CN109959098A - 一种机房空调节能改造系统及改造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机房空调节能改造系统及改造方法，通过对传统风冷型机房空调系统进行改造实现节能目的。该系统在传统在风冷冷凝器进室内机的液体管路上增加节能泵模块，包括制冷剂泵，储液器和水冷冷凝器；水冷冷凝器制冷剂进口连接室外机出口，水冷冷凝器制冷剂出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路；水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口。节能泵模块和室外机均设有旁通管路，室外机进口管路设有电磁阀。本发明可以不需要对室内侧的管路进行改动，不影响机房的现有环境。并且经过改造后，在室外温度较低的季节机组可以充分利用自然冷源，降低机组能耗，达到节能目的。

Description

一种机房空调节能改造系统及改造方法
技术领域
本发明涉及一种针对传统风冷型机房空调的节能改造系统及改造方法，属于节能、制冷技术领域。
背景技术
随着我国通信行业的高速发展，4G甚至5G的广泛使用，通信基站、机房得到了大规模的发展，通信企业的能耗问题越来越突出。据统计资料显示，机房空调的用电占到机房总用电量的40％以上。由于机房空调环境的特殊性，机房全年365天都需要制冷。在全年的部分时间机房外的自然冷空气是一个巨大的天然冷源，如果能合理的加以利用，机房空调的节能将存在很大的空间。
目前利用自然冷源的方法主要有：新风机组、乙二醇冷却机组、氟泵双循环机组等。由于氟泵技术不引人机房新房，没有水进机房的隐患等多方面优点，从而得到广泛使用。但是大多数之前的机房均为常规的风冷型机房空调，不能利用室外自然冷源。如果仅通过普通的氟泵改造，对于南方室外温度较高的地区，利用效率较低。而且对于冷凝器较为集中、极易产生热岛效应的场合，虽然室外温度较低，但是由于热岛效应，冷凝器的进风温度较高，实际使用氟泵的时间较短。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种集中式冷源机房空调节能改造系统，通过增加室外集中式冷源，并对系统进行氟泵节能改造，使得机组充分利用室外自然冷源。提高机组全年能效比，降低机房PUE，达到节能的目的。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明所述的一种机房空调节能改造系统，包括室内机和室外机，所述室内机设有电子膨胀阀和蒸发器，所述室外机设有压缩机和风冷冷凝器；所述电子膨胀阀、蒸发器、压缩机和风冷冷凝器依次相连，形成制冷循环系统；在风冷冷凝器进室内机的液体管路上增加节能泵模块，所述节能泵模块包括制冷剂泵，储液器和水冷冷凝器；水冷冷凝器制冷剂进口连接室外机出口，水冷冷凝器制冷剂出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路；水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口；所述节能泵模块设有一条带单向阀的旁通管路，用于压缩机运行模式时将节能泵模块完全旁通；所述室外机设有一条带单向阀的旁通管路，用于制冷剂泵运行模式时将压缩机与风冷冷凝器完全旁通，所述室外机进口管路上设有电磁阀。
作为优选，所述节能泵模块增加在室外侧。
作为优选，所述集中式冷源为闭式冷却塔或开式冷却塔。
作为优选，所述室内机制冷剂进口管路上设有液路截止阀，制冷剂出口管路上设有吸气截止阀。
作为优选，包括多台所述室内机和室外机，以及每台室内机和室外机间增加的节能泵模块；各台节能泵模块分别与所述集中式冷源相连。
作为优选，所述系统根据室外温度及室内负荷在压缩机制冷模式、混合制冷模式和制冷剂泵制冷模式三种运行模式间进行切换，具体控制方法包括：
(1)当室外温度满足压缩机制冷模式时：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启压缩机制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机关闭，机组处于待机状态；
(2)当室外温度满足混合制冷模式时：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启混合制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机和制冷剂泵关闭，机组处于待机状态；
