CN112524706A - 用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统、方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统、方法及应用，空调外机预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；同时，检测空调外机的噪音数据，高于噪声阈值上限时，减小空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；低于噪声阈值下限时，增大空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量。本发明通过进风量和进水量的组合调节，使得空调运行稳定，噪音达标，不出现空调压缩机高温报警，控制精度高，成本低，可靠性高，效果显著。本发明检测空调外机的噪声，高于阈值上限时，减小空调外机进风量，为了满足足够的制冷量，同时增大空调外机预冷却装置的进水量，在保障空调制冷量的同时降低了空调外机的噪音。

Description

用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统、方法及应用
技术领域
本发明涉及机房空调技术领域，尤其涉及一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统、方法及应用。
背景技术
中国机房的增长速度远超过预期，我国各类机房总量约43万个，可容纳服务器超过500万台。其中经营性机房近千个，面积约90万平米，机柜数约17.7万个，可容纳服务器约200万台。随着云计算的快速发展，近5年我国对机房流量处理能力的需求将增长7～10倍，机房面积需要再翻一番才能满足云计算发展的需求。我国机房总耗电量达700亿千瓦时，已经占到全社会用电量的1.5％，相当于天津市全年的总用电量。在数据中心的总能耗里，IT设备能耗占51％，通风空调系统占到35％，照明及其它能耗占14％。IT设备的能耗往往取决于企业对设备本身的工作负荷需求，除此之外的环境控制系统(空调系统)占有的能耗比重相当大。同时由于IT设备数量及密度的增加，使得机房空调外机过热现象严重，噪音问题非常严重。按照国家标准，噪音排放限值参照《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 1 2348-2008)表1中的Ⅱ类标准限值，即昼间60dB(A)，夜间50dB(A)。按此标准，降噪可以分为白天和晚上两种工况，白天可以噪音大些，符合国家标准的60dB(A)，晚上必须噪音小，达到50dB(A)以下。
针对风冷机房精密空调采用降噪措施后，虽然风冷空调外机噪音可以得到有效控制，但是，由于降噪措施会导致空调外机排风不畅，极易导致空调外机出现严重的热岛效应，从而引发机房空调的高温报警(高压报警)，甚至空调压缩机宕机情况的出现。
如何在降噪的同时，保证空调的稳定运行，满足降温需求是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于风冷空调外机降噪及预冷的组合控制方法，在给空调外机进行降噪处理的同时，增加风冷空调外机进风的预冷却降温系统，解决降噪措施导致的空调外机高温报警现象。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，包括：预冷却装置、噪声监测模块、温度监测模块、水流量控制模块、风量控制模块以及控制模块；
所述预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；
所述噪声监测模块用于测量空调外机出风侧的噪音数据；
所述温度监测模块用于检测空调外机进出风温度；
所述水流量控制模块用于控制空调外机预冷却装置的进水量，调节空调外机的进风温度；
所述风量控制模块用于控制空调外机的进风量；
所述控制模块比较空调外机噪音数据与噪声阈值，当空调外机噪音数据高于噪声阈值上限时，控制所述风量控制模块减小空调外机的进风量，所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；当空调外机噪音数据低于噪声阈值下限时，控制所述风量控制模块增大空调外机的进风量，所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量。
进一步地，还包括降噪板，形成空调外机的封闭安装空间以及独立的进风、出风空间。进一步地，所述噪声监测模块包括噪声传感器，安装在出风空间外侧。
进一步地，所述控制模块是包括有时间控制单元的控制模块，根据预先设定的时段判断当前时间为白天时段或晚上时段；分别进行温度控制，比较出风温度和设定温度：
当出风温度高于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块增大空调外机的进风量，所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度高于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块减小空调外机的进风量，所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度等于设定温度，则维持当前的进风量和进水量。
进一步地，所述噪声阈值上限白天时段为60dB(A)，晚上时段为50dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段；
进一步地，所述噪声阈值下限白天时段为50dB(A)，晚上时段为40dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段。
进一步地，所述水流量控制模块包括安装在预冷却装置送水管上的送水电动阀，所述风量控制模块包括控制进风量的电动风阀。
本发明第二方面提供一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制方法，包括：
空调外机预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；
检测空调外机的噪音数据，与噪声阈值比较，当高于噪声阈值上限时，控制减小空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；当低于噪声阈值下限时，控制增大空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量。
进一步地，还包括通过降噪板形成空调外机的封闭安装空间以及独立的进风、出风空间。
进一步地，还包括根据预先设定的时段判断当前时间为白天时段或晚上时段；分别进行温度控制，比较出风温度和设定温度：
当出风温度高于设定温度且为白天，则控制增大空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度高于设定温度且为晚上，则控制增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为白天，则控制减小空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为晚上，则控制减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度等于设定温度，则维持当前的进风量和进水量。
