CN112344511A - 一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法、装置及系统 - Google Patents

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CN112344511A CN202011147563.5A CN202011147563A CN112344511A CN 112344511 A CN112344511 A CN 112344511A CN 202011147563 A CN202011147563 A CN 202011147563A CN 112344511 A CN112344511 A CN 112344511A
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Abstract

本发明公开了一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法、装置及系统，涉及空调设备技术领域，本发明根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算目标吸气过热度ΔT1；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度，实现吸气过热度的控制目标调整为与机组负荷相关的目标值，在部分负荷运行时，将吸气过热度目标值控制在系统运行最佳值，精确地控制电子膨胀阀的开度，提高部分负荷运行时的机组运行效率。

Description

一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及空调设备技术领域，具体涉及一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法、装置及系统。
背景技术
部分负荷时，由于制冷剂的流量降低、蒸发器的换热性能下降，如果保持与满载相同的过热度，压缩机能效并非最优。部分负荷时，适当开启电子膨胀阀降低吸气过热度增大制冷剂循环量，可提高换热效果，提高蒸发温度，从而提高机组能效。在制冷量相同的情况下，压缩机的频率降低，功耗也随之下降。为解决上述问题，现有技术一般通过控制电子膨胀阀的开度，提高机房空调的综合能效比。
具体的说，一般在实际吸气过热度大于目标吸气过热度时，电子膨胀阀的开度增加；实际吸气过热度小于目标吸气过热度时，电子膨胀阀的开度减小；实际吸气过热度等于目标吸气过热度时，电子膨胀阀的开度不变。可见，温度的精确与否，直接影响到空调的正常运行。现有技术采用过热度控制电子膨胀阀的开度，提高机房空调的综合能效的目的。但是空调的室外机和室内机的连接管容易受到外部环境温度的影响，会影响控制电子膨胀阀的开度的精度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法、装置及系统，精确地控制电子膨胀阀的开度，提高机房空调的综合能效比。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法，包括以下步骤：
获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；
根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；
根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；
将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度。
在上述技术方案的基础上，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q，具体包括以下步骤：
根据室内进出风温度传感器监测到的进风温度T1和进风湿度
Figure BDA0002740164670000021
出风温度T2和出风湿度
Figure BDA0002740164670000022
以及预置的焓湿图曲线，计算当前室内侧的进风焓值h1和出风焓值h2；
根据监测到当前的室内风机频率f以及预置的室内风机的风量频率曲线，计算室内风机的风量m；
根据进风焓值h1和出风焓值h2、室内风机的风量m计算室内实际热负荷Q，其计算公式为：
Q＝m*(h1-h2)。
在上述技术方案的基础上，所述室内实际负荷百分比load％，其计算公式为：
load％＝室内实际热负荷Q/室内名义满载冷量负荷。
在上述技术方案的基础上，根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。
在上述技术方案的基础上，根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2，计算公式为：
ΔT2＝T3-TS。
在上述技术方案的基础上，将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度，具体包括：
当目标吸气过热度ΔT1比实际吸气过热度ΔT2大时，关闭电子膨胀阀的开度；
当目标吸气过热度ΔT1和实际吸气过热度ΔT2小时，开大电子膨胀阀的开度。
本发明还提供一种电子设备，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器用于读取并执行所述存储器中的指令，以使得所述电子设备实现所述的方法。
本发明还提供一种适用于机房空调冷媒流量的控制系统，包括多个传感器和集中控制器：
各个所述传感器分别用于：采集室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；
所述集中控制器用于：通过各个传感器获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度。
在上述技术方案的基础上，所述传感器包括室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器、压缩机吸气口的温度传感器和压缩机吸气口的压力传感器。