(3)当室外温度满足制冷剂泵制冷模式时：
通过比较Q/Q0与q％，来决定是否开启，当q％＜Q/Q0时，机组处于待机状态；当q％≥Q/Q0时，开启制冷剂泵模式；其中Q0为机组额定制冷量，Q为在当前温度下机组的制冷量；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，使得室内温度高于设定温度+2倍回差时，切换为混合模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，制冷剂泵关闭，机组处于待机状态。
本发明所述的一种机房空调节能改造方法，改造前原机房空调系统包括室内机和室外机，所述室内机设有干燥过滤器、电子膨胀阀和蒸发器，所述室外机设有压缩机和风冷冷凝器；所述干燥过滤器、电子膨胀阀、蒸发器、压缩机和风冷冷凝器依次相连，形成制冷循环系统；所述改造方法包括如下步骤：
在原室外机增加一条带单向阀的旁通管路；
在原室外机进口管路上增加一个电磁阀；
在原室内机进口管路上增加一套节能泵模块，所述节能泵模块包括制冷剂泵，储液器和水冷冷凝器；水冷冷凝器制冷剂进口连接室外机出口，水冷冷凝器制冷剂出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路；水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口；
在节能泵模块前后，增加一条带单向阀的旁通管路，该旁通管路将所述节能泵模块完全旁通。
有益效果：本发明提供的机房空调节能改造系统具有如下三种运行模式：
压缩机制冷模式：在夏天，室外温度高于室内温度时，处于该制冷模式。此时，节能泵模块不工作，压缩机单独工作，为系统制冷运行提供动力。
压缩机与制冷剂泵混合制冷模式：在过渡季节，室外温度或室外湿球温度低于室内温度时，处于该制冷模式。此时，压缩机和节能泵模块同时工作，部分利用室外自然冷源，降低压缩机能耗，具有一定的节能效果。此时，室外水冷集中式冷源进行工作，通过水冷冷凝器对制冷剂循环进行冷却，降低机组冷凝温度及冷凝压力(冷凝温度每降低1℃，压缩机的功率降低约200W；同时，冷量会略有升高。冷凝压力每降低1bar，压缩机的功率降低约530W。同时，冷量升高约1.5kW。)，从而降低机组运行能耗，具有一定的节能效果。
制冷剂泵制冷模式：在冬季，室外温度较低时，处于该制冷模式。此时，压缩机停止工作，节能泵模块单独工作，充分利用室外的自然冷源，使用制冷剂泵代替压缩机来为系统循环提供动力。由于压缩机功率较大，一般为10kW左右，而制冷剂泵的功率较小，一般为0.5kW。制冷剂泵功率远小于压缩机的功率，此时大大降低机组总功率，提高机组能效比，具有显著的节能效果。
与现有技术相比，本发明可以通过对现有风冷型机房空调系统做最小限度的更改，实现最大化节能。该改造系统可以不需要对室内侧的管路进行改动，不影响机房的现有环境。并且经过改造后，系统的节能泵模块采用集中冷源的水冷冷凝器，不存在热岛效应，能够延长氟泵的使用时间，在室外温度较低的季节机组可以充分利用自然冷源，降低机组能耗，达到节能目的。
附图说明
图1为本发明实施例的机房空调节能改造系统的原理图。
图2为本发明实施例的集中式冷源改造系统的原理图。
图中：1-压缩机，2-风冷冷凝器，3-液路截止阀，4-干燥过滤器，5-电磁阀，6-视液镜，7-电子膨胀阀，8-蒸发器，9-吸气截止阀，10-温湿度传感器，11-温度传感器，12-压力传感器，13-低压保护器，14-高压保护器，20-控制器，31-制冷剂泵，32-储液器，33-水冷冷凝器，34-吸气电池阀，35-集中式冷源，L-制冷剂液体管路，G-制冷剂气体管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例公开的一种机房空调节能改造系统，通过对传统风冷型空调系统进行改造，以充分利用室外自然冷源，达到节能的目的。标准风冷型机房空调系统主要由压缩机1、风冷冷凝器2，电子膨胀阀7、蒸发器8及其他阀件组成，电子膨胀阀7和蒸发器8设于室内机，压缩机1和风冷冷凝器2设于室外机。室内蒸发器8吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，通过压缩机1压缩后，进入风冷冷凝器2进行冷却冷凝，冷凝成过冷的制冷剂液体后，进入室内。通过电子膨胀阀7节流降压后进入蒸发器8进行吸热蒸发，如此循环。
