CN111536672A - 一种冷水机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷水机组及其控制方法，本发明的冷水机组控制方法，冷水机组包括，压缩机、冷凝器和蒸发器；冷凝器形成有冷却水进口，冷却水出口；蒸发器形成有冷冻水进口，冷冻水出口；冷水机组包括压缩机制冷运行模式和自然冷却运行模式；根据冷却水温度T1判断是否需要切换到压缩机制冷模式，当需要切换到压缩机制冷模式时，通过调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量，控制冷凝器的换热量，使机组高压升高，使油压差满足压缩机启动的要求。且在压缩机制冷模式运行时，通过高压、低压的检测，进一步通过冷却水的流量控制和限变频器的限频率运行，使其在运行过程中保持油压差，且避免高压过高。

Description

一种冷水机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种冷水机组及其控制方法。

背景技术

采用冷水机组进行制冷越来越广泛，如随着移动互联网、物联网、云计算的大力发展，作为信息的重要载体，数据中心已成为国家战略性新兴产业。数据机房制冷设备是为了保证IT设备运行所需温、湿度环境而建立的配套设施。而数据中心安装有大量的IT设备，IT设备发热密度很高，短时间的中断制冷，会造成系统室内温度的迅速升高，导致热量的不断堆积，严重影响IT设备的正常运行，甚至引起宕机，导致严重故障，给数据中心造成不可挽回的影响和巨大经济损失，而水冷机组一直是公共建筑尤其是大型公共建筑空调系统的主力机型，因此对数据中心变频冷水机组提出全年不间断运行，必须适应宽冷却水温运行范围，在过渡季节甚至冬季仍要求稳定运行，在我国北方地区，冬季及春秋过渡季节大部分时间室外气温低于20℃，目前行业内通常采用压缩机制冷与自然冷却结合；高于12℃，压缩机制冷)，通过自由冷却模式切换可以充分利用室外自然冷却对机房降温，减少压缩机开启时间，降低空调能耗，而在实际应用工程冷水机组在冬季开机启动因冷却水进水温度低，机组出现油压差低停机故障,其主要原因为冷却水进水温度低导致系统高压压力降低，即高低压之间的压差降低，而机组在启动运行期间油压是靠系统压力差来建立的，润滑油压差低即高低压之间的压差降低，由于油压差低,导致该机组制冷效果差,机组振动加剧发热量增大，油压差是确保压缩机的正常润滑。当机组出现油压差低故障停机造成系统室内温度的迅速升高，导致热量的不断堆积，严重影响IT设备的正常运行。

发明内容

鉴于此，本发明提供本发明提供一种冷水机组及其控制方法，在冬季及春秋过渡季节时，通过检测系统冷却水进水温度变化，预判机组满足压缩机是否开启条件，通过机组在启动运行期间调节系统冷却水进水循环量，控制机组冷凝器侧换热量，使机组高压快速升高，迅速建立系统压力差，保证压缩机的正常启动。优选地，同时结合高压上升速率适度调节系统冷却水进水循环量，维持高低压之间的压差，确保系统油压差稳定满足机组开机启动快速恢复机房供冷。

具体地：一种冷水机组控制方法，冷水机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器；冷凝器形成有冷却水进口，冷却水出口；蒸发器形成有冷冻水进口，冷冻水出口；其特征在于：冷水机组可在压缩机制冷运行模式和自然冷却运行模式之间切换；所述控制方法包括如下步骤：S01：检测冷却水进水温度或室外环境温度T1；当T1>第一预设温度Y1且持续第一预设时间t1时，判断机组需执行压缩机制冷运行模式；当T1≤第一预设温度Y1且持续第二预设时间t2时，判断机组需执行自然冷却模式；S02：在冷水机组执行压缩机制冷运行模式时，通过调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量，控制冷凝器的换热量，使机组的高压与低压之间的油压差满足压缩机运行的要求。

优选地，步骤S01中执行自然冷却模式包括：R01：将冷却水进水管路的调节阀的开度调大或将调节阀从初如开度K1调整为最大开度K2，以加大冷却水的流量；

R02：检测冷冻水的进水、回水温差Tdc；当Tdc≤第一预设温差Tc1，且持续第三预设时间t3时，继续运行自然冷却模式；否则,判断机组需切换到压缩机制冷运行模式，执行压缩机制冷运行模式。

优选地，步骤S02中，调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量包括：将冷却水进水管路的调节阀的开度调小或将调节阀从初如开度K1调整为最小开度K3。

