CN111426106A - 冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调领域，提供一种冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法。冷却水单元包括冷水冷却管路、机组冷却管路、水泵、冷水冷却装置和调节管路，冷水冷却装置设于冷水冷却管路，调节管路、冷水冷却管路及机组冷却管路并联；水泵设于冷水冷却管路，调节管路与机组冷却管路的至少一个设有流量调节阀；或水泵设于机组冷却管路，冷水冷却管路与调节管路的至少一个设有流量调节阀。通过调节流量调节阀的开度来控制机组冷却管路对冷凝器冷却程度进行控制，避免冷凝器受到过度冷却，避免出现冷凝压力与蒸发压力压差过低的现象，有利于机组单元在低温环境下长期保持正常运行。

Description

冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法

技术领域

本发明涉及冷水空调领域，具体是涉及一种冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法。

背景技术

数据机房对制冷要求较高，要求全年无间断恒温制冷，现有的冷水水冷空调除了具有机组单元外还具有冷却水单元和冷冻水单元，冷冻水单元在数据机房与蒸发器之间循环换热，通过冷冻水将蒸发器的冷量带到数据机房中，冷却水单元对冷凝器进行冷却，有利于提升空调的制冷精度，满足对数据机房恒温制冷的要求。

然而在冬季制冷时，由于空调的制冷量较小，导致机组单元容易出现冷凝压力与蒸发压力的压差过小的现象，导致机组单元容易出现很多可靠性问题，例如：(1)导致润滑油的回油效率降低，继而导致压缩机不能得到良好润滑，导致压缩机的性能下降；(2)制冷剂流通减缓导致制冷剂冷却的效率降低，导致制冷剂对机组中变频器、润滑油、电机等的冷却效果降低，导致功能器件和介质因温度过高而使用性能下降，甚至可能导致机组单元因超温保护而停机。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种有利于机组单元在低温环境下长期保持正常运行的冷水空调的冷却水单元。

为了实现上述目的，本发明提供的冷水空调的冷却水单元包括冷水冷却管路、机组冷却管路、水泵、冷水冷却装置和调节管路，冷水冷却装置设于冷水冷却管路，调节管路、冷水冷却管路及机组冷却管路并联；水泵设于冷水冷却管路，调节管路与机组冷却管路的至少一个设有流量调节阀；或水泵设于机组冷却管路，冷水冷却管路与调节管路的至少一个设有流量调节阀。

由上可见，通过调节流量调节阀的开度来控制机组冷却管路中冷却水的冷却能力，这样在冷却水单元应用于冷水空调时，能够以此实现对冷凝器冷却程度的控制，避免冷凝器受到过度冷却，避免出现冷凝压力与蒸发压力压差过低的现象，有利于保证润滑油正常回油，有利于保证制冷剂对空调中的功能器件和介质冷却良好，有利于机组单元在低温环境下长期保持正常运行；并且本发明的流量调节阀在调节过程中，冷却水单元中参与循环的总的冷却水流量不会发生明显变化，设有水泵的管路中的冷却水压力不会发生明显变化，这样水泵运行于压力相对恒定的环境中，水泵不容易受冲击损坏，有利于延长水泵的使用寿命；此外，本发明采用普通水泵、管路和流量调节阀的搭配设置便能实现对冷却水单元的冷却能力进行调节，冷却水单元结构简单，经济性较好。

在其它方案中，如果仅设置冷水冷却管路和机组冷却管路，并在冷水冷却管路或机组冷却管路设置流量调节阀，由水泵驱动冷却水在冷水冷却管路和机组冷却管路之间循环，并由流量调节阀调节整个循环管路的流量，也能实现对机组冷却管路冷却能力的调节，然而，在此方案下，由于流量调节阀的作用，使得整个循环管路中的压力处于动态变化的过程中，整个循环管路中压力波动对水泵具有较大冲击，不利于水泵长期保持正常性能，甚至可能将水泵冲击损坏；并且，如果取消该方案的流量调节阀，在该方案中采用变频水泵驱动冷却水循环，则会使得冷却水单元的经济性较差。

