；

图3是本发明中所述节能蒸发器与所述节能冷凝器连接结构示意图；

图4是本发明中基于一体式节能空调器的控制方法的较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种一体式节能空调器及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

本发明提供一种一体式节能空调器，所述一体式节能空调器主要用于数据中心机房，如图1-图3所示，其包括壳体100，以及设置在所述壳体100内的压缩机1、冷凝器3、蒸发器2、室外风机5、室内风机4、节能冷凝器7和节能蒸发器6；所述压缩机1、所述冷凝器3和所述蒸发器2依次连接并形成闭环回路；所述壳体100具有相隔离的第一腔室200和第二腔室300；所述第一腔室200背离所述第二腔室300的侧壁的下端设置有进气口、上端设置有出气口；所述第二腔室300背离所述第一腔室200的侧壁的下端设置有进风口、上端设置有出风口；所述进气口、所述出气口均朝向室内（即数据中心机房内）；所述进风口、所述出风口均朝向室外（即数据中心机房外）；所述压缩机1、所述节能蒸发器6、所述蒸发器2和所述室内风机4从下到上依次设置在所述第一腔室200内，所述室外风机5、所述冷凝器3和所述节能冷凝器7从下到上依次设置在所述第二腔室300内。

当所述压缩机1、所述室内风机4和所述室外风机5均启动以制冷时，室内空气经过所述进气口进入所述第一腔室200内，并在所述蒸发器2、所述室内风机4的作用下通过所述出气口向室内吹入冷风，室外空气经过所述进风口进入所述第二腔室300，并经过所述冷凝器3吹向所述出风口，以对所述冷凝器3进行散热。

所述节能冷凝器7与所述节能蒸发器6通过一根连接管进行连接，且所述节能冷凝器7与所述节能蒸发器6的连接处即所述连接管的中间位置设置有阀门67；所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7均为带翅片的换热盘管，所述节能冷凝器7与所述节能蒸发器6管路内均设置有导热介质，所述导热介质具有高导热系数，通过所述阀门67实现关断或导通，即可实现关断或导通所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间热量快速传递的目的；由于所述导热介质的热量传递不涉及管路内部的介质流动循环与相态变化，因此所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间不需要高温度差。当开启所述阀门67时，仅需1℃温度差，便可实现所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间的热量传递，不涉及管路内部的介质流动循环与相态变化，规避了压缩机1系统如冷媒泄露等严重问题，亦规避了泄露后对大气环境产生的污染等疑难问题，并降低空调器的整体功耗。

较佳的实施例，所述导热介质为石墨烯粉末，其导热特性是通过晶格振动实现导热过程。因此导热过程中没有类似制冷剂的相变过程以及流动过程，而是通过石墨烯材料之间碳原子的晶格振动，实现快速且高效的热传递。

所述进气口与所述压缩机1相对应，所述出气口与所述室内风机4相对应，所述室外风机5与所述进风口相对应，所述冷凝器3与所述出风口相对应。所述第一腔室200内从下到上依次设置有第一温度传感器8、第二温度传感器9和第三温度传感器10，所述第一温度传感器8与所述压缩机1相对应，所述第二温度传感器9位于所述节能蒸发器6与所述蒸发器2之间，所述第三温度传感器10与所述室内风机4相对应。所述第一温度传感器8位于所述压缩机1与所述进气口之间，以获取室内环境温度；所述第二温度传感器9用于获取经过所述节能蒸发器6后的气流组织温度（间接温度）；所述第三温度传感器10位于所述室内风机4与所述出气口之间，用于获取室内送风温度。

当所述压缩机1启动且所述阀门67开启时，所述蒸发器2工作，所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间进行热量传输，则所述间接温度与所述室内送风温度不相等；当所述压缩机1不启动且所述阀门67开启时，所述蒸发器2不工作，所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间进行热量传输，则所述间接温度等于所述室内送风温度。