进一步地，所述噪声阈值上限白天时段为60dB(A)，晚上时段为50dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段；
进一步地，所述噪声阈值下限白天时段为50dB(A)，晚上时段为40dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段。
本发明第三方面提供一种风冷空调，包括所述的用于空调外机降噪及预冷的控制系统。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明通过进风量和进水量的组合调节，使得空调运行稳定，噪音达标，不出现空调压缩机高温报警，控制精度高，成本低，可靠性高，效果显著。
(2)本发明检测空调外机的噪声，当噪声达到阈值上限时，控制减小空调外机的进风量，为了满足足够的制冷量需要，同时增大空调外机预冷却装置的进水量，在保障制冷量的同时降低了空调外机的噪音。
(3)本发明通过区分白天时段和晚上时段，进行不同的控制，能够同时满足晚上时段较高的降噪要求以及白天时段较高的降温要求。
(4)本发明降噪板形成空调外机的封闭安装空间，采用物理方式减少噪声向外传播，形成独立的进风、出风空间，使得进风量能够准确控制，出风噪声能控准确测量。
附图说明
图1为本发明用于风冷空调外机降噪及预冷的组合控制系统结构的俯视图；
图2为本发明用于风冷空调外机降噪及预冷的组合控制系统结构的侧视图；
图3为本发明用于预冷却的自动控制系统组成示意图；
图4为本发明用于风冷空调外机降噪及预冷的自动组合控制部件示意图；
图5为本发明控制空调外机风量的反馈控制原理图；
图6为本发明控制空调外机水量的反馈控制原理方框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种用于风冷空调外机降噪及预冷的组合控制系统，包括预冷却装置4、降噪板3、噪声监测模块、温度监测模块、水流量控制模块、风量控制模块以及控制模块。
降噪板3，形成封闭的空调外机5的进出风独立空间，用以降低噪音。结合图1-2，在结构方面，根据建筑结构1的情况，在空调外机5的四周安装降噪板3，形成封闭的空调外机5的进出风独立空间，用以降低噪音。主要的噪音集中在出风口处，在出风口外安装噪音传感器6检测噪音数据，对该处的噪音进行控制，使得满足标准的要求。
预冷却装置4由潜热冷却控制柜、潜热冷却湿膜框架、潜热冷却水箱等主要单元组成。潜热冷却湿膜框架是降温系统的中的降温设备，对进入空调外机的风通过潜热冷却方式降温，达到给空调外机降温目的，使空调外机不会出现温度过高的情况，避免因高温报警出现宕机的情况。潜热冷却水箱是降温系统中冷源设备，通过水泵7将水箱中的水，通过送水管8，由送水电动阀10调节水量，再送至预冷却装置4的湿膜，从而将经过湿膜的风冷却，达到空调外机5降温目的。进一步地，预冷却装置4的湿膜加湿部分与空调外机间隔四周采用不锈钢板密封。
噪声监测模块包括噪音传感器6，安装在空调外机出风口外，测量噪音数据。温度监测模块包括温度传感器，用于检测空调外机进、出风温度。水流量控制模块包括送水电动阀10，用于控制空调外机预冷却装置的进水量，调节空调外机的进风温度。结合图3，通过水泵7将水箱中的水，通过送水管8，由送水电动阀10调节水量，再送至预冷却装置4的湿膜，从而将经过湿膜的风冷却，达到空调外机5降温目的。风量控制模块包括电动风阀11，用于控制空调外机的进风量。进、出风温度发送到控制模块，由控制模块发送给显示部件显示进、出风温度。
结合图5，空调外机5运行时，噪音传感器6接收到噪音数据，通过负反馈调节，电动风阀11执行，实时调节风量的大小。空调外机5运行时把热量传递给室外空气，引起出风侧的温度变化，反应在出风温度计连接的传感器上，提供出风温度数据，通过负反馈调节，送水电动阀10执行，实时调节水量的大小。
结合图6，空调外机5运行时，温度传感器检测出风温度，进行负反馈调节，送水电动阀10调节水的流量，进而控制调节出风温度。
控制模块进行噪声控制和温度控制。控制模块内置时间控制单元，根据预先设定的时段判断当前时间为白天时段或晚上时段。可以通过对时的方式接收当前时间，也可以进行计时计算当前时间。时段的划分满足标准要求或生活习惯。例如白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段，噪声阈值上限白天时段为60dB(A)，晚上时段为50dB(A)；白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段，噪声阈值下限白天时段为50dB(A)，晚上时段为40dB(A)。
进行噪声控制包括：比较噪音数据与噪声阈值，当高于噪声阈值上限时，控制减小空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；当低于噪声阈值下限时，控制增大空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量。进风量的调节是一个连续调节的过程，当减小进风量设定时间后，仍然不满足要求，则继续减小进风量。进水量的调节可以与温度控制相结合，例如，当噪声超过阈值后，增大进水量，如果后续温度不满足温度阈值要求，则继续增大进水量。
进行温度控制包括比较出风温度和设定温度：
当出风温度高于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块增大空调外机的进风量，所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；当出风温度高于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；当出风温度低于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块减小空调外机的进风量，所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；当出风温度低于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；当出风温度等于设定温度，则维持当前的进风量和进水量。进一步地，为了避免出现出风量过低的情况，设置出风量下限值，当达到出风量下限值仍然无法满足噪声要求时，输出报警提示，用户可以进行重启操作，进行恢复。出风量的大小也可以进行手动调节，但一旦噪声超过阈值，则进行出风量的自动调节。
控制模块是潜热冷却降温系统的心脏，负责逻辑控制、系统反馈、联动控制等任务，包括控制板、交流接触器、空气开关块等单元。控制器可以根据用户需求进行设置，把使用工况可以分为白天和晚上两种工况，白天可以噪音大些，也符合国家标准的60dB(A)，晚上必须50dB(A)以下。白天加大风量，减少水量；晚上，减少风量，增加水量。在室外环境温度高的时候，加大风量和水量，在室外环境温度低的时候，减少风量和水量。噪音过大时，要减小进出风的风量，同时，要增加水量，以达到根据不同时段，来控制噪音的目的；噪音过小时，会出现风机工作效率太低，空调压缩机高温报警，要增加出风的风量，可减小水量，以达到根据不同时段，在满足输出噪音的前提下，尽量节能电耗和水耗的目的。用于风冷空调外机降噪及预冷的自动组合控制方法的策略，保证在加装风冷空调外机降噪降温系统后，空调运行稳定，噪音达标，不出现空调压缩机高温报警。