在上述技术方案的基础上，所述集中控制器根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算目标吸气过热度ΔT1；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度，实现将吸气过热度目标值的控制目标调整为与机组负荷、室内侧进风温度相关的目标值，在部分负荷运行时，将吸气过热度目标值控制在系统运行最佳值，精确地控制电子膨胀阀的开度，提高部分负荷运行时的机组运行效率，来达到提高机房空调的综合能效比。
附图说明
图1为本发明实施例的制机房空调冷媒流量的控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的制机房空调冷媒流量的控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的制机房空调冷媒流量的控制方法的具体流程示意图；
图4为本发明实施例的变过热度与现有技术的定过热度的能效比示意图。
图中，110-压缩机，120-冷凝器，130-电子膨胀阀，140-蒸发器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法，包括以下步骤：
获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；
根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；
根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；
将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀130的开度。
作为优选的实施方式，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q，具体包括以下步骤：
根据室内进出风温度传感器监测到的进风温度T1和进风湿度
Figure BDA0002740164670000051
出风温度T2和出风湿度
Figure BDA0002740164670000052
以及预置的焓湿图曲线，计算当前室内侧的进风焓值h1和出风焓值h2；
根据监测到当前的室内风机频率f以及预置的室内风机的风量频率曲线，计算室内风机的风量m；
根据进风焓值h1和出风焓值h2、室内风机的风量m计算室内实际热负荷Q，其计算公式为：
Q＝m*(h1-h2)。
进一步的，所述室内实际负荷百分比load％，其计算公式为：
load％＝室内实际热负荷Q/室内名义满载冷量负荷。
进一步的，根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。
进一步的，根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2，计算公式为：
ΔT2＝T3-TS。
作为优选的实施方式，将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀130的开度，具体包括：
当目标吸气过热度ΔT1比实际吸气过热度ΔT2大时，关闭电子膨胀阀130的开度；
当目标吸气过热度ΔT1和实际吸气过热度ΔT2小时，开大电子膨胀阀130的开度。
参见图2所示，精密空调的制冷循环系统在结构上主要包括压缩机110(变频)、风冷冷凝器120、电子膨胀阀130、风冷蒸发器140、室内外风机必备部件，另外根据系统的控制稳定性还可能包含气液分离器、油分离器、低温启动组件等。
该实施案例提供的最优过热度控制应用于风冷机房空调系统，该风冷机房空调系统主要包括压缩机110、冷凝器120、电子膨胀阀130、蒸发器140，电子膨胀阀130的进口与冷凝器120的出口连接，电子膨胀阀130与蒸发器140的进口相连接。该实施例的最佳过热度控制装置包括可编程集中控制器(PLC，ProgrammableController)和多个传感器，所述传感器包括室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器、压缩机吸气口的温度传感器和压缩机吸气口的压力传感器。
作为一种可选实施方式，该实施例的风冷空调系统可以为R410A的风冷列间空调。以下结合图3阐述制机房空调冷媒流量的控制方法的具体步骤：
步骤S210，PLC集中控制器获取室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器、压缩机吸气口的温度传感器和压缩机吸气口的压力传感器的检测数据。
步骤S220，根据室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器的检测数据，计算出室内实际热负荷Q。实际热负荷Q可通过如下公式获得：
Q＝m*(h1-h2)；
其中，Q为室内侧热负荷，PLC集中控制器中预先将焓湿图的相关曲线、室内风机的风量频率曲线内嵌其中，通过室内进出风温度传感器监测到的T1、φ1、T2、φ2、以及PLC监测到当前的室内风机频率f，通过先前已经内置的焓湿图曲线以及室内风机的风量频率曲线，计算出当前室内侧的进出风焓值h1、h2，风机的风量m；
步骤S230，根据室内实际负荷百分比load％与吸气过热度的关系式得到目标吸气过热度ΔT1；
a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d-ΔT1＝0，
其中，a为负荷百分比对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。其中a可取-9.8039，b为35.844，c为-14.603，d为6.5978。
现有技术计算目标过热度的方法为：
目标过热度：K1＝m*T1+k，T1为室内进风温度，m为权重系数，k为常数；则当前过热度：K2＝T3-T2，T2为温度传感器检测到的蒸发器的入口处温度。T3为温度传感器检测到的蒸发器的出口处温度。
现有技术计算目标过热度的方法其缺陷是：机组工况一定的情况下，不同负荷下的过热度控制是定值。
而本申请采用a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d-ΔT1＝0得到目标吸气过热度ΔT1，机组工况一定的情况下，不同负荷下的过热度控制是变化的。参见图4所示，采用本申请的公式计算目标吸气过热度ΔT1，可实现部分负荷能效提高。