所述第二腔室300内设置有第四温度传感器11，所述第四温度传感器11位于所述室外风机5与所述进风口之间，并用于获取室外环境温度。

基于如上任意一项所述一体式节能空调器，本发明还提供一种控制方法，如图4所示，所述控制方法包括步骤：

S100、初始时开启所述压缩机1以执行正常运行模式，并关闭所述阀门67以关闭节能运行模式；

S200、实时获取室外环境温度和室内负载，并计算室外环境温度与室内环境温度的差值以及所述室内负载与预设负载的差值；

S300、根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机1以及所述阀门67的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式。

所述一体式节能空调的运行模式包括两种：正常运行模式和节能运行模式；当执行所述正常运行模式时，所述压缩机1开启，所述蒸发器2、所述冷凝器3、所述室内风机4和所述室外风机5均工作，通过所述蒸发器2和所述冷凝器3实现换热；当执行所述节能运行模式时，所述压缩机1关闭，所述蒸发器2、所述冷凝器3均不动作，所述阀门67、所述室内风机4和所述室外风机5均开启，通过所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7实现换热。

所述步骤S100还包括：对预设负载进行预先设定；较佳的实施例，所述预设负载为数据中心机房满负荷时配电系统功率值的30%。

所述步骤S200具体包括：

通过所述第四温度传感器11获取室外环境温度，获取数据中心机房配电系统当前功率值即获得所述室内负载，并计算所述室外环境温度与所述室内环境温度的差值、所述室内负载与所述预设负载的差值，通过判断两个差值的正负情况，来判定空调器执行哪个运行模式。

所述步骤S300具体包括步骤：

若两个差值均为负，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式。

具体的，当所述室外环境温度低于所述室内环境温度，且所述室内负载低于所述预设负载时，关闭所述正常运行模式，同步执行所述节能运行模式，即关闭所述压缩机1、并保持所述室内风机4、所述室外风机5和所述阀门67处于开启状态。

此时，所述蒸发器2和所述冷凝器3均不工作，由于室内环境温度较高，使得所述节能蒸发器6温度高于所述节能冷凝器7的温度，则在所述室内风机4的引导作用下，室内空气从所述进气口进入所述第一腔室200内，并经过所述节能蒸发器6时，所述节能蒸发器6与所述节能冷凝器7之间产生热量传递，且高温由所述节能蒸发器6传递向所述节能冷凝器7；在所述室外风机5的引导作用下，室外空气从所述进风口进入所述第二腔室300内，并经过所述节能冷凝器7时将所述节能冷凝器7的热量带走，通过所述出风口吹向室外，实现换热。

此种情况下，对比传统热管需要内外部超过5℃以上的温差才能使用的局限性，采用此方式，可利用性大大提高，同时节能高效，无需开启压缩机1，利用室外自然冷源将室内高温空气进行置换，达到节能效果。

进一步的，通过所述第三温度传感器10获取当前送风温度，将所述当前送风温度与预设送风温度比较，以判断当前送风温度是否达到所述预设送风温度，根据所述当前送风温度与所述预设送风温度差值的大小调节所述室内风机4和所述室外风机5的运行频率，以对所述当前送风温度进行调整，使其尽量达到所述预设送风温度；其中，所述预设送风温度位于GB50174-数据中心国标要求的服务器进风温度建议范围内。较佳的实施例，所述预设送风温度为25℃，当所述当前送风温度低于所述预设送风温度时，减小所述室内风机4以及所述室外风机5的运行频率，降低对所述节能冷凝器7的散热效果，从而降低所述节能蒸发器6向所述节能冷凝器7传播热量的速率，提升所述当前送风温度；当所述当前送风温度高于所述预设送风温度时，反之。

所述步骤S300还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为负，且室内负载与所述预设负载的差值为正，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式；

