CN112082236A - 换热系统、空调器及其控制方法 - Google Patents

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CN112082236A CN202010914938.XA CN202010914938A CN112082236A CN 112082236 A CN112082236 A CN 112082236A CN 202010914938 A CN202010914938 A CN 202010914938A CN 112082236 A CN112082236 A CN 112082236A
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吴永和
桂涛
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Abstract

本申请提供一种换热系统、空调器及其控制方法，包括互不连通的热泵系统和热管换热系统；热泵系统包括相连通的第一室外换热器和第一室内换热器；热管换热系统包括回热部；当第一室内换热器制冷时，回热部可吸收第一室外换热器所产生的热量，并将热量传递至室内。根据本申请的换热系统、空调器及其控制方法，结构简单，且对冷空气进行再热的安全性和节能性好。

Description

换热系统、空调器及其控制方法
技术领域
本申请属于空气调节技术领域，具体涉及一种换热系统、空调器及其控制方法。
背景技术
目前，随着4G的大量应用以及5G的逐渐普及，各种数据处理设备的发热量越来越大，数据中心对空调设备的制冷量和节能性要求也越来越高。采用过渡季节和寒冷冬季的室外自然冷源对数据中心进行冷却，能大幅度降低空调设备的运行费用，常见的是采用氟泵空调，在冬季启用氟泵模式，停止压缩机的运行利用氟泵驱动制冷剂实现热管制冷运行，极大地降低了设备的运行费用。分体式空调设备通常采用机械驱动的分离式热管，比如采用液泵或者气泵等氟泵驱动热管。热管系统与热泵系统又有两种结合方式：1)热管与热泵共用系统时，通常采用节流元件与电磁阀并联设计的方式。热泵运行时关闭电磁阀，制冷剂通过节流元件降压运行；热管运行时，打开电磁阀，制冷剂主要通过低阻力的电磁阀，以免节流元件的大阻力消耗掉重力作用。热管与热泵共用系统相结合时虽然能减少很多零部件，但系统的调试和优化是个很复杂的问题。2)热管与热泵采用独立系统布置。两套独立的系统的优化和控制就比较简单，也能相互配合实现更灵活的负荷匹配，但整个设备的零部件就相对较多。而独立的热管系统和热泵系统组成的空调设备，主要利用热管把冬季或者过渡季节的室外自然冷源的冷量转移进入数据中心进行制冷。数据中心使用的空调设备具备恒温恒湿性能，制冷设备随负荷的波动经常会对冷空气进行再热，最常见的做法就是采用辅助电加热设备进行再热。
但是采用辅助电加热设备进行再热的安全性和节能性都较差，而且增加辅助电加热设备，使得结构复杂。
因此，如何提供一种结构简单，且对冷空气进行再热的安全性和节能性好的换热系统、空调器及其控制方法为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种换热系统、空调器及其控制方法，结构简单，且对冷空气进行再热的安全性和节能性好。
为了解决上述问题，本申请提供一种换热系统，包括互不连通的热泵系统和热管换热系统；热泵系统包括相连通的第一室外换热器和第一室内换热器；热管换热系统包括回热部；当第一室内换热器制冷时，回热部可吸收第一室外换热器所产生的热量，并将热量传递至室内。
优选地，热管换热系统还包括第二室内换热器；第二室内换热器与回热部通过热管管路连通；第二室内换热器设置于室内；热量可通过热管管路传递至第二室内换热器中，进而传递至室内。
优选地，热管换热系统还包括控制机构；控制机构用于控制热管管路中换热介质的流动方向。
优选地，热管换热系统还包括包括泵体；泵体设置于热管管路上；泵体具有进流口和出流口；泵体用于驱动热管管路中换热介质的流动。
优选地，泵体具有进流口和出流口；控制机构包括四通阀；四通阀具有第一端口、第二端口和第三端口以及第四端口；第一端口连通第二室内换热器；第二端口连通回热部；第三端口连通进流口；第四端口连通出流口；以第一端口和第四端口连通，第三端口和第二端口连通为第一状态；以第一端口和第三端口连通，第四端口和第二端口连通为第二状态；四通阀在第一状态和第二状态之间可切换。