优选地，步骤S02之后还包括步骤：S03：检测机组的高压、低压，机组的高压记为P1，低压记为P2，当P1≤H且P1-P2>H2时，冷却水的进水管路上的调节阀由最小开度K3调节到目标开度K4，H为第一预设压力，H2为第一预设压差。

优选地，步骤S03之后还包括步骤：S04：检测P1，P2，当检测机组高压P1的上升速率S>预设速率Sy，且P1-P2>H2时，调节阀以第二预设调节速度从目标开度K4向最大开度K2进行调整，直至调到最大开度K2；在从目标开度K4向最大开度K2进行调整的过程中，检测P1，P2，若P1>H,且P1-P2>H2且持续第五预设时间t5，调节阀直接调至最大开度K2。

优选地，步骤S04之后还包括步骤：S05：调节阀调整为最大开度K2后，机组的压缩机变频器采用限负荷运行，维持高低压之间的压差。

优选地，步骤S05之后还包括步骤：S06：机组的压缩机变频器采用限负荷运行后，检测P1，若P1<H,且维持第六预设时间t6，变频器不再采用限负荷运行。

优选地，执行自然冷却模式时，冷却水的水温低于冷冻水的水温，从而使得制冷剂在蒸发器中的压力高于其在冷凝器中的压力，利用上述的压力差，实现制冷剂从蒸发器向冷凝器流动；冷凝器位于蒸发器的上方，在冷凝器中冷却的液态制冷剂利用重力从冷凝器流向蒸发器。

另外本发明提供一种冷水机组，所述冷水机组采用本发明所述的控制方法。

优选地，所述冷水机组用于数据机房的冷却；冷凝器的冷却水进口、冷却水出口与冷却塔连通；蒸发器的冷冻水进口、冷冻水出口与数据机房的负载连通。

通过以上设置，本发明的冷水机组控制方法，可在切换到压缩机制冷模式时，可保证油压差，使压缩机正常、快速启动。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例的冷水机组示意图。

图2本发明实施例的冷水机组的控制方法流程示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1，2对本发明中的具体实施例的内容进行详细描述：

如图1所示，本实施例提供一种冷水机组及其控制方法，冷水机组包括，压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置；冷凝器形成有冷却水进口，冷却水出口；蒸发器形成有冷冻水进口，冷冻水出口；冷水机组用于数据机房的冷却；冷凝器的冷却水进口、冷却水出口与冷却塔连通；蒸发器的冷冻水进口、冷冻水出口与数据机房的负载连通。

其中，还设有调节阀，冷却水进口处设置有温度测点，用于检测其温度T1，冷却水出口处设置有温度测点，用于检测其温度T2，冷冻水进口处设置有温度测点，用于检测其温度T3，冷冻水出口处设置有温度测点，用于检测其温度T4。冷凝器中的压力可代表高压压力P1，蒸发器的压力可代表低压压力P2。

压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置通过管路形成制冷剂回路；冷凝器，冷却水塔通过管路形成冷却水回路；蒸发器，负载通过管路形成冷冻水回路；冷却水回路，冷冻水回路通常还包括循环泵。

冷水机组的工作原理是：蒸发器中的制冷剂气体被压缩机吸入后，通过电机带动压缩机对制冷剂气体进行做功，使其变成高温、高压的制冷剂气体，然后经油分离器进入冷凝器内，在冷凝器中与冷却水系统的冷却水进行热交换，热量被冷却水带走，使制冷剂由气体转变成液体，经过节流后转变成低温、低压的制冷剂液体后进入蒸发器，在蒸发器中与经过用户循环回来的冷冻水进行热交换，将冷冻水中由用户带来的热量带走，进而使冷冻水达到设计要求的温度值，通过水泵循环送至各用户，此时制冷剂液体由于吸收热量经过蒸发又重新变成了制冷剂气体，然后在回到压缩机中形成周而复始的循环过程。减少控制机组冷凝器侧换热量后，其压缩机排出高温、高压的制冷剂气体无法有效冷却，导致机组高压快速升高。

如图2所示，示意出了本发明实施方式的冷水机组的控制方法，通过调节系统冷却水进水循环量控制机组冷凝器侧换热量，使机组高压快速升高，迅速建立系统压力差，提高油压差确保压缩机的正常润滑；通过检测高压上升速率，适度调节控制机组负荷大小，维持高低压之间的压差，确保系统油压差稳定满足机组开机启动快速恢复机房供冷。

