CN113218048B - 一种多联空调系统及运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多联空调系统及运行控制方法，该多联空调系统包括氟泵循环单元、电控单元及与冷媒进行热交换的压缩制冷单元和自然冷却单元，电控单元控制压缩制冷单元、自然冷却单元和氟泵循环单元的启停和调节；压缩制冷单元包括中间换热器、压缩机和冷凝器，中间换热器、压缩机和冷凝器依次串联形成回路；氟泵循环单元包括气体管路、液体管路、氟泵和多个空调终端，多个空调终端并联设置在气体管路和液体管路之间；氟泵设置在液体管路上；所述气体管路分别连接至中间换热器和自然冷却单元的一端；中间换热器和自然冷却单元的另一端分别与液体管路连接。本发明的多联空调系统减少了室外机数量且散热效率高。

Description

一种多联空调系统及运行控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种多联空调系统及运行控制方法。

背景技术

通信行业数据中心机房和基站机房耗能巨大，其中约有40％的耗电为空调系统消耗，用于维持通信设备合适的工作环境；发展到5G时代，通信设备功率更高，对空调需求更大，能耗形势进一步严峻，需要尽可能利用自然冷源免费冷却、少开压缩机方式降低空调能耗。

目前通信行业场景普遍采用没有带自然冷却功能的风冷空调，能耗较高，不管天气温度高低，都无法利用自然冷却，而且每个风冷空调终端通常配套一台室外机，形成一拖一的独立运行模式，导致室外机数量太多，安装不便，管理复杂，能耗较高，而且需要较多的安装空间和占地面积。在空调利用自然冷却节能方面，采用的节能措施有直接或间接引入新风，热管自然冷却，叠加氟泵循环等。也有部分中大型机房采用集中式冷冻水空调系统，由水冷或风冷冷水主机提供冷冻水作为冷源，通过水泵驱动，向空调终端供应冷冻水，冷冻水与机房或设备热空气换热后，温度升高后返回冷水主机循环冷却。但存在以下问题：

(1)直接引入新风有凝露风险，防尘防雨防虫防腐处理复杂，安装空间较大；而间接引入新风换热，同样存在脏堵、防腐、维护频繁、设备体积较大等问题，系统效率、节能性和可靠性大打折扣；

(2)热管模式对室内外温差要求较高，无法完全替代压缩机制冷，导致可应用温度与地域范围非常有限，节能程度很一般；

(3)压缩机和氟泵都是直联空调终端，压缩机制冷模式与氟泵模式之间来回切换，存在系统压力和流量的波动，在长连管、高落差、末端管路数量较多等极端条件下压缩机回油存在严重隐患，容易导致压缩机液击或缺油损坏、氟泵抽空损坏等问题，应用安全可靠性不好。虽然也有部分厂家采用磁悬浮/气悬浮无油压缩机叠加氟泵多联空调系统，解决了回油问题，但是磁悬浮/气悬浮无油压缩机价格较高，技术较专业，维护也较复杂，导致初投资和运维成本高；

(4)采用冷水主机对冷源集中处理，虽然比较节能，也解决了室外机数量多的问题，但是将冷冻水引入机房，甚至冷冻水靠近通信设备，给机房和设备带来严重进水隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题中：针对现有的空调节能技术缺陷以及多联空调系统无法利用自然冷却且散热效率低的问题，提供一种多联空调系统。

本发明提供了一种多联空调系统，包括氟泵循环单元、电控单元及与冷媒进行热交换的压缩制冷单元和自然冷却单元，所述电控单元控制所述压缩制冷单元、所述自然冷却单元和氟泵循环单元的启停和调节；所述压缩制冷单元包括中间换热器、压缩机和冷凝器，所述中间换热器、所述压缩机和所述冷凝器依次串联形成回路；所述氟泵循环单元包括气体管路、液体管路、氟泵和多个空调终端，多个所述空调终端并联设置在所述气体管路和所述液体管路之间；所述氟泵设置在所述液体管路上；所述气体管路分别连接至所述中间换热器和所述自然冷却单元的一端；所述中间换热器和所述自然冷却单元的另一端分别与所述液体管路连接。