优选地，回热部为第二室外换热器；和/或，泵体为变频氟泵。
优选地，热管换热系统为变频热管系统。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调器，包括换热系统，换热系统为上述的换热系统。
优选地，空调器包括室外机；室外机具有第一风道；第一风道内设置有第一风机；第一室外换热器和回热部均设置于第一风道内。
优选地，空调器包括室内机；室内机具有第二风道；第二风道内设置有第二风机；当热管换热系统还包括第二室内换热器时，第一室内换热器和第二室内换热器均设置于第二风道内。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调器的控制方法，包括如下步骤：
获取空调器的换热模式；
当空调器在制冷再热模式时，控制热泵系统启动，控制第一风机在第一转速下转动，同时控制四通阀切换至第一状态。
优选地，当空调器在双制冷模式时，控制热泵系统启动，控制第一风机在第二转速下转动，同时控制四通阀切换至第二状态，其中，第二转速大于第一转速；
和/或，当空调器在热管制冷模式时，控制热泵系统关闭，同时控制四通阀切换至第二状态；
和/或，当空调器在制冷再热模式时，根据室内的温度升高幅度调节氟泵的运行频率。
优选地，当空调器在热管制冷模式时，控制第一风机转动。
本申请提供的换热系统、空调器及其控制方法，利用热管系统进行热回收第一室外换热器的热量，实现冷空气的再热，替代辅助电加热，结构简单，且对冷空气进行再热的安全性和节能性好。
附图说明
图1为本申请一个实施例的换热系统在制冷再热模式时的系统原理图；
图2为本申请一个实施例的换热系统在热管制冷模式时的系统原理图；
图3为本申请另一个实施例的换热系统的系统原理图。
附图标记表示为：
1、热泵系统；11、第一室内换热器；12、第一室外换热器；2、热管换热系统；21、第二室内换热器；22、第二室外换热器；23、热管管路；24、泵体；25、四通阀；3、第一风机；4、第二风机；5、压缩机；6、节流装置。
具体实施方式
结合参见图1-3所示，根据本申请的实施例，一种换热系统，包括互不连通的热泵系统1和热管换热系统2；热泵系统1包括相连通的第一室外换热器12和第一室内换热器11；热管换热系统2包括回热部；当第一室内换热器11制冷时，回热部可吸收第一室外换热器12所产生的热量，并将热量传递至室内，利用热管系统进行热回收第一室外换热器12的热量，实现冷空气的再热，替代辅助电加热，结构简单，且对冷空气进行再热的安全性和节能性好。
进一步地，热管换热系统2还包括第二室内换热器21；第二室内换热器21与回热部通过热管管路23连通；第二室内换热器21设置于室内；热量可通过热管管路23传递至第二室内换热器21中，进而传递至室内。
进一步地，热管换热系统2还包括控制机构；控制机构用于控制热管管路23中换热介质的流动方向。
进一步地，热管换热系统2还包括包括泵体24；泵体24设置于热管管路23上；泵体24具有进流口和出流口；泵体24用于驱动热管管路23中换热介质的流动。
进一步地，泵体24具有进流口和出流口；控制机构包括四通阀25；四通阀25具有第一端口、第二端口和第三端口以及第四端口；第一端口连通第二室内换热器21；第二端口连通回热部；第三端口连通进流口；第四端口连通出流口；以第一端口和第四端口连通，第三端口和第二端口连通为第一状态；以第一端口和第三端口连通，第四端口和第二端口连通为第二状态；四通阀25在第一状态和第二状态之间可切换。氟泵(气泵或者液泵)的出流口与四通阀25的第四端口D连接，氟泵进流口与四通阀25的第三端口S连接，四通阀25的第二端口C与第二室外换热器22连接，四通阀25的第一端口E口与第二室内换热器21连接，第二室外换热器22与第二室内换热器21通过连接管连接，从而构成热管系统；第二室内换热器21与第一室内换热器11共用第二风机4，第二室外换热器22与第一室外换热器12共用第一风机3。
进一步地，回热部为第二室外换热器22；和/或，泵体24为变频氟泵，可以根据再热温升的反馈情况来调节氟泵的运行频率，即能实现调节再热量的大小。
进一步地，热管换热系统2为变频热管系统。热管换热系统2通过四通阀25和氟泵，可切换运行模式为热管热回收即制冷再热模式或者热管制冷模式。热泵系统1还包括压缩机5和节流装置6；所述第一室内换热器11、第一室外换热器12以及节流装置6和压缩机5均连通以形成压缩换热系统。而独立的热管系统与热泵系统1运行模式相互搭配，灵活适应制冷负荷的同时实现高效节能。