一个优选的方案是，机组冷却管路具有机组换热管段和连接管段，机组换热管段并联有压差控制器，水泵设于连接管段。

由上可见，通过压差控制器能够监控机组换热管段的压力变化，这样当冷却水单元对冷凝器的冷却运行出现故障时，能够及时发觉，避免冷却水单元长时间运行异常；并且，将水泵设于连接管段，这样在调节流量调节阀时，机组换热管段的冷却水流量和压力不会发生较大变化，有利于保证机组换热管段的冷却水流量和压力保持稳定，有利于避免压差控制器异常报警，有利于冷却水单元长期保持正常运行，并且有利于避免冷却水流量和压力波动对压差控制器造成不利影响，避免压差控制器受冲击损坏。

进一步的方案是，调节管路与冷水冷却管路均设有流量调节阀。

由上可见，这样进一步有利于保持机组换热管段的冷却水流量和压力稳定，进一步有利于保持水泵与压差控制器处的压力稳定，同理，在水泵设于冷水冷却管路时，优选调节管路与机组冷却管路均设有流量调节阀，这样进一步有利于水泵处的流量与压力稳定，避免对水泵造成损伤。

另一个优选的方案是，冷却水单元还包括温度传感器，温度传感器与流量调节阀通信连接。

本发明的目的之二是提供一种有利于机组单元在低温环境下长期保持正常运行的冷水空调。

为了实现上述目的，本发明提供的冷水空调包括机组单元和前述的冷却水单元，机组单元包括冷凝器，机组冷却管路与冷凝器换热。

由上可见，本发明由于采用前述的冷却水单元，这样在冷水空调运行于低温环境时，能够通过调节流量调节阀的开度来控制维持冷凝压力与蒸发压力具有适当的压差，有利于保证冷水空调能够在低温环境下持续正常运行，并且有利于冷水空调长期保持正常运行。

本发明的目的之三是提供一种有利于机组单元在低温环境下长期保持正常运行的冷水空调的冷却水控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供的冷水空调的冷却水控制方法中，冷水空调包括机组单元和冷却水单元，机组单元包括冷凝器和蒸发器，冷却水单元包括冷水冷却管路、机组冷却管路、调节管路、水泵和冷水冷却装置，调节管路、冷水冷却管路及机组冷却管路并联，冷水冷却装置设于冷水冷却管路，机组冷却管路与冷凝器换热；水泵设于冷水冷却管路，调节管路与机组冷却管路的至少一个设有流量调节阀；或水泵设于机组冷却管路，冷水冷却管路与调节管路的至少一个设有流量调节阀；获取冷凝压力与蒸发压力的差值；根据差值控制流量调节阀。

由上可见，蒸发压力为蒸发器内制冷剂的压力，冷凝压力为冷凝器内制冷剂的压力，这样有利于保证冷水空调能够在低温环境下持续正常运行。

一个优选的方案是，差值具有至少一个预设的压差阀值，压差阀值划分出至少两个预设的压差区间；每个压差区间均对应有针对流量调节阀的一种预设调节操作，各压差区间对应的预设调节操作不同，每间隔预设时长获取一次差值，并执行差值所在压差区间对应的预设调节操作。

由上可见，这样便于将冷凝压力与蒸发压力的差值控制在预设的压差区间内，有利于保持冷水空调在低温环境下持续正常运行。

进一步的方案是，压差阀值包括第一值和第二值，第一值小于第二值；小于等于第一值的压差区间对应的预设调节操作包括调大调节管路的流量；大于第一值且小于等于第二值的压差区间对应的预设调节操作包括保持调节管路的流量不变；大于第二值的压差区间对应的预设调节操作包括调小调节管路的流量。

另一个优选的方案是，流量调节阀包括设于调节管路的第一阀和设于冷水冷却管路的第二阀，在流量调节阀的开度调节前后，第一阀与第二阀的开度之和保持不变；流量调节阀包括设于调节管路的第三阀和设于机组冷却管路的第四阀，在流量调节阀的开度调节前后，第三阀与第四阀的开度之和保持不变。

