CN110740617B - 机架式变频空调控制方法和机架式变频空调 - Google Patents

Abstract

机架式变频空调控制方法，包括：采样回风温度；采样设定温度；计算实时温差；基于实时温差获取设定压缩机运行频率；判定其是否为压缩机最小运行频率；若是，则判定实时温差是否属于温差干预区间；若否，则按照设定压缩机运行频率运行；若属于温差干预区间，则控制室内风机和/或室外风机工作在小于室内风机和/或室外风机的设定转速的干预转速；如果不属于温差干预区间，则控制压缩机停机。还公开一种机架式变频空调。本发明通过对实时温差的监控，自动控制压缩机运行在合理的频率范围内，使得制冷量输出与主设备发热量匹配，避免压缩机频繁启动造成温度波动，在节约能耗的同时使得制冷系统动态最优。

Description

机架式变频空调控制方法和机架式变频空调

技术领域

本发明涉及空气调节设备技术领域，尤其涉及一种机架式变频空调控制方法以及一种机架式变频空调。

背景技术

近年来，随着云计算已经深入到各行各业，许多企业为了支撑网络接入，都会就近建设一个小型信息节点机房。这极大地促进了智能机房产品的发展。机柜中的发热量大，通常设计机架式变频空调以通过内部循环冷却机柜内部环境，机架式变频空调通常与机柜内部主设备集成一个独立的系统，其室内单元可以安装于机柜内底部，根据机柜内热负荷的变化自动进行调节。

通常来说，机架式空调与机柜内部主设备就近安装，贴近机柜内部主设备，即热源，对其就近冷却，保证机柜内部主设备高效运行。但是，在一个数据中心或者机房中，可能会设置多台设备，例如，设置多台服务器。在不同工况下，处于工作状态的服务器的数量以及服务器的工作功率会发生变化。这可能会导致机架式空调的最小制冷量仍大于服务器发热量，这种情况下会出现压缩机频繁启停的情况，导致机柜内温度波动较大，影响主设备的工作可靠性。另一方面，可能会出现空调器高频运行而主设备散热量较小的情况，这也会增加能耗，降低机架式空调的整体效率。

发明内容

为避免出现机架式空调制冷量与主设备散热量不匹配的情况，本发明设计并公开一种机架式变频空调器控制方法。

本发明提供一种机架式变频空调控制方法，应用于制冷模式，其特征在于，包括以下步骤：

采样回风温度；

采样设定温度；

计算设定温度和回风温度之间的实时温差；

基于所述实时温差获取设定压缩机运行频率；

判定所述设定压缩机运行频率是否为压缩机最小运行频率；

如果所述设定压缩机运行频率为压缩机最小运行频率，则判定所述实时温差是否属于温差干预区间；如果设定压缩机运行频率大于压缩机最小运行频率，则按照所述设定压缩机运行频率运行；

如果所述实时温差属于温差干预区间，则控制室内风机和/或室外风机工作在干预转速，其中所述干预转速小于室内风机和/或室外风机的设定转速；如果所述实时温差不属于温差干预区间，则控制压缩机停机。

本发明的另一个方面提供一种机架式变频空调，在制冷模式下，采用以下控制方法：

采样回风温度；

采样设定温度；

计算设定温度和回风温度之间的实时温差；

基于所述实时温差获取设定压缩机运行频率；

判定所述设定压缩机运行频率是否为压缩机最小运行频率；

如果所述设定压缩机运行频率为压缩机最小运行频率，则判定所述实时温差是否属于温差干预区间；如果设定压缩机运行频率大于压缩机最小运行频率，则按照所述设定压缩机运行频率运行；

如果所述实时温差属于温差干预区间，则控制室内风机和/或室外风机工作在干预转速，其中所述干预转速小于室内风机和/或室外风机的设定转速；如果所述实时温差不属于温差干预区间，则控制压缩机停机。

本发明通过对实时温差的监控，自动控制压缩机运行在合理的频率范围内，使得机架式变频空调的制冷量输出与主设备发热量匹配，避免压缩机频繁启动造成机柜内的温度发生波动，使得制冷系统动态最优，在节约能耗的同时提高温度控制精度确保机柜内的主设备可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的机架式变频空调控制方法实施例一流程图；

图2为本发明所公开的机架式变频空调控制方法实施例二流程图；

图3为图1或图2所示的机架式变频空调控制方法中获取压缩机运行频率时的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，代表覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中“实施例”代表结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中，各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