根据本申请实施例，提供了一种空调器，包括换热系统，换热系统为上述的换热系统。
空调器可以实现：1)采用热管热回收替代辅助电加热对压缩制冷的冷空气进行再热；2)寒冷气候下热管制冷+压缩制冷形成双制冷模式，运行满足数据中心的大负荷制冷需求；3)过渡季节或者冬季时，单独采用热管换热系统2制冷，热管换热系统2可以完全利用室外自然冷源进行制冷。
进一步地，空调器包括室外机；室外机具有第一风道；第一风道内设置有第一风机3；第一室外换热器12和回热部均设置于第一风道内。
进一步地，空调器包括室内机；室内机具有第二风道；第二风道内设置有第二风机4；当热管换热系统2还包括第二室内换热器21时，第一室内换热器11和第二室内换热器21均设置于第二风道内。
根据本申请实施例，提供了一种空调器的控制方法，包括如下步骤：
获取空调器的换热模式；
当空调器在制冷再热模式时，控制热泵系统1启动，控制第一风机3在第一转速下转动，同时控制四通阀25切换至第一状态。
进一步地，当空调器在双制冷模式时，控制热泵系统1启动，控制第一风机3在第二转速下转动，同时控制四通阀25切换至第二状态，其中，第二转速大于第一转速；
和/或，当空调器在热管制冷模式时，控制热泵系统1关闭，同时控制四通阀25切换至第二状态；
和/或，当空调器在制冷再热模式时，根据室内的温度升高幅度调节氟泵的运行频率，从而可以根据再热温升的反馈情况来调节氟泵的运行频率，即能实现调节再热量的大小。
进一步地，当空调器在热管制冷模式时，控制第一风机3转动。
图1为制冷再热模式的系统原理图，在压缩制冷即热泵系统1制冷时，同时需要对第一室内换热器11即蒸发器即第一室内换热器11出来的冷空气进行再热的时候；采用热管系统对第一室外换热器12的废热进行回收后对第一室内换热器11即蒸发器即第一室内换热器11的冷空气进行再热。压缩机5、冷凝器即第一室外换热器12、节流阀和蒸发器即第一室内换热器11顺序连接构成热泵系统1。
图2是过渡季节或者冬季，寒冷的室外空气作为自然冷源由热管换热系统2把冷量传输到室内进行制冷。
下面对运行模式和控制进行说明：
一、制冷再热模式：压缩制冷+热管热回收
结合参见图1所示：压缩机5启动制冷运行时，冷凝器即第一室外换热器12处排放的废热被第一风机3带动的室外空气带走并且经过热管换热系统2的第二室外换热器22；蒸发器即第一室内换热器11处释放冷量，第二风机4带动室内空气从第一室内换热器11经过后被冷却降温再经过第二室内换热器21吹出。制冷系统稳定运行时，热管系统无需运行；制冷系统输出过大时，即室内空气温度过冷需要尽快恢复到设定温度的精度范围内时，采用热管热回收对冷空气再热升温到目标温度：启动氟泵和四通阀25，使得氟泵驱动换热介质从第二室外换热器22吸热升温后通过四通阀25C口到达S口再进入氟泵，氟泵对热泵工质加压后从四通阀25D口进入再从四通阀25E口流出，然后进入第二室内换热器21冷凝放热液化即对室内冷空气进行再热，液化后的换热介质从第二室内换热器21流出后返回第二室外换热器22吸热气化，完成一个热管热回收的循环。由于热管系统吸收冷凝废热，对室内冷空气进行再热，因此热管的工作温差比较大，热管系统的运行能效更高，故节能性更好。
二、双制冷模式：压缩制冷+热管制冷
结合参见图2所示：在过渡季节或者寒冷的冬季，热管制冷时吸收室外自然冷源的冷量对室内数据中心进行制冷，但热管系统的制冷量可能无法满足数据中心的冷量需求，这个时候就需要热泵系统1运行压缩制冷补充冷量的不足。
压缩制冷循环与上述相同；热管制冷时，第二室内换热器21的换热介质吸热气化对室内空气进行制冷降温，气化后的热管工作依次经过四通阀25的E和S口到达氟泵，氟泵对热管工作气体加压后依次经过四通阀25的D和C口进入第二室外换热器22，换热介质在第二室外换热器22冷凝放热后液化流出第二室外换热器22，再次进入第二室内换热器21完成一个热管制冷循环。由于压缩制冷在第一风机3的作用下加热了室外的冷空气，对热管的第二室外换热器22冷凝放热有不利影响，因此需要加大第一风机3的转速，提升室外冷空气的风量，降低这个不利影响；同样道理加大第二风机4的风量。
三、热管制冷模式
结合参见图2所示：在过渡季节或者寒冷的冬季，热管制冷时吸收室外自然冷源的冷量对室内数据中心进行制冷，并且冷量充足，此时空调设备仅需运行热管制冷模式即可，空调设备的能效比可以达到更高的水平。热管制冷循环与上述相同。