综上所述，本发明涉及一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统、方法及应用，风冷空调外机预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；同时，检测空调外机的噪音数据，与噪声阈值比较，当高于噪声阈值上限时，控制减小空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；当低于噪声阈值下限时，控制增大空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量。本发明通过进风量和进水量的组合调节，使得空调运行稳定，噪音达标，不出现空调压缩机高温报警，控制精度高，成本低，可靠性高，效果显著。本发明检测风冷空调外机的噪声，当噪声达到阈值上限时，控制减小空调外机的进风量，为了满足足够的制冷量需要增大空调外机预冷却装置的进水量，在保障制冷量的同时降低了空调外机的噪音。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，其特征在于，包括：预冷却装置、噪声监测模块、温度监测模块、水流量控制模块、风量控制模块以及控制模块；
所述预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；
所述噪声监测模块用于测量空调外机出风侧的噪音数据；
所述温度监测模块用于检测空调外机进出风温度；
所述水流量控制模块用于控制空调外机预冷却装置的进水量，调节空调外机的进风温度；
所述风量控制模块用于控制空调外机的进风量；
所述控制模块比较空调外机噪音数据与噪声阈值，当空调外机噪音高于噪声阈值上限时，控制所述风量控制模块减小空调外机的进风量，所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；当低于噪声阈值下限时，控制所述风量控制模块增大空调外机的进风量，所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量。
2.根据权利要求1所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，其特征在于：还包括降噪板，形成空调外机的封闭安装空间以及独立的进风、出风空间。进一步地，所述噪声监测模块包括噪声传感器，安装在出风空间外侧。
3.根据权利要求1或2所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，其特征在于：所述控制模块是包括有时间控制单元的控制模块，根据预先设定的时段判断当前时间为白天时段或晚上时段；分别进行温度控制，比较出风温度和设定温度：
当出风温度高于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块增大空调外机的进风量，所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度高于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为白天，则控制所述风量控制模块减小空调外机的进风量，所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为晚上，则控制所述水流量控制模块减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度等于设定温度，维持当前的进风量和进水量。
4.根据权利要求3所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，其特征在于：所述噪声阈值上限白天时段为60dB(A)，晚上时段为50dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段；所述噪声阈值下限白天时段为50dB(A)，晚上时段为40dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段。
5.根据权利要求1或2所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统，其特征在于：所述水流量控制模块包括安装在预冷却装置送水管上的送水电动阀，所述风量控制模块包括控制进风量的电动风阀。
6.一种用于风冷空调外机降噪及预冷的控制方法，其特征在于，包括：
空调外机预冷却装置对进入空调外机的风通过潜热冷却方式进行降温；
检测空调外机的噪音数据，与噪声阈值比较，当高于噪声阈值上限时，减小空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；当低于噪声阈值下限时，增大空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量。
7.根据权利要求6所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制方法，其特征在于：还包括通过降噪板形成空调外机的封闭安装空间以及独立的进风、出风空间。
8.根据权利要求6或7所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制方法，其特征在于：还包括根据预先设定的时段判断当前时间为白天时段或晚上时段；分别进行温度控制，比较出风温度和设定温度：
当出风温度高于设定温度且为白天，则控制增大空调外机的进风量，增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度高于设定温度且为晚上，则控制增大空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为白天，则控制减小空调外机的进风量，减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度低于设定温度且为晚上，则控制减小空调外机预冷却装置的进水量；
当出风温度等于设定温度，则维持当前的进风量和进水量。
9.根据权利要求8所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制方法，其特征在于：所述噪声阈值上限白天时段为60dB(A)，晚上时段为50dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段；所述噪声阈值下限白天时段为50dB(A)，晚上时段为40dB(A)，进一步地白天时段为6:00～22:00，其余时段为晚上时段。
10.一种风冷空调，包括权利要求1-5之一所述的用于风冷空调外机降噪及预冷的控制系统。
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