可选地，所述冷凝器包括壳体、轴流风机、冷凝盘管、填料、补水装置、节流装置和用于向所述冷凝盘管喷水的喷淋装置，所述轴流风机安装于所述壳体上；所述冷凝盘管容置于所述壳体内，所述冷凝盘管的进气端与所述压缩机连接，所述冷凝盘管的出液端通过所述节流装置与所述中间换热器连接；所述喷淋装置和填料容置于所述壳体内，所述补水装置与所述喷淋装置连接。

可选地，所述喷淋装置包括喷淋件、水槽、水泵和连接管路，所述喷淋件包括多个可旋转喷头，所述可旋转喷头设置在所述壳体近所述轴流风机的一端；所述水槽容置于所述壳体内，所述水槽与所述补水装置连通；所述连接管路连接所述水槽和所述喷淋件，所述连接管路上设置有所述水泵。

可选地，所述自然冷却单元包括冷却盘管，所述冷却盘管容置于所述壳体内，且设置在所述喷淋件和所述水槽之间；所述冷却盘管的进气端与所述气体管路连接，所述冷却盘管的出液端与所述液体管路连接。

可选地，所述氟泵循环单元还包括第一阀门和第二阀门；所述第一阀门和所述第二阀门均设置有出口端和进口端；所述第一阀门的进口端连接所述气体管路，所述第一阀门的出口端分别连接所述中间换热器和所述冷却盘管的进气端；所述第二阀门的进口端连接所述冷却盘管的出液端以及所述中间换热器，所述第二阀门的出口端连接所述氟泵；所述第一阀门和所述第二阀门为三通阀或两个二通阀。

可选地，所述氟泵循环单元还包括储液器和安装于每一所述空调终端的冷量调节组件，所述储液器设置在所述氟泵的进口端；所述冷量调节组件包括容量调节阀和可调速风机，所述容量调节阀设置在所述空调终端与所述液体管路之间。

可选地，所述电控单元包括控制器、干湿球传感器和温度探头，所述干湿球传感器设置在室外环境中，所述干湿球传感器和空调终端均设置有所述温度探头，所述温度探头与所述控制器通信连接；所述氟泵循环单元和所述压缩机制冷单元均与所述控制器通信连接。

另一方面，本发明还提供一种多联空调系统的运行控制方法，包括：

采集室外温度和所述空调终端的进风温度；

当所述室外温度，和/或所述空调终端的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元控制所述压缩机和冷凝器启动；所述中间换热器对所述气体管路的冷媒进行热交换，或所述中间换热器和自然冷却单元同时对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路；

当所述室外温度，和/或所述空调终端的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述控制器控制所述压缩机关闭；所述自然冷却单元对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路。

可选地，还包括：

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元控制所述压缩机和所述轴流风机启动，所述喷淋装置关闭；所述中间换热器对所述气体管路的冷媒进行热交换，或所述中间换热器和自然冷却单元同时对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路；

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述控制器控制所述压缩机和所述喷淋装置关闭；所述自然冷却单元对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路。

在本发明中，自然冷却单元通过气体管路和液体管路与空调终端连通，实现自然冷却，同时空调终端通过气体管路和液体管路与中间换热器连通，实现自然冷却单元和压缩制冷单元的混合制冷，散热效率高，扩大自然冷却范围。通过所述电控单元控制所述压缩制冷单元、所述自然冷却单元和氟泵循环单元的启停、调节与切换，实现智能管控。压缩机与空调终端通过中间换热器隔离换热，解决长连管、高落差等极端条件下压缩机回油问题，可靠性较高，维护管理更简便。多个所述空调终端并联设置在所述气体管路和所述液体管路之间，实现每个空调终端对应一个或若干个机柜，本发明的多联空调系统匹配多个机柜设备乃至多个微模块的用冷需求。并且不同环境温度下，根据采集的室外温度和所述空调终端的进风温度，按需切换到压缩制冷单元制冷模式、自然冷却单元制冷模式以及压缩制冷单元和自然冷却单元的混合制冷模式，提高多联空调系统的节能性和可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种多联空调系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示，本发明的一实施例的一种多联空调系统，包括氟泵循环单元10、电控单元20及与冷媒进行热交换的压缩制冷单元和自然冷却单元，所述电控单元20控制所述压缩制冷单元、所述自然冷却单元和氟泵循环单元10的启停和调节。所述压缩制冷单元包括中间换热器3、压缩机4和冷凝器50，所述中间换热器3、所述压缩机4和所述冷凝器50依次串联形成回路。所述氟泵循环单元10包括气体管路11、液体管路12、氟泵13和多个空调终端14，多个所述空调终端14并联设置在所述气体管路11和所述液体管路12之间。所述氟泵13设置在所述液体管路12上。所述气体管路11分别连接至所述中间换热器3和所述自然冷却单元的一端。所述中间换热器3和所述自然冷却单元的另一端分别与所述液体管路12连接。具体地，压缩机4为变频压缩机4，可动态匹配空调终端14的冷量需求，氟泵13为变频氟泵13，可根据需求调节空调终端14循环流量。空调终端14的结构形式可以为机架式、挂门式、吊顶式、底置式、侧装式或列间式等。