图1-图2中，第二室内换热器21位于第一室内换热器11的外侧，第一室外换热器12位于第二室外换热器22的外侧；图3中第二室内换热器21位于第一室内换热器11的内侧，第一室外换热器12位于第二室外换热器22的外侧。
需要说明的是，图1-3中箭头表达流体的流动方向；另外，图1和图2所示的系统原理图表示的系统，仅仅是表达了组成系统的最基本的必须零部件，实际应用中还会有各种各样的辅助零部件，比如阀门、温度传感器、控制器等等。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种换热系统，其特征在于，包括互不连通的热泵系统(1)和热管换热系统(2)；所述热泵系统(1)包括相连通的第一室外换热器(12)和第一室内换热器(11)；所述热管换热系统(2)包括回热部；当所述第一室内换热器(11)制冷时，所述回热部可吸收所述第一室外换热器(12)所产生的热量，并将所述热量传递至室内。
2.根据权利要求1中所述的换热系统，其特征在于，所述热管换热系统(2)还包括第二室内换热器(21)；所述第二室内换热器(21)与所述回热部通过热管管路(23)连通；所述第二室内换热器(21)设置于所述室内；所述热量可通过所述热管管路(23)传递至所述第二室内换热器(21)中，进而传递至室内。
3.根据权利要求2中所述的换热系统，其特征在于，所述热管换热系统(2)还包括控制机构；所述控制机构用于控制所述热管管路(23)中换热介质的流动方向。
4.根据权利要求3中所述的换热系统，其特征在于，所述热管换热系统(2)还包括包括泵体(24)；所述泵体(24)设置于所述热管管路(23)上；所述泵体(24)用于驱动所述热管管路(23)中换热介质的流动。
5.根据权利要求4中所述的换热系统，其特征在于，所述泵体(24)具有进流口和出流口；所述控制机构包括四通阀(25)；所述四通阀(25)具有第一端口、第二端口和第三端口以及第四端口；所述第一端口连通所述第二室内换热器(21)；所述第二端口连通所述回热部；所述第三端口连通所述进流口；所述第四端口连通所述出流口；以所述第一端口和第四端口连通，所述第三端口和所述第二端口连通为第一状态；以所述第一端口和第三端口连通，所述第四端口和所述第二端口连通为第二状态；所述四通阀(25)在第一状态和第二状态之间可切换。
6.根据权利要求4中所述的换热系统，其特征在于，所述回热部为第二室外换热器(22)；和/或，所述泵体(24)为变频氟泵。
7.根据权利要求1中所述的换热系统，其特征在于，所述热管换热系统(2)为变频热管系统。
8.一种空调器，包括换热系统，其特征在于，所述换热系统为权利要求1-7中任一项所述的换热系统。
9.根据权利要求8中所述的空调器，其特征在于，所述空调器包括室外机；所述室外机具有第一风道；所述第一风道内设置有第一风机(3)；所述第一室外换热器(12)和所述回热部均设置于所述第一风道内。
10.根据权利要求8中所述的空调器，其特征在于，所述空调器包括室内机；所述室内机具有第二风道；所述第二风道内设置有第二风机(4)；当所述热管换热系统(2)还包括第二室内换热器(21)时，所述第一室内换热器(11)和所述第二室内换热器(21)均设置于所述第二风道内。
11.一种空调器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取空调器的换热模式；
当所述空调器在制冷再热模式时，控制热泵系统(1)启动，控制第一风机(3)在第一转速下转动，同时控制四通阀(25)切换至第一状态。
12.根据权利要求11所述空调器的控制方法，其特征在于，当所述空调器在双制冷模式时，控制所述热泵系统(1)启动，控制所述第一风机(3)在第二转速下转动，同时控制所述四通阀(25)切换至第二状态，其中，所述第二转速大于所述第一转速；
和/或，当所述空调器在热管制冷模式时，控制所述热泵系统(1)关闭，同时控制所述四通阀(25)切换至第二状态；
和/或，当所述空调器在所述制冷再热模式时，根据室内的温度升高幅度调节氟泵的运行频率。
13.根据权利要求12所述空调器的控制方法，其特征在于，当所述空调器在所述热管制冷模式时，控制所述第一风机(3)转动。
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