本发明冷水机组可为数据机房变频冷水机组，在冬季通过检测系统冷却水进水温度变化，预判机组运行模式分压缩机制冷运行模式和自然冷却运行模式，当系统切换为压缩机制冷运行模式时，系统开机启动时通过调节系统冷却水进水循环量控制机组冷凝器侧换热量，使机组高压快速升高，迅速建立系统压力差，提高油压差确保压缩机的正常润滑，在系统建立压力差完成后通过检测高压上升速率，适度调节控制机组负荷大小，维持高低压之间的压差，确保系统油压差稳定满足机组开机启动快速恢复机房供冷，冷水机组安全稳定运行，同时提高IT设备运行可靠性。

如图2所示，一种冷水机组控制方法，冷水机组包括，压缩机、冷凝器、蒸发器；冷凝器形成有冷却水进口，冷却水出口；蒸发器形成有冷冻水进口，冷冻水出口；冷水机组包括压缩机制冷运行模式和自然冷却运行模式；机组上电开机后，系统进入初始化检测状态，通过检测系统冷却水进水温度T1的变化，判断机组运行模式。具体地包括如下步骤：S01：检测冷却水进水温度或室外环境温度T1；当T1>第一预设温度Y1且持续第一预设时间时，判断机组需切换到压缩机制冷运行模式，执行压缩机制冷运行模式；当T2≤第一预设温度Y1且持续第二预设时间t2时，判断机组需切换到自然冷却模式，执行自然冷却模式。其中第一预设时间可为与第二预设时间t2可根据实际的机组具体设置，二者可相同或不同，如其可为3min,5min，Y1可根据实际情况具体设置，如可为12℃。

步骤S01中执行自然冷却模式包括：R01：将冷却水进水管路的调节阀调大或调节为最大开度K2，加大冷却水的流量。可选地，冷却水进水管路上的调节阀F1由初始开度K1，以第一预设调节速度调整为调节阀最大开度K2。第一预设调节速度，可为以第七预设时间(T秒)调整第一预设比例(可为10％)的方式持续调整第四预设时间t4,每次调整10％，是指经10次可将开度从K1调整到K2。从而加速控制冷却水进水循环量，加大机组冷凝器侧换热量，

R02：实时检测冷冻水的进水、回水温差Tdc；当Tdc≤第一预设温差Tc1，且持续第三预设时间t3时，继续运行自然冷却模式；否则,判断机组需切换到压缩机制冷运行模式，执行压缩机制冷运行模式。

第三预设时间t3可为5min，Tc1可根据机组的负载要求冷却情况，根据需要具体设置。当连续5min检测到冷冻水回水温差Tdc≤第一预设温差Tc1，说明数据机房为小负荷运行产生热量极小，可继续运行自然冷却模式M1，自然冷却模式M1利用制冷剂会流向系统最冷部分的原理，若流过冷却塔的冷却水水温低于冷水水温，则制冷剂在蒸发器中的压强高于其在冷凝器中的压强。此压差导致已蒸发的制冷剂从蒸发器流向冷凝器中，被冷却的液态制冷剂靠重力从冷凝器流向蒸发器，从图1可看出冷凝器位于蒸发器的上方，充分利用室外自然冷却对机房降温，减少压缩机开启时间，降低空调能耗实现低环温下“自由冷却”功能。

当Tdc>第一预设温差Tc1，且持续第三预设时间时，说明数据机房为大负荷运行产生大量的热量预判室外自然冷却无法满足机房供冷，判定机组需切换为压缩机制冷运行模式M2。

S02：在冷水机组运行压缩机制冷运行模式时，通过调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量，控制冷凝器的换热量，使机组高压升高，使油压差满足压缩机运行的要求。步骤S02中，调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量包括：将冷却水进水管路的调节阀调节为最小开度K3。冷却水进水管路上的调节阀F1由调节阀最大开度K2可以为：以第三预设调节速度时行调整，可以以第九预设时间t9(T秒)调整第三百分比(10％)的方式持续调整第八预设时间t8，然后调整为调节阀最小开度K3，控制冷却水进水循环量，减少机组冷凝器侧换热量，使机组压缩机启动，机组冷凝压力高压快速升高，迅速建立系统压力差。

S03：检测机组的高压、低压，机组的高压记为P1，低压记为P2，当P1≤第一预设压力H且P1-P2>H2时，冷却水的进水管路上的调节阀由最小开度K3调节到目标开度K4，H2为第一预设压差。

S04：第四预设时间，如2min后，再次检测P1，P2，当检测机组高压P1的上升速率S>预设速率Sy，且P1-P2>H2时，调节阀以第十预设时间t10(T秒)调节目标开度K4的第三预设百分比(10％)的方式，从目标开度K4向最大开度K2进行调整，直至调到最大开度K2；在从目标开度K4向最大开度K2进行调整的过程中，检测P1，P2，若P1>H,且P1-P2>H2且持续第五预设时间(可为5min)，调节阀直接调至最大开度K2。