由上可见，这样有利于提升各管路中流量调节的可控性，并且进一步有利于保持水泵所在管路的流量和压力稳定，进一步有利于降低流量和压力变化对水泵的冲击，有利于保持水泵长期保持正常运行，有利于延长水泵的使用寿命；此外，在设置第一阀和第二阀的方案中，水泵设于机组冷却管路，还有利于保持压差控制器两侧的压差稳定，有利于避免压差控制器异常报警，并且有利于避免压差控制器受冲击损坏，有利于延长压差控制器的使用寿命，进一步有利于冷水空调长期保持正常运行。

再一个优选的方案是，在获取冷凝压力与蒸发压力的差值前，还确认环境温度值低于预设的温度阀值。

由上可见，这样在低温环境时采用调节管路，在高温环境下时关停环境管路，避免在高温环境下开启调节管路，避免出现冷量浪费的现象，避免冷凝器冷却不良。

附图说明

图1是本发明冷水空调实施例一的结构示意图；

图2是本发明冷水空调的冷却水控制方法实施例一的流程图一；

图3是本发明冷水空调的冷却水控制方法实施例一的流程图二；

图4是本发明冷水空调实施例二的结构示意图。

具体实施方式

冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法实施例一：

请参照图1，本实施例的冷水空调包括机组单元1、冷冻水单元2和本实施例的冷却水单元3，机组单元1包括蒸发器(图中未示出)和冷凝器(图中未示出)。

本实施例的冷水空调用于对数据机房进行恒温制冷，冷冻水单元2包括冷冻水回路21和冷冻水泵22，冷冻水泵22驱动冷冻水回路21中的冷冻水流动，冷冻水回路21包括第一换热段211和第二换热段(图中未示出)，第一换热段211与蒸发器换热，第二换热段设于数据机房4中，第二换热段与数据机房4中的环境空气换热，通过冷冻水循环将机组单元1中蒸发器的冷量带到数据机房中，以实现对数据机房4环境温度的制冷控制。

冷却水单元3包括机组冷却管路31、冷水冷却管路32、调节管路33、第一水泵34、第一阀35a、第二阀35b、压差控制器36和冷却水塔37，冷却水塔37即冷水冷却装置，冷水冷却管路32、机组冷却管路31和调节管路33并联，第一阀35a设于调节管路33，冷却水塔37和第二阀35b均设于冷水冷却管路32，机组冷却管路31包括机组换热管段311和连接管段312，通过机组换热管段311与冷凝器换热实现对冷凝器的冷却，压差控制器36与机组换热管段311并联，第一水泵34设于连接管段312，第一阀35a与第二阀35b均为流量调节阀。

现有冷水空调在运行于冬季等环境温度较低的情况下，机组单元1容易出现冷凝压力与蒸发压力的压差过小的现象，导致机组单元1出现很多可靠性问题，冷凝压力即冷凝器内的制冷剂压力，蒸发压力即蒸发器内的制冷剂压力。

发明人发现造成上述问题的根本原因是冷凝器中的制冷剂受到了过度冷却，导致冷凝器中制冷剂的温度过低，导致冷凝压力过低，继而导致冷凝压力与蒸发压力的压差过低。

因而本实施例增加设置调节管路33、第一阀35a和第二阀35b，这样在采用冷却水单元3对冷凝器进行冷却时，能够通过调节第一阀35a和第二阀35b的开度来控制机组冷却管路31中的冷却水温度，继而实现对冷凝器冷却程度的控制，避免冷凝器受到过度冷却，避免出现冷凝压力与蒸发压力压差过低的现象。

本实施例的第一阀35a与第二阀35b均开启时，一部分冷却水在机组冷却管路31与调节管路33组成的回路中循环，另一部分冷却水在机组冷却管路31与冷水冷却管路32组成的回路中循环，也即机组冷却管路31中的部分冷却水未经冷却水塔37冷却，因而这样能够调节第一阀35a与第二阀35b的开度来调节机组冷却管路31中冷却水的温度，继而调节机组冷却管路31对冷凝器的冷却能力。