进一步地，电控单元还对氟泵循环单元10、电控单元20及与冷媒进行热交换的压缩制冷单元的工作状态进行判断、故障告警，空调系统通过电控单元与上位机通信。

在本实施例中，自然冷却单元通过气体管路11和液体管路12与空调终端14连通，实现自然冷却，同时空调终端14通过气体管路11和液体管路12与中间换热器3连通，实现自然冷却单元和压缩制冷单元的混合制冷，散热效率高，扩大自然冷却范围。通过所述电控单元20控制所述压缩制冷单元、所述自然冷却单元和氟泵循环单元10的启停、调节与切换，实现智能管控。压缩机4与空调终端14通过中间换热器3隔离换热，压缩机4的冷冻油不会进入空调终端14，解决长连管、高落差等极端条件下，压缩机4液击、回油困难、缺油损坏的问题，可靠性较高，维护管理更简便。多个所述空调终端14并联设置在所述气体管路11和所述液体管路12之间，实现每个空调终端14对应一个或若干个机柜，本发明的多联空调系统匹配多个机柜设备乃至多个微模块的用冷需求。根据空调终端14的不同负荷需求，电控单元20按需调节压缩机4转速和氟泵13转速，实现多联空调系统与负荷的智能匹配并且高效节能。

在一些实施例中，压缩制冷单元、自然冷却单元和氟泵循环单元10采用氟利昂制冷剂作为工质，其中，自然冷却单元和氟泵循环单元10共用制冷剂工质，压缩制冷单元的冷媒与自然冷却单元和氟泵循环单元10相互独立，可按需采用不同的制冷剂。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述冷凝器50包括壳体51、轴流风机52、冷凝盘管53、填料、补水装置、节流装置54和用于向所述冷凝盘管53喷水的喷淋装置，所述轴流风机52安装于所述壳体51上。所述冷凝盘管53容置于所述壳体51内，所述冷凝盘管53的进气端与所述压缩机4连接，所述冷凝盘管53的出液端通过所述节流装置54与所述中间换热器3连接。所述喷淋装置和填料容置于所述壳体51内，所述补水装置与所述喷淋装置连接。具体地，轴流风机52依据冷凝压力无级调速，提高系统能效比，具备节能效果。节流装置54为电子膨胀阀节流，具备较好的冷量调节能力。