S05：调节阀调整为最大开度K2后，机组变频器采用限负荷运行，维持高低压之间的压差。限制当前变频器频率上升，维持现有频率H1运行，适度调节控制机组负荷,维持高低压之间的压差，确保系统油压差稳定满足机组快速开机启动运行,

S06：机组变频器采用限负荷运行后，检测P1，若P1<H,且维持第六预设时间(可为3min)，变频器不再采用限负荷运行,此时系统重新按空调压缩机负载能力计算的频率运行，不需对变频器输出功率大小进行抑制，快速恢复机房供冷。

有益效果：

本发明提供的冷水机组及其控制方法，根据冷却水温度判断是否需要切换到压缩机制冷模式，当需要切换到压缩机制冷模式时，通过调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量，控制冷凝器的换热量，使机组高压升高，使油压差满足压缩机运行的要求；且在压缩机制冷模式运行时，通过高压、低压的检测，进一步通过冷却水的流量控制和限变频器的限频率运行，使其在运行过程中保持油压差，且避免高压过高。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种冷水机组控制方法，冷水机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器；冷凝器形成有冷却水进口，冷却水出口；蒸发器形成有冷冻水进口，冷冻水出口；其特征在于：冷水机组可在压缩机制冷运行模式和自然冷却运行模式之间切换；所述控制方法包括如下步骤：

S01：检测冷却水进水温度或室外环境温度T1；

当T1>第一预设温度Y1且持续第一预设时间t1时，判断机组需执行压缩机制冷运行模式；

当T1≤第一预设温度Y1且持续第二预设时间t2时，判断机组需执行自然冷却模式；

S02：在冷水机组执行压缩机制冷运行模式时，通过调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量，控制冷凝器的换热量，使机组的高压与低压之间的油压差满足压缩机运行的要求。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤S01中执行自然冷却模式包括：

R01：将冷却水进水管路的调节阀的开度调大或将调节阀从初如开度K1调整为最大开度K2，以加大冷却水的流量；

R02：检测冷冻水的进水、回水温差Tdc；当Tdc≤第一预设温差Tc1，且持续第三预设时间t3时，继续运行自然冷却模式；否则,判断机组需切换到压缩机制冷运行模式，执行压缩机制冷运行模式。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤S02中，调节与冷凝器进行热交换的冷却水的流量包括：将冷却水进水管路的调节阀的开度调小或将调节阀从初如开度K1调整为最小开度K3。

4.根据权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于：步骤S02之后还包括步骤：S03：检测机组的高压、低压，机组的高压记为P1，低压记为P2，当P1≤H且P1-P2>H2时，冷却水的进水管路上的调节阀由最小开度K3调节到目标开度K4，H为第一预设压力，H2为第一预设压差。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：步骤S03之后还包括步骤：S04：检测P1，P2，当检测机组高压P1的上升速率S>预设速率Sy，且P1-P2>H2时，调节阀以第二预设调节速度从目标开度K4向最大开度K2进行调整，直至调到最大开度K2；在从目标开度K4向最大开度K2进行调整的过程中，检测P1，P2，若P1>H,且P1-P2>H2且持续第五预设时间t5，调节阀直接调至最大开度K2。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：步骤S04之后还包括步骤：S05：调节阀调整为最大开度K2后，机组的压缩机变频器采用限负荷运行，维持高低压之间的压差。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：步骤S05之后还包括步骤：S06：机组的压缩机变频器采用限负荷运行后，检测P1，若P1<H,且维持第六预设时间t6，变频器不再采用限负荷运行。

8.根据权利要求1-3，5-7任一所述的控制方法，其特征在于：执行自然冷却模式时，冷却水的水温低于冷冻水的水温，从而使得制冷剂在蒸发器中的压力高于其在冷凝器中的压力，利用上述的压力差，实现制冷剂从蒸发器向冷凝器流动；冷凝器位于蒸发器的上方，在冷凝器中冷却的液态制冷剂利用重力从冷凝器流向蒸发器。

9.一种冷水机组，其特征在于：所述冷水机组采用权利要求1-8任一所述的控制方法。

10.根据权利要求9所述的冷水机组，其特征在于：所述冷水机组用于数据机房的冷却；冷凝器的冷却水进口、冷却水出口与所述冷却塔连通；蒸发器的冷冻水进口、冷冻水出口与数据机房的负载连通。

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