冷水空调的冷却水控制方法中，在冷凝压力与蒸发压力的差值低于期望的压差区间时，将第一阀35a的开度调大，并将第二阀35b的开度调小，此时机组冷却管路31中的冷却水温度升高，机组冷却管路31中冷却水对冷凝器的冷却能力降低，继而避免冷凝器受到机组冷却管路31的过度冷却；在冷凝压力与蒸发压力的差值处于期望的压差区间内时，保持第一阀35a与第二阀35b的开度不变；在冷凝压力与蒸发压力的差值高于期望的压差区间时，将第一阀35a的开度调小，并将第二阀35b的开度调大。

优选地，第一阀35a与第二阀35b的开度之和始终保持为100％，这样有利于保持机组冷却管路31中的冷却水流量和压力稳定，有利于提升机组冷却管路31中冷却水的温度可控性；并且有利于保持水泵34和压差控制器36运行于压力稳定的环境中，有利于保持水泵34和压差控制器36性能稳定，避免压差控制器36异常报警，有利于延长水泵34和压差控制器36的使用寿命。

例如，冷凝压力与蒸发压力的差值具有两个预设的压差阀值，两个压差阀值分别为第一值和第二值，第一值小于第二值，当差值小于等于第一值时，第一阀35a的开度调大2％且第二阀35b的开度调小2％，当差值小于等于第二值且大于第一值时，保持第一阀35a与第二阀35b的开度不变，当差值大于第二值时，第一阀35a的开度调小2％且第二阀35b的开度调大2％。

第一值与第二值之间的压差区间为适于机组单元1运行的期望压差区间。

具体地，请参照图2，冷水空调的冷却水控制方法的具体步骤可以为：首先执行步骤一S1，判断机组单元1是否处于开启状态，如是则执行步骤四S4，否则执行步骤二S2；步骤二S2与步骤四S4均为判断冷却水塔37是否处于开启状态，如步骤二S2的判断结果为是则执行步骤三S3、关停冷却水塔37，否则结束控制程序；如步骤四S4的判断结果为是则执行步骤八S8，否则执行步骤五S5；步骤五S5与步骤八S8均是获取冷凝压力与蒸发压力的差值，执行步骤五S5后执行步骤六S6，步骤六S6、判断差值是否大于等于第二值，如是则执行步骤七S7，步骤七S7、开启冷却水塔37，否则结束控制程序；执行步骤八S8后执行步骤九S9、判断差值是否小于等于第一值，如是则执行步骤十二S12，否则执行步骤十S10；步骤十10、判断差值是否大于第一值且小于等于第二值，如是则执行步骤十一S11，否则执行步骤十五S15；步骤十一S11、保持第一阀35a和第二阀35b的开度不变；步骤十二S12、判断第一阀35a的开度是否小于等于90％，如是则执行步骤十四S14，否则执行步骤十三S13，步骤十三S13、关停冷却水塔37；步骤十四S14、将第一阀35a调大2％，并将第二阀35b调小2％；步骤十五S15、判断第一阀35a的开度是否大于等于2％，如是则执行步骤十六S16，否则结束控制程序；步骤十六S16、将第一阀35a的开度调小2％，并将第二阀35b的开度调大2％；在执行完步骤七S7、步骤十一S11、步骤十三S13、步骤十四S14、步骤十六S16后均结束控制程序。