在本实施例中，喷淋装置向填料和冷凝盘管53表面喷淋水，水得到扩散成微小水滴，水滴在轴流风机52带动下快速蒸发，水蒸发过程吸收大量汽化潜热，将冷凝盘管53内制冷剂工质的冷凝热带走，并且降低制冷剂冷凝温度，当环境温度较低时，停掉喷淋装置，实现干式冷凝。散热效率高，进一步提升节能效果。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述喷淋装置包括喷淋件、水槽55、水泵56和连接管路57，所述喷淋件包括多个可旋转喷头58，所述可旋转喷头58设置在所述壳体51近所述轴流风机52的一端。所述水槽55容置于所述壳体51内，所述水槽55与所述补水装置连通。所述连接管路57连接所述水槽55和所述喷淋件，所述连接管路57上设置有所述水泵56。通过可旋转喷头58，实现全方位均匀淋水，具体地，水泵56可变频调速。喷淋装置通过水泵56驱动和水槽55收集实现水循环利用。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述自然冷却单元包括冷却盘管6，所述冷却盘管6容置于所述壳体51内，且设置在所述喷淋件和所述水槽55之间。所述冷却盘管6的进气端与所述气体管路11连接，所述冷却盘管6的出液端与所述液体管路12连接。冷却盘管6内置于壳体51内，共用压缩制冷单元的轴流风机52和喷淋装置，节省初投资和安装空间。自然冷却单元的冷却模式根据喷淋装置的启停分为干式自然冷却和湿式自然冷却；干式自然冷却不需要启用喷淋装置，用于温度较低以及容易冰冻的场景；湿式自然冷却需要启用喷淋装置，向冷却盘管6喷淋水，通过填料和冷却盘管6的翅片扩散成微小水滴，水滴在轴流风机52的气流带动下迅速蒸发，水蒸发过程吸收大量汽化潜热，促进换热效果，使自然冷却单元获得的冷源温度更低，因而在较高的环境温度下也能实现自然冷却，拓宽自然冷却单元的应用温度范围。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述氟泵循环单元10还包括第一阀门15和第二阀门16。所述第一阀门15和所述第二阀门16均设置有出口端和进口端。所述第一阀门15的进口端连接所述气体管路11，所述第一阀门15的出口端分别连接所述中间换热器3和所述冷却盘管6的进气端。所述第二阀门16的进口端连接所述冷却盘管6的出液端以及所述中间换热器3，所述第二阀门16的出口端连接所述氟泵13。所述第一阀门15和所述第二阀门16为三通阀或两个二通阀。通过调节第一阀门15和第二阀门16不同流向的比例，可实现混合制冷模式下，压缩制冷单元和自然冷却单元联合投入冷量的协调和冷媒温度的调节，使得系统稳定可靠，拓宽自然冷却温度范围。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述氟泵循环单元10还包括储液器17和安装于每一所述空调终端14的冷量调节组件，所述储液器17设置在所述氟泵13的进口端，保障氟泵13入口液体供给，避免氟泵13抽空损坏。所述冷量调节组件包括容量调节阀18和可调速风机，所述容量调节阀18设置在所述空调终端14与所述液体管路12之间。通过容量调节阀18和可调速风机，可根据空调终端14的设备负荷需求自适应调节冷量分配。

在本发明的一些实施例中，所述电控单元20包括控制器、干湿球传感器和温度探头，所述干湿球传感器设置在室外环境中，所述干湿球传感器和空调终端14均设置有所述温度探头，所述温度探头与所述控制器通信连接。所述氟泵循环单元10和所述压缩机4制冷单元均与所述控制器通信连接。控制器根据温度探头采集到的温度，控制压缩制冷单元和自然冷却单元的启停和调节，实现多种制冷模式，既可靠又节能。

另一方面，本发明一实施例还提供一种多联空调系统的运行控制方法，包括：

采集室外温度和所述空调终端的进风温度，具体地，室外温度包括干湿球传感器的干球温度和湿球温度，通过所述温度探头采集所述干湿球传感器的温度和所述空调终端14的进风温度。

当所述室外温度，和/或所述空调终端14的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元20中的控制器控制所述压缩机4和冷凝器50启动。所述中间换热器3对所述气体管路11的冷媒进行热交换，或所述中间换热器3和自然冷却单元同时对所述气体管路11的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路12。

当所述室外温度，和/或所述空调终端14的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述电控单元20中的控制器控制所述压缩机4关闭。所述自然冷却单元对所述气体管路11的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路12。

在本实施例中，不同环境温度下，根据温度探头采集的室外温度，按需切换到压缩制冷单元制冷模式、自然冷却单元制冷模式以及压缩制冷单元和自然冷却单元的混合制冷模式，提高多联空调系统的节能性和可靠性。其中，根据喷淋装置的启停制冷模式分为蒸发式冷凝、干式冷凝、湿式自然冷却和干式自然冷却，根据室外温度、空调终端14的进风温度选择不同的制冷模式，实现全天候、全模式节能，并且拓宽自然冷却的可应用范围，在温度较高时也能利用自然冷却节能。

在本发明的一些实施例中，多联空调系统的运行控制方法还包括：

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端14的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元20中的控制器控制所述压缩机4和所述轴流风机52启动，所述喷淋装置关闭。所述中间换热器3对所述气体管路11的冷媒进行热交换，或所述中间换热器3和自然冷却单元同时对所述气体管路11的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路12。

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端14的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述电控单元20中的控制器控制所述压缩机4和所述喷淋装置关闭。所述自然冷却单元对所述气体管路11的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路。