为了降低系统能耗，本发明实施例的改造系统增加一套水冷集中式冷源机组35(主要由冷却塔构成)，并在风冷冷凝器2进室内机的液体管路上增加一套节能泵模块。节能泵模块主要由制冷剂泵31，储液器32和水冷冷凝器33组成。同时在进压缩机1的吸气管路上增加电磁阀，并增加一套旁通原室外机(压缩机1和冷凝器2)的管路。具体改造方法包括如下步骤：
(1)在原室外机增加一条带单向阀的旁通管路；
(2)在原室外机进口管路上增加一个电磁阀，用于不同运行模式的切换使用；
(3)在原室内机进口管路上增加一套节能泵模块，此节能泵模块不同于常规的泵节能模块，节能泵模块主要有制冷剂泵31，储液罐32和水冷冷凝器33组成。其中水冷冷凝器制冷剂进口连接原室外机出口，水冷冷凝器出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路。水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口。
(4)在节能泵模块前后，增加一条带单向阀的旁通管路，该旁通管路将(3)新增的一套节能泵模块完全旁通，用于压缩机模式运行时使用。
上述系统结构改造后，将各个电气部件与控制部件进行连接，并与原控制器进行联动，用于根据室外温度及室内负荷进行不同模式切换及运行控制。具体控制方法为：
一、当室外温度满足压缩机制冷模式时(室外温度高于室内温度)：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启压缩机制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机关闭，机组处于待机状态。
二、当室外温度满足混合制冷模式时(室外温度低于室内温度时)：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启混合制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机和泵关闭，机组处于待机状态。
三、当室外温度满足氟泵制冷模式时(室外温度较低时)：通过检测室外温度，预给出机组的制冷量Q，并根据室内负荷q％，并通过比较Q/Q0与q％，来决定是否开启(Q0-机组额定制冷量)。
1)当q％＜Q/Q0时，机组处于待机状态；
2)当q％≥Q/Q0时，开启氟泵模式；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，使得室内温度高于设定温度+2倍回差时，切换为混合模式。
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，氟泵关闭，机组处于待机状态。
三种运行模式的具体循环如下：
1)压缩机制冷模式：该循环模式下，制冷剂只经过压缩机而不经过制冷剂泵进行循环，与标准风冷型循环相同，室内蒸发器8吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，经过电磁阀34进入压缩机1进行压缩后，进入冷凝器2进行冷却冷凝，冷凝成过冷的制冷剂液体后，经过单向阀旁通管路进入室内。通过电子膨胀阀7节流降压后进入蒸发器8进行吸热蒸发，如此循环。
2)混合制冷模式：该循环模式下，制冷剂即经过压缩机又经过制冷剂泵进行循环，室内蒸发器8吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，经过电磁阀34进入压缩机1进行压缩后，进入冷凝器2进行冷却冷凝，冷凝成过冷的制冷剂液体后，经过节能泵模块(依次经过水冷冷凝器33，储液器32，制冷剂泵31)增压后进入室内。通过电子膨胀阀7节流降压后进入蒸发器8进行吸热蒸发，如此循环。
3)泵节能制冷模式：该循环模式下，电磁阀34处于关闭状态，制冷剂不经过压缩机，只经过制冷剂泵进行循环，室内蒸发器8吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，经过单向阀进入经过节能泵模块(经过水冷冷凝器33的冷却冷凝进入储液器32，而后通过制冷剂泵31增压后进入室内)。通过电子膨胀阀7节流降压后进入蒸发器8进行吸热蒸发，如此循环。该模式下，压缩机不进行工作，减少了压缩机的功率，降低机组总功率，提高机组能效比。
本实施例的泵节能模块中水冷冷凝器的冷源来自于集中式冷源35，集中式冷源可以是闭式冷却塔也可以是开式冷却塔。一台集中式冷源可以连接多台泵节能模块，如图2所示。