通过所述第二温度传感器9获取间接温度，并比较所述间接温度与预设送风温度；

若所述预设送风温度小于所述间接温度，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

具体的，当所述室外环境温度小于所述室内环境温度，且所述预设负载小于所述室内负载，则执行所述节能运行模式，同步关闭所述正常运行模式，并获取所述间接温度，以对所述间接温度和所述预设送风温度进行比较；当所述预设送风温度小于所述间接温度时，在所述节能运行模式开启状态下同步开启所述正常运行模式，室内高温经过所述节能蒸发器6向所述节能冷凝器7传输，使得室内空气在所述第一腔室200内达到所述蒸发器2之前，就已经经过所述节能蒸发器6的降温，从而降低了所述间接温度，在所述蒸发器2工作状态下，所述间接温度经过所述蒸发器2后进一步降低，从而降低所述室内送风温度。相比于现有技术，本发明只需开启所述阀门67，而无需调节空调器的制冷温度，在不增加空调器功耗的前提下，通过室外自然冷源的冷量匹配进一步降低室内送风温度，从而实现节能。

所述步骤S300还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为正，且室内负载与所述预设负载的差值为负，则获取预设时间内所述压缩机1启停次数；

将所述启停次数与预设次数进行比较，根据比较结果判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否。

具体的，当所述室内环境温度低于所述室外环境温度，且所述预设负载小于所述室内负载时，所述压缩机1容易产生频繁启停的现象，并将预设时间内所述压缩机1频繁启停达到预设次数的现象称为压缩机短周期运行。较佳的实施例，所述预设时间为1h，所述预设次数为5。

当所述室内环境温度低于所述室外环境温度，且所述预设负载小于所述室内负载时，监测一小时内所述压缩机1启停次数，所述压缩机1停止后再开启算一次，将所述启停次数与所述预设次数进行比较，判断此时所述压缩机1是否处于所述压缩机短周期运行状态，根据判断结果来判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否。

所述步骤将所述启停次数与预设次数进行比较，根据比较结果判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否具体包括：

若所述预设次数小于所述启停次数，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

具体的，如果所述压缩机1处于所述压缩机短周期运行状态，则在所述正常运行状态执行状态下，同步执行所述节能运行模式，使得所述节能冷凝器7将室外高温向所述节能蒸发器6传送，提升所述间接温度，相当于利用室外自然热源增加机房内负载，使得所述室内环境温度稳定，此时所述压缩机1可以稳定运行在最低的频率段，保持所述压缩机1不停机，数据中心机房的温度场稳定。

所述步骤将所述启停次数与预设次数进行比较，根据比较结果判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否还包括：

若所述启停次数小于所述预设次数，获取露点温度，并通过所述第三温度传感器10获取送风温度；

计算所述露点温度与所述送风温度的差值；

若所述露点温度与所述送风温度的差值为负，则关闭所述正常运行模式，且不执行所述节能模式。

具体的，当所述启停次数小于所述预设次数时，根据有无凝露风险来控制所述压缩机1是否停机以及控制所述节能运行模式是否开启。当所述露点温度低于所述送风温度时，所述压缩机1的停止就可能使机房内产生凝露风险，此时，在所述正常运行模式执行的前提下，开启所述节能运行模式，利用室外自然热源增加机房内负载，使得所述室内环境温度稳定，此时所述压缩机1可以稳定运行在最低的频率段，保持所述压缩机1不停机，数据中心机房的温度场稳定，而当所述压缩机1不停机时，就可消除凝露风险。

所述露点温度与室内环境的温度和相对湿度有关，通过检测室内环境的温度值与相对湿度值，可计算出实时对应的露点温度；所述露点温度的计算为现有技术，本发明中不再阐述。

所述步骤计算所述露点温度与所述送风温度的差值之后还包括：

若所述露点温度与所述送风温度的差值为正，则关闭所述正常运行模式。

具体的，当所述送风温度低于所述露点温度时，数据中心机房内不会产生凝露风险，此时可将所述压缩机1关闭，以节省能耗。

所述步骤S300还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值、室内负载与所述预设负载的差值均为正，则对所述压缩机1启停状态及所述阀门67开关状态均不调整，即保持初始时所述正常运行模式执行状态，以及所述节能运行模式关闭状态。