关停冷却水塔37是指关停冷却水塔37的制冷功能，开启冷却水塔37是指开启冷却水塔37的制冷功能。

冷却水塔37处于开启状态是指冷却水塔37的制冷功能处于开启状态。

上述步骤在结束控制程序后均在间隔了预设时长后重新开始控制执行控制程序，具体地，预设时长例如可以是5分钟。

可选择地，在本发明的其它实施例中，第一阀35a与第二阀35b的单次调节开度也可以不为2％，例如为3％、5％等。

压差控制器36用于检测机组换热管段311是否有冷却水正常流通，继而检测冷却水单元3的运行是否正常，避免冷却水单元3出现长时间运行失效的情况。

可选择地，在本发明的其它实施例中，取消第一阀35a，或取消第二阀35b，也即冷水冷却管路32与调节管路33中仅有一个具有流量调节阀，这样也能实现对机组冷却管路31中冷却水温度的调节，然而，这样一方面，在调节流量调节阀后，冷水冷却管路32与调节管路33中的流量变化具有不确定性，不利于准确控制冷水冷却管路32与调节管路33中的流量比例，另一方面，在流量调节阀的开度变化时，虽然机组冷却管路31的流量和压力能够总体保持稳定，但是机组冷却管路31中的冷却水流量和压力仍然可能会发生一定波动，压差控制器36和第一水泵34仍然可能受到变化压力的冲击，这对压差控制器36和第一水泵34的性能均有负面影响；因而优选本实施例同时具有第一阀35a和第二阀35b的方案，这有利于保持机组冷却管路31中的流量和压力稳定，有利于保证第一水泵34及压差控制器36的性能稳定，有利于冷水冷却管路32和调节管路33的流量控制准确。

优选地，请参照图1，冷却水单元3还具有用于检测室内环境温度的温度传感器39，并且，请参照图3，在执行前述的各步骤之前还执行初判步骤S0、获取温度传感器39的检测温度，并在确认温度传感器39的检测温度低于预设的温度阀值后执行前述步骤，否则执行步骤十七S17、将第一阀35a关闭，并将第二阀35b的开度调节为100％，并在执行步骤十七S17后结束控制程序。这样本实施例的冷却水控制方法仅针对冷水空调运行于低温环境下时对流量调节阀进行控制，在冷水空调运行于高温环境下时，由于不会出现冷凝压力与蒸发压力的差值过低的情况，因而不必考虑冷凝器是否受到过度冷却，不必考虑机组冷却管路31中冷却水的温度是否过低，这样在冷水空调运行于高温环境下时，有利于避免调节管路33分流，避免出现冷量浪费的现象，且避免冷凝器冷却不良。

本实施例的冷水空调为蒸发端采用冷冻水单元2换热的冷水水冷空调，可选择地，在本发明的其它实施例中，冷水空调也可以是蒸发端采用风冷换热方式的冷水风冷空调。

本实施例的冷水空调应用于数据机房进行恒温制冷，可选择地，在本发明的其它实施例中，本发明的冷水空调也可以应用于对精密仪器仓库等其它需要恒温冷却的场合。

采用本实施例的方案，冷凝压力与蒸发压力能够保持于期望的压差区间内，这样有利于保持机组单元1中的制冷剂正常流通，有利于保证润滑油正常回油，并且，在采用制冷剂对变频器、电机、压缩机泵组、润滑油等功能器件或介质进行冷却的冷水空调中，有利于保证各功能器件和介质能够得到有效冷却，有利于保证冷水空调在低温环境下保持长期正常运行。

冷水空调及其冷却水单元与冷却水控制方法实施例二：

请参照图4，本实施例取消实施例一中的第一阀35a、第二阀35b和第一水泵34，并在冷水冷却管路32上设置第二水泵38，在调节管路33上设置第三阀35c，在连接管路上设置第四阀35d。

通过调节第三阀35c与第四阀35d的开度来控制机组冷却管路31的冷却水流量，继而加快或减缓机组冷却管路31对冷凝器的冷却速率。

在冷凝压力与蒸发压力的差值低于期望的压差区间时，将第三阀35c的开度调大，并将第四阀35d的开度调小，以减少机组冷却管路31中的冷却水流量，降低机组冷却管路31的冷却能力，减小冷凝器的受冷程度；在冷凝压力与蒸发压力的差值处于期望的压差区间内时，保持第三阀35c与第四阀35d的开度不变；在冷凝压力与蒸发压力的差值高于期望的压差区间时，将第三阀35c的开度调小，并将第四阀35d的开度调大；第三阀35c与第四阀35d的具体控制方式可以参照实施例一中第一阀35a与第二阀35b的控制方式进行，这里不再赘述。