在本实施例中，根据室外温度，控制喷淋装置的启停，避免产生冰冻。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多联空调系统，其特征在于，包括氟泵循环单元、电控单元及与冷媒进行热交换的压缩制冷单元和自然冷却单元，所述电控单元控制所述压缩制冷单元、所述自然冷却单元和氟泵循环单元的启停和调节；所述压缩制冷单元包括中间换热器、压缩机和冷凝器，所述中间换热器、所述压缩机和所述冷凝器依次串联形成回路；所述氟泵循环单元包括气体管路、液体管路、氟泵和多个空调终端，多个所述空调终端并联设置在所述气体管路和所述液体管路之间；所述氟泵设置在所述液体管路上；所述自然冷却单元包括冷却盘管，所述气体管路分别连接至所述中间换热器的一端和所述冷却盘管的进气端；所述中间换热器的另一端和所述冷却盘管的出液端分别与所述液体管路连接；

所述冷凝器包括壳体、轴流风机、冷凝盘管和用于向所述冷凝盘管喷水的喷淋装置，所述轴流风机安装于所述壳体上；所述冷凝盘管和所述冷却盘管分别容置于所述壳体内，所述冷凝盘管的进气端与所述压缩机连接，所述冷凝盘管的出液端与所述中间换热器连接；所述喷淋装置容置于所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的多联空调系统，其特征在于，所述冷凝器还包括填料、补水装置和节流装置，所述冷凝盘管的出液端通过所述节流装置与所述中间换热器连接；所述填料容置于所述壳体内，所述补水装置与所述喷淋装置连接。

3.根据权利要求2所述的多联空调系统，其特征在于，所述喷淋装置包括喷淋件、水槽、水泵和连接管路，所述喷淋件包括多个可旋转喷头，所述可旋转喷头设置在所述壳体近所述轴流风机的一端；所述水槽容置于所述壳体内，所述水槽与所述补水装置连通；所述连接管路连接所述水槽和所述喷淋件，所述连接管路上设置有所述水泵。

4.根据权利要求3所述的多联空调系统，其特征在于，所述氟泵循环单元还包括第一阀门和第二阀门；所述第一阀门和所述第二阀门均设置有出口端和进口端；所述第一阀门的进口端连接所述气体管路，所述第一阀门的出口端分别连接所述中间换热器和所述冷却盘管的进气端；所述第二阀门的进口端连接所述冷却盘管的出液端以及所述中间换热器，所述第二阀门的出口端连接所述氟泵；所述第一阀门和所述第二阀门为三通阀或两个二通阀。

5.根据权利要求4所述的多联空调系统，其特征在于，所述氟泵循环单元还包括储液器和安装于每一所述空调终端的冷量调节组件，所述储液器设置在所述氟泵的进口端；所述冷量调节组件包括容量调节阀和可调速风机，所述容量调节阀设置在所述空调终端与所述液体管路之间。

6.根据权利要求3所述的多联空调系统，其特征在于，所述电控单元包括控制器、干湿球传感器和温度探头，所述干湿球传感器设置在室外环境中，所述干湿球传感器和空调终端均设置有所述温度探头，所述温度探头与所述控制器通信连接；所述氟泵循环单元和所述压缩机制冷单元均与所述控制器通信连接。

7.一种如权利要求2所述的多联空调系统的运行控制方法，其特征在于，包括：

采集室外温度和所述空调终端的进风温度；

当所述室外温度，和/或所述空调终端的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元控制所述压缩机和冷凝器启动；所述中间换热器对所述气体管路的冷媒进行热交换，或所述中间换热器和所述自然冷却单元同时对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路；

当所述室外温度，和/或所述空调终端的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述电控单元控制所述压缩机关闭；所述自然冷却单元对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路。

8.根据权利要求7所述的多联空调系统的运行控制方法，其特征在于，还包括：

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端的进风温度高于第一阈值时，所述电控单元控制所述压缩机和所述轴流风机启动，所述喷淋装置关闭；所述中间换热器对所述气体管路的冷媒进行热交换，或所述中间换热器和自然冷却单元同时对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路；

当所述室外温度低于第三阈值，所述空调终端的进风温度不高于第一阈值且高于第二阈值时，所述电控单元控制所述压缩机和所述喷淋装置关闭；所述自然冷却单元对所述气体管路的冷媒进行热交换，热交换后的冷媒导回液体管路。

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