本实施例的改造系统不需要对室内侧的管路进行改动，不影响机房的现有环境。经过改造后，在过渡季节，室外温度或室外湿球温度低于室内温度时，机组处于混合模式运行，此时通过增加节能泵模块中水冷冷凝器3降低系统的冷凝压力，一般来讲，冷凝压力降低1bar，压缩机的功率降低500W，从而降低压缩机的功率；并通过泵提升进室内机制冷剂的压力，从而保证系统的安全稳定运行。在冬季，室外温度较低的季节机组处于制冷剂泵制冷模式运行，此时采用制冷剂泵完全取代压缩机运行，充分利用自然冷源，由于压缩机的功率一般为10kW左右，而制冷剂泵的功率仅为500W左右，极大的降低了机组的能耗，从而达到节能目的。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种机房空调节能改造系统，包括室内机和室外机，所述室内机设有电子膨胀阀和蒸发器，所述室外机设有压缩机和风冷冷凝器；所述电子膨胀阀、蒸发器、压缩机和风冷冷凝器依次相连，形成制冷循环系统；其特征在于：在风冷冷凝器进室内机的液体管路上增加节能泵模块，所述节能泵模块包括制冷剂泵，储液器和水冷冷凝器；水冷冷凝器制冷剂进口连接室外机出口，水冷冷凝器制冷剂出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路；水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口；所述节能泵模块设有一条带单向阀的旁通管路，用于压缩机运行模式时将节能泵模块完全旁通；所述室外机设有一条带单向阀的旁通管路，用于制冷剂泵运行模式时将压缩机与风冷冷凝器完全旁通，所述室外机进口管路上设有电磁阀。
2.根据权利要求1所述的机房空调节能改造系统，其特征在于：所述节能泵模块增加在室外侧。
3.根据权利要求1所述的机房空调节能改造系统，其特征在于：所述集中式冷源为闭式冷却塔或开式冷却塔。
4.根据权利要求1所述的机房空调节能改造系统，其特征在于：所述室内机制冷剂进口管路上设有液路截止阀，制冷剂出口管路上设有吸气截止阀。
5.根据权利要求1所述的机房空调节能改造系统，其特征在于：包括多台所述室内机和室外机，以及每台室内机和室外机间增加的节能泵模块；各台节能泵模块分别与所述集中式冷源相连。
6.根据权利要求1所述的机房空调节能改造系统，其特征在于：所述系统根据室外温度及室内负荷在压缩机制冷模式、混合制冷模式和制冷剂泵制冷模式三种运行模式间进行切换，具体控制方法包括：
(1)当室外温度满足压缩机制冷模式时：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启压缩机制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机关闭，机组处于待机状态；
(2)当室外温度满足混合制冷模式时：
当制冷负荷q％＜100％时，机组处于待机状态；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，室内负荷q％达到100％，开启混合制冷模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，压缩机和制冷剂泵关闭，机组处于待机状态；
(3)当室外温度满足制冷剂泵制冷模式时：
通过比较Q/Q0与q％，来决定是否开启，当q％＜Q/Q0时，机组处于待机状态；当q％≥Q/Q0时，开启制冷剂泵模式；其中Q0为机组额定制冷量，Q为在当前温度下机组的制冷量；
当运行一段时间之后，室内负荷继续上升，使得室内温度高于设定温度+2倍回差时，切换为混合模式；
当运行一段时间之后，室内负荷下降，降低为0后，制冷剂泵关闭，机组处于待机状态。
7.一种机房空调节能改造方法，改造前原机房空调系统包括室内机和室外机，所述室内机设有电子膨胀阀和蒸发器，所述室外机设有压缩机和风冷冷凝器；所述电子膨胀阀、蒸发器、压缩机和风冷冷凝器依次相连，形成制冷循环系统；其特征在于：所述改造方法包括如下步骤：
在原室外机增加一条带单向阀的旁通管路；
在原室外机进口管路上增加一个电磁阀；
在原室内机进口管路上增加一套节能泵模块，所述节能泵模块包括制冷剂泵，储液器和水冷冷凝器；水冷冷凝器制冷剂进口连接室外机出口，水冷冷凝器制冷剂出口连接储液器进口，储液器出口连接制冷剂泵进口，制冷剂泵出口连接室内机进口管路；水冷冷凝器冷却水进出口，分别连接于集中式冷源进出口；
在节能泵模块前后，增加一条带单向阀的旁通管路，该旁通管路将所述节能泵模块完全旁通。
8.根据权利要求7所述的机房空调节能改造方法，其特征在于：所述节能泵模块增加在室外侧。
9.根据权利要求7所述的机房空调节能改造方法，其特征在于：一台集中式冷源连接多台节能泵模块。
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