一种机架式变频空调控制方法如图1所示。其中机架式变频空调的室内机可以是背置于数据中心的机柜上，也可以是侧置于数据中心的机柜上，也可以是设置在数据中心的机柜内侧底部。在本实施例中，优选设置在数据中心的机柜底部，室内机出风口送出的冷空气在室内风机的作用下沿机柜前面板向上流动形成冷风通道，冷空气流过设置在机架上的主设备，如服务器等。将主设备工作过程中散发的热量带走并流动至形成在机柜后侧的热风通道中。热风通道中温度较高的空气流入室内机回风口，与蒸发器进行热交换。机柜中的热负荷由变频空调器进行调节。

控制方法的步骤如图1所示，其用于制冷模式。机架式变频空调在环境温度，柜体内热负荷不断变化的条件下工作，其中采用变频压缩机来实现压缩机容量控制器。在整个制冷系统中匹配变频压缩机设置有电子膨胀阀或其它辅助回路，以调节进入室内换热器，即蒸发器中的制冷剂流量。由于整个制冷系统中各部分组成部件之间、系统与环境之间相互影响、相互作用，所以各运行参数难以达到稳定，总体上，通过控制器适时调节机架式变频空调的系统容量，即制冷能力，达到控制柜体内热负荷的目的。

步骤S101，采样回风温度。回风温度优选由设置在回风口的温度传感器获得。

步骤S102，采样设定温度。设定温度由数据中心的工作人员自主设定。在某些情况下，设定温度也可以是由机架式变频空调中的控制器自动设定的。在设定温度下，可以确保数据中心中的主设备，如服务器等可以长时间稳定运行。

步骤S103，计算设定温度和回风温度之间的温度差，即实时温差。其中，设定温度代表使得主设备稳定工作的最佳温度状态，而回风温度则代表柜体内的实时温度。因此，设定温度和回风温度之间的实时温差即代表当前柜体内的温度偏离最佳温度状态的程度。

步骤S104，进一步基于实时温差通过计算或推理获取设定压缩机运行频率，以控制压缩机的运转速度。基于实时温差计算或推理得到压缩机的运行频率可以采用现有技术中所公开的模糊控制算法或PID控制算法。通常来说，当热负荷加大时，压缩机转速在控制器的控制下按照PID控制算法的计算结果或者按照模糊推理结果加快，制冷剂相应增加；当热负荷减小时，压缩机转速在控制器的控制下按照PID控制算法的计算结果或者按照模糊推理结果减慢，制冷剂相应减少。基于实时温差计算压缩机运行频率的具体方法步骤不是本发明的保护重点，在此不再赘述。

步骤S105，进一步判定基于实时温差获取的设定压缩机运行频率是否为压缩机最小运行频率。

变频压缩机能在12～150Hz的频率范围内连续变化，调节范围大，反应快、制冷迅速。而机柜内的当前发热量根据处于工作状态的主设备的数量不同和主设备的工作状态不同而存在差异，因此，机架式空调可能会出现不同的运行状态。其中比较特殊的情况是，如果实时机柜中所有主设备的发热量的总和依旧小于机架式空调器的最小制冷量，则压缩机会自动停机；当发热量上升到满足开机条件时，则会自行启动。在这个过程中机柜内的温度会发生明显的波动，不利于处于工作状态的部分主设备的散热。而且，压缩机的频繁启停会显著的增加能耗。为了避免这一情况，在获取设定压缩机运行频率之后，首先判定获取的设定压缩机运行频率是否为压缩机最小运行频率，即确认是否出现主设备的总体发热量小于机架式空调器最小制冷量的情况。

步骤S106，如果设定压缩机运行频率为最小运行频率，则进一步具体判定实时温差是否属于温差干预区间。

步骤S107，如果实时温差属于温差干预区间，则保持压缩机工作在最小运行频率，同时控制室内风机和/或室外风机工作在干预转速，其中干预转速小于正常运行状态下的设定转速，即系统中在出厂前写入的程序中的转速设定值。也就是说，当实时温差属于温差干预区间内时，保持压缩机工作在较低的制冷能力下而不是直接停机，同时通过降低室内风机或者室外风机的转速来达到降低系统整体换热量的目的，使得回风温度上升，保持压缩机不停机连续工作，空调制冷量与主设备的发热量达到平衡的调节关系，回风温度稳定。

步骤S108，如果实时温差不属于温差干预区间，则说明实时温差非常小。举例来说，可能是机柜中暂时没有处于开机状态的主设备，回风温度与设定温度相等，在这样的情况下，如步骤S109所示，系统自动控制压缩机停机。整个过程无需人工干预，具有智能化程度高的优点。

本发明所提供的机架式变频空调控制方法，通过对实时温差的监控，自动控制压缩机运行在合理的频率范围内，使得机架式变频空调的制冷量输出与主设备发热量匹配，避免压缩机频繁启动造成机柜内的温度发生波动，使得制冷系统动态最优，在节约能耗的同时提高温度控制精度确保机柜内的主设备可靠运行。