综上所述，本发明提供一种一体式节能空调器及其控制方法，其包括壳体，所述壳体具有相隔离的第一腔室和第二腔室，所述壳体内设置有依次连接并构成闭环回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，其还包括室外风机、室内风机、节能冷凝器和节能蒸发器；所述压缩机、所述节能蒸发器、所述蒸发器和所述室内风机从下到上依次设置在所述第一腔室内；所述室外风机、所述冷凝器和所述节能冷凝器从下到上依次设置在所述第二腔室内；所述节能冷凝器与所述节能蒸发器管路内均设置有导热介质，所述节能冷凝器与所述节能蒸发器连接，且在连接处设置有阀门。所述阀门开启时，所述节能蒸发器与所述节能冷凝器之间通过温差进行热量传递，将室外自然温度源引入室内，对室内环境温度进行调节，从而节省空调器整体能耗。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式节能空调器，其包括壳体，所述壳体具有相隔离的第一腔室和第二腔室，所述壳体内设置有依次连接并构成闭环回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，其特征在于，其还包括室外风机、室内风机、节能冷凝器和节能蒸发器；所述压缩机、所述节能蒸发器、所述蒸发器和所述室内风机从下到上依次设置在所述第一腔室内；所述室外风机、所述冷凝器和所述节能冷凝器从下到上依次设置在所述第二腔室内；所述节能冷凝器与所述节能蒸发器管路内均设置有导热介质，所述节能冷凝器与所述节能蒸发器连接，且在连接处设置有阀门。

2.根据权利要求1所述一体式节能空调器，其特征在于，所述导热介质为石墨烯粉末。

3.根据权利要求1所述一体式节能空调器，其特征在于，所述第一腔室内从下到上依次设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第一温度传感器与所述压缩机相对应，所述第二温度传感器位于所述节能蒸发器与所述蒸发器之间，所述第三温度传感器与所述室内风机相对应。

4.根据权利要求1所述一体式节能空调器，其特征在于，所述第二腔室内设置有第四温度传感器，所述第四温度传感器与所述室外风机相对应。

5.一种基于权利要求1-4任意一项所述一体式节能空调器的控制方法，其特征在于，其包括步骤：

初始时开启所述压缩机以执行正常运行模式，并关闭所述阀门以关闭节能运行模式；

实时获取室外环境温度、室内环境温度和室内负载，并计算室外环境温度与室内环境温度的差值以及所述室内负载与预设负载的差值；

根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式。

6.根据权利要求5所述控制方法，其特征在于，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式具体包括步骤：

若两个差值均为负，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式。

7.根据权利要求5所述控制方法，其特征在于，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为负，且室内负载与所述预设负载的差值为正，则执行所述节能运行模式，并关闭所述正常运行模式；

通过所述第二温度传感器获取间接温度，并比较所述间接温度与预设送风温度；

若所述预设送风温度小于所述间接温度，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

8.根据权利要求5所述控制方法，其特征在于，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值为正，且室内负载与所述预设负载的差值为负，则获取预设时间内所述压缩机启停次数；

将所述启停次数与预设次数进行比较，根据比较结果判定所述节能运行模式和所述正常运行模式执行与否。

9.根据权利要求8所述控制方法，其特征在于，其还包括步骤：

若所述预设次数小于所述启停次数，则同步执行所述节能运行模式以及所述正常运行模式。

10.根据权利要求5所述控制方法，其特征在于，所述步骤根据两个差值的正负，协同调控所述压缩机以及所述阀门的启停状态，以使空调器执行相应的运行模式还包括步骤：

若室外环境温度与室内环境温度的差值、室内负载与所述预设负载的差值均为正，则对所述压缩机启停状态及所述阀门开关状态均不调整。