步骤S240，根据压缩机吸气口的检测压力P计算出实际制冷剂饱和温度TS。
步骤S250，根据检测的温度T3以及饱和温度TS计算出实际吸气过热度ΔT2。
ΔT2＝T3-TS
步骤S260，将目标吸气过热度与实际过热度进行比较，根据对比的结果调整电子膨胀阀130的开度。
在该实施例中，最佳过热度的控制方法用PLC计算的目标过热度ΔT1和实际过热度ΔT2的差值，根据差值来调节电子膨胀阀130的开度，当目标过热度ΔT1比实际过热度ΔT2大时，关闭电子膨胀阀130的开度，当目标过热度ΔT1和实际过热度ΔT2小时，开大电子膨胀阀130的开度。始终保持实际过热度ΔT2与目标过热度ΔT1接近，从而让整个系统在不同的负荷下保持最优的性能。产品的综合能效系数更高、更节能。从而实现了降低数据中心能耗的效果。
工作原理：部分负荷时，由于制冷剂的流量降低、蒸发器140的换热系数下降，如果保持与满载相同的过热度，压缩机110能效并非最优。部分负荷时，适当开启电子膨胀阀130降低吸气过热度增大制冷剂循环量，可提高换热效果，提高蒸发温度，相同制冷量的情况下，压缩机110的频率更低，功耗更低。带液的风险由于制冷剂循环量在部分负荷时肯定是低于满载的流量，故吸气口的流速下降，带液风险不高。
本发明实施例还提供一种电子设备，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器用于读取并执行所述存储器中的指令，以使得所述电子设备实现所述制机房空调冷媒流量的控制方法的全部或部分步骤。
本发明实施例还提供一种适用于机房空调冷媒流量的控制系统，包括多个传感器和集中控制器：
各个所述传感器分别用于：采集室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；
所述集中控制器用于：通过各个传感器获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀130的开度。
优选的，所述传感器包括室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器、压缩机吸气口的温度传感器和压缩机吸气口的压力传感器。
优选的，所述集中控制器根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种适用于机房空调冷媒流量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；
根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；
根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；
将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q，具体包括以下步骤：
根据室内进出风温度传感器监测到的进风温度T1和进风湿度
Figure FDA0002740164660000011
出风温度T2和出风湿度
Figure FDA0002740164660000012
以及预置的焓湿图曲线，计算当前室内侧的进风焓值h1和出风焓值h2；
根据监测到当前的室内风机频率f以及预置的室内风机的风量频率曲线，计算室内风机的风量m；
根据进风焓值h1和出风焓值h2、室内风机的风量m计算室内实际热负荷Q，其计算公式为：
Q＝m*(h1-h2)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述室内实际负荷百分比load％，其计算公式为：
load％＝室内实际热负荷Q/室内名义满载冷量负荷。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2，计算公式为：
ΔT2＝T3-TS。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度，具体包括：
当目标吸气过热度ΔT1比实际吸气过热度ΔT2大时，关闭电子膨胀阀的开度；
当目标吸气过热度ΔT1和实际吸气过热度ΔT2小时，开大电子膨胀阀的开度。
7.一种电子设备，其特征在于：其包括存储器和处理器，所述存储器中存储有指令，所述处理器用于读取并执行所述存储器中的指令，以使得所述电子设备实现如权利要求1～6中任意一项所述的方法。
8.一种适用于机房空调冷媒流量的控制系统，其特征在于，包括多个传感器和集中控制器：
各个所述传感器分别用于：采集室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力；
所述集中控制器用于：通过各个传感器获取室内侧进风温湿度、出风温湿度、室内风机的频率、压缩机吸气口的温度和压力，根据进风温湿度、出风温湿度和室内风机的频率，计算室内实际热负荷Q及室内实际负荷百分比load％；根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1；根据预置的制冷剂的压力和温度的曲线、监测到的压缩机吸气口的温度和压力P，计算实际制冷剂饱和温度TS；根据压缩机吸气口的温度T3以及实际制冷剂饱和温度TS计算实际吸气过热度ΔT2；将目标吸气过热度ΔT1与实际吸气过热度ΔT2进行比较，根据比较结果调整电子膨胀阀的开度。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述传感器包括室内侧进风温湿度传感器、室内侧出风温湿度传感器、室内风机的频率传感器、压缩机吸气口的温度传感器和压缩机吸气口的压力传感器。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述集中控制器根据室内实际负荷百分比load％计算目标吸气过热度ΔT1，计算公式为：
ΔT1＝a*(load％)3+b(load％)2+c(load％)+d；
其中，a为load％对吸气过热度的三阶权重系数，b为常数吸气过热度的二阶权重系数，c为吸气过热度的一阶权重系数，d为常数。
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