在通过室内风机和室外风机平衡系统制冷量输出和主设备散热量时，可以仅利用室内风机或者仅利用室外风机。

具体来说，如果仅利用室内风机，则判定实时温差是否小于第一设定温差且大于第二设定温差。如果实时温差小于第一设定温差且大于第二设定温差，则判定实时温差属于温差干预区间。其中，第一设定温差基于压缩机的频率控制算法得到，也就是说，根据压缩机既定的频率控制算法，当实时温差小于等于第一设定温差时，所计算出的或者所推导出的设定压缩机运行频率为最小运行频率。第一设定温差优选基于大量的实验得到，其可以在[0℃，1℃]的范围内取值。当判定出实时温差小于第一设定温差且大于第二设定温差时，则控制室内风机工作在第一干预转速，其中第一干预转速小于室内风机的设定风速；即降低室内风机的转速，进一步降低空调器的制冷能力。第二设定温差同样可以在[0℃，1℃]的范围内取值，第二设定温差小于第一设定温差。需要说明的是，第一设定温差、第二设定温差的具体数值和精度可以根据压缩机机型和机柜式空调器的使用环境由技术人员进行调整。

还可以仅利用室外风机进行调节。在仅利用室外风机进行调节时，判定实时温差是否小于第二设定温差并大于第三设定温差。如果实时温差小于第二设定温差并大于第三设定温差，则判定实时温差属于温差干预区间。当判定出实时温差小于第二设定温差且大于第三设定温差时，则控制室内风机工作在第二干预转速，其中第二干预转速小于室外风机的设定风速。其中，第二设定温差也基于压缩机的频率控制算法得到，也就是说，根据压缩机既定的频率控制算法，当实时温差小于等于第三设定温差时，认为达到了控制目标，控制压缩机停机。第三设定温差也可以在[0℃，1℃]的范围内取值。第三设定温差小于第二设定温差。同样的，第二设定温差、第三设定温差的具体数值和精度也可以根据压缩机机型和机柜式空调器的使用环境由技术人员进行调整。

一种更为优选的方式是同时利用室内风机和室外风机进行调节。如图2所示，在判定实时温差是否属于温差干预区间时执行以下步骤：

步骤S205，首先判定实时温差是否小于第一设定温差且大于第二设定温差。

步骤S206，如果实时温差小于第一设定温差且大于第二设定温差，则首先控制压缩机按照最小运行频率。

步骤S207，控制室内风机工作在第一干预转速。

步骤S208，进一步判定实时温差是否处于下降状态。

步骤S209，如果实时温差处于下降状态，则进一步判断实时温差是否小于第二设定温差且大于第三设定温差。

步骤S210，如果实时温差小于第二设定温差且大于第三设定温差，则控制室外风机工作在第二干预转速。

其中，第一设定温差、第二设定温差和第三设定温差依次递减，均可以在[0℃，1℃]之间取值。

呈梯度的控制室内风机和室外风机的风速，可以在尽量少地牺牲机柜式变频空调的制冷能力的同时平衡对热负荷的调节效果。如果在室内风机工作在第一干预转速时，实时温差回升，则可以不降低室外风机的转速，保证室外机的正常运行，避免压缩机频繁地停机。

与普通的家用空调器不同，机架式变频空调的连续使用时间更长且中途无人进行干预，因此，为了形成更为准确的控制方法，在根据实时温差基于PID控制方法计算或基于模糊控制方法推理设定压缩机运行频率时，执行如图3所示的控制方式：

步骤S301，首先根据实时温差获取设定压缩机运行频率的计算值，即根据实时温差基于PID控制方法计算或基于模糊控制方法直接获得频率值。

步骤S302，根据实时温差获取温差修正系数。实时温差和温差修正系数的一一对应关系在机架式变频空调出厂前即存储在机架式空调的存储单元中。根据实时温差即可以直接调用。实时温差和温差修正系数正相关，实时温差越大时，需要调节的热负荷越高，温差修正系数越大。温差修正系数为常数。

步骤S303，采样实时室外环境温度，并根据实时室外环境温度获取室外环境温度修正系数。室外环境温度和室外环境温度修正系数的一一对应关系在机架式变频空调出厂前即存储在机架式空调的存储单元中。根据实时室外环境温度即可以直接调用。实时室外环境温度和室外环境温度修正系数正相关，室外环境温度越高时，需要调节的热负荷越高、室外环境温度修正系数越大。室外环境温度修正系数为常数。