然而，由于本实施例机组冷却管路31中的冷却水流量会随着第四阀35d的开度大小而变化，当机组冷却管路31中流量较小时，可能引发压差控制器36误报警，继而导致冷却水单元3运行异常，因而优选实施例一的方案，实施例一中，压差控制器36两侧的压力不会随着第一阀35a与第二阀35b的调节而出现波动，有利于冷却水单元3性能稳定，并且机组冷却管路31对冷凝器冷却速率的可调范围较大。

本实施例的其余部分同实施例一。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.冷水空调的冷却水单元，包括冷水冷却管路、机组冷却管路、水泵和冷水冷却装置，所述冷水冷却装置设于所述冷水冷却管路；

其特征在于：

还包括调节管路，所述调节管路、所述冷水冷却管路及所述机组冷却管路并联；

所述水泵设于所述冷水冷却管路，所述调节管路与所述机组冷却管路的至少一个设有流量调节阀；或所述水泵设于所述机组冷却管路，所述冷水冷却管路与所述调节管路的至少一个设有流量调节阀。

2.根据权利要求1所述的冷却水单元，其特征在于：

所述机组冷却管路具有机组换热管段和连接管段，所述机组换热管段并联有压差控制器，所述水泵设于所述连接管段。

3.根据权利要求2所述的冷却水单元，其特征在于：

所述调节管路与所述冷水冷却管路均设有流量调节阀。

4.根据权利要求1至3任一项所述的冷却水单元，其特征在于：

所述冷却水单元还包括温度传感器，所述温度传感器与所述流量调节阀通信连接。

5.冷水空调，包括机组单元，所述机组单元包括冷凝器；

其特征在于：

还包括如权利要求1至4任一项所述的冷却水单元，所述机组冷却管路与所述冷凝器换热。

6.冷水空调的冷却水控制方法，所述冷水空调包括机组单元和冷却水单元，所述机组单元包括冷凝器和蒸发器；

其特征在于：

所述冷却水单元包括冷水冷却管路、机组冷却管路、调节管路、水泵和冷水冷却装置，所述调节管路、所述冷水冷却管路及所述机组冷却管路并联，所述冷水冷却装置设于所述冷水冷却管路，所述机组冷却管路与所述冷凝器换热；

所述水泵设于所述冷水冷却管路，所述调节管路与所述机组冷却管路的至少一个设有流量调节阀；或所述水泵设于所述机组冷却管路，所述冷水冷却管路与所述调节管路的至少一个设有流量调节阀；

方法包括：

获取冷凝压力与蒸发压力的差值；

根据所述差值控制所述流量调节阀。

7.根据权利要求6所述的冷却水控制方法，其特征在于：

所述差值具有至少一个预设的压差阀值，所述压差阀值划分出至少两个预设的压差区间；

每个所述压差区间均对应有针对所述流量调节阀的一种预设调节操作，各所述压差区间对应的所述预设调节操作不同，每间隔预设时长获取一次所述差值，并执行所述差值所在压差区间对应的预设调节操作。

8.根据权利要求7所述的冷却水控制方法，其特征在于：

所述压差阀值包括第一值和第二值，所述第一值小于所述第二值；

小于等于所述第一值的压差区间对应的所述预设调节操作包括调大所述调节管路的流量；

大于所述第一值且小于等于所述第二值的压差区间对应的所述预设调节操作包括保持所述调节管路的流量不变；

大于所述第二值的压差区间对应的所述预设调节操作包括调小所述调节管路的流量。

9.根据权利要求6至8任一项所述的冷却水控制方法，其特征在于：

所述流量调节阀包括设于所述调节管路的第一阀和设于所述冷水冷却管路的第二阀，在所述流量调节阀的开度调节前后，所述第一阀与所述第二阀的开度之和保持不变；

所述流量调节阀包括设于所述调节管路的第三阀和设于所述机组冷却管路的第四阀，在所述流量调节阀的开度调节前后，所述第三阀与所述第四阀的开度之和保持不变。

10.根据权利要求6至8任一项所述的冷却水控制方法，其特征在于：

在获取所述冷凝压力与所述蒸发压力的差值前，还确认环境温度值低于预设的温度阀值。

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