步骤S304，计算设定压缩机频率，所述设定压缩机频率=设定压缩机运行频率的计算值×温差修正系数×室外环境温度修正系数。

也可以仅采用温差修正系数或仅采用室外环境温度修正系数设定压缩机频率。举例来说，如果仅采用温差修正系数进行修正，则设定压缩机频率=设定压缩机运行频率的计算值×温差修正系数。

在确定压缩机设定频率时即引用温差修正系数或者室外环境温度修正系数，可以充分机柜发热量与外部环境引入整个制冷系统中的热负荷扰动，使得空调制冷量与机柜发热量充分匹配，在整个运行过程中，需要调节的机柜的整体发热量均处于机架式变频空调最小制冷量和最大制冷量之间，压缩机正常运行即可以使得空调制冷量与主设备发热量达到平衡，回风温度稳定在设定温度。

还有一种情况，即机柜总发热量远大于空调制冷量，为应对这种方式，控制方法还包括以下步骤：

获取机柜中主设备的实时发热量。实时发热量同样可以通过回风温度确定，还可以直接调用如服务器等主设备输出的功率参数。

进一步判定实时发热量是否大于等于机架式变频空调的最大制冷量。

如果实时发热量大于等于机架式变频空调的最大制冷量，则控制压缩机工作在最大运行频率，尽快改善机柜内温度偏高的环境。

本申请实施例还提供一种机架式变频空调，应用上述控制方法。控制方法的具体步骤参见上述实施例的详细描述和说明书附图的详细描绘。在此不再赘述，采用上述空调器控制方法的空调器可以实现同样的技术效果。

机架式变频空调的室内机设置在机柜底部。回风温度通过设置在室内机回风口的回风温度传感器检测。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储于电子数据交换的计算机程序，该计算机程序使得机架式变频空调执行如上方法实施例中记载的任一方法的部分或全部步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述均各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个物理空间，或者也可以分布到多个网络单元上，可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种机架式变频空调控制方法，应用于制冷模式，其特征在于，包括以下步骤：

采样回风温度；

采样设定温度；

计算设定温度和回风温度之间的实时温差；

基于所述实时温差获取设定压缩机运行频率；

判定所述设定压缩机运行频率是否为压缩机最小运行频率；

如果所述设定压缩机运行频率为压缩机最小运行频率，则判定所述实时温差是否属于温差干预区间；如果设定压缩机运行频率大于压缩机最小运行频率，则按照所述设定压缩机运行频率运行；

判定所述实时温差是否属于温差干预区间时包括以下步骤：

判定所述实时温差是否小于第一设定温差且大于第二设定温差；如果实时温差小于第一设定温差且大于第二设定温差，则首先控制压缩机按照最小运行频率运行；控制室内风机工作在第一干预转速，其中所述第一干预转速小于室内风机的设定风速；

判定所述实时温差是否处于下降状态；

如果实时温差处于下降状态，则判定所述实时温差是否小于第二设定温差并大于第三设定温差；

如果实时温差小于第二设定温差且大于第三设定温差，则控制室外风机工作在第二干预转速，其中所述第二干预转速小于室外风机的设定风速；

其中，第一设定温差、第二设定温差和第三设定温差依次递减；如果所述实时温差不属于温差干预区间，则控制压缩机停机。

2.根据权利要求1所述的机架式变频空调控制方法，其特征在于，

基于所述实时温差获取设定压缩机运行频率时还包括以下步骤：

根据所述实时温差获取设定压缩机运行频率的计算值；

根据所述实时温差获取温差修正系数；

计算设定压缩机频率，所述设定压缩机频率=设定压缩机运行频率的计算值×温差修正系数，其中所述温差修正系数为常数。

3.根据权利要求2所述的机架式变频空调控制方法，其特征在于，

基于所述实时温差获取设定压缩机运行频率时还包括以下步骤：

采样实时室外环境温度；

根据实时室外环境温度获取室外环境温度修正系数：

计算设定压缩机频率，所述设定压缩机频率=设定压缩机运行频率的计算值×温差修正系数×室外环境温度修正系数，其中，室外环境温度修正系数为常数。

4.根据权利要求3所述的机架式变频空调控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

获取机柜中主设备的实时发热量；

判定所述实时发热量是否大于等于机架式变频空调的最大制冷量；

如果实时发热量大于等于机架式变频空调的最大制冷量，则控制压缩机工作在最大运行频率。

5.一种机架式变频空调，其特征在于，应用如权利要求1至4任一项所述的机架式变频空调控制方法。

6.根据权利要求5所述的机架式变频空调，其特征在于，包括室内机，所述室内机设置在机柜底部。

7.根据权利要求6所述的机架式变频空调，其特征在于，所述回风温度通过设置在所述室内机回风口的回风温度传感器检测。

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