CN113790484A - 具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法 - Google Patents

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李猛
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Abstract

本发明公开了一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法，其中，双变频机房空调机组包括依次连接并形成闭环的第一变频压缩系统、第二变频压缩系统、控制器、回风温湿度传感器、EC风机和送风温度传感器。其中，第一变频压缩系统与第二变频压缩系统相同，第一变频压缩系统又包括变频压缩机、室外机、电子膨胀阀、蒸发器、低压传感器和吸气温度传感器。上述回风温湿度传感器、EC风机、送风温度传感器、变频压缩机、室外机、电子膨胀阀、蒸发器、低压传感器和吸气温度传感器分别与所述控制器连接。本发明利用了双变频机组实现高效节能，并能够实现整机组智能调节。

Description

具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法
技术领域
本发明涉及机房空调制冷技术领域，具体而言，涉及一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法。
背景技术
物联网、区块链、数据云和AI人工智能信息化技术日新月异，信息化技术的发展引领着各行业快速地建设更多、更大的数据中心。2020年5G技术全面商用让信息化技术“存储信息量大、数据多，处理信息、数据频率快”，5G技术下的区块链、物联网、数据云和AI人工智能的信息化技术要求机房空调具有节能环保、负荷可调且响应快速和热流密度大的特点。此外，《CEC xxx-2019节能产品认证技术规范数据中心精密空调》要求机房空调季节能效要求≥5.8，双变频机组应用成为行业趋势，同时《GB50174-2017数据中心设计规范》要求更多机房空调采用送风控制逻辑，进一步提升空调的能效比。因此，研究高效节能的机房空调机组具有重要的意义。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：采用现有的空调制冷技术得到的机房空调机节能效果不佳，目的在于提供一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法，能够实现机房空调机组的高效节能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组，包括：第一变频压缩系统、第二变频压缩系统、控制器、回风温湿度传感器、EC风机和送风温度传感器。其中，控制器用于收集参数，发出指令，控制所有部件正常运行；回风温湿度传感器可检测机组室内回风温度；送风温度传感器为本发明的主要控制变量，可机组送风温度；EC风机用于实现室内空气流动动力转置。所述第一变频压缩系统包括：变频压缩机、室外机、电子膨胀阀、蒸发器、低压传感器和吸气温度传感器。变频压缩机是制冷循环的动力提供部件，频率变化控制送回风温差；室外机用于向环境散热；电子膨胀阀可控制制冷循环系统的冷媒流量和低压压力；蒸发器用于吸收室内环境热量，降低室内环境温度；低压传感器用于检测系统吸气管路压力，吸气温度传感器用于检测系统吸气温度。所述变频压缩机、所述室外机、所述电子膨胀阀、所述蒸发器、所述低压传感器和所述吸气温度传感器依次连接，形成闭环回路；所述第一变频压缩系统与所述第二变频压缩系统相同；所述回风温湿度传感器、所述EC风机、所述送风温度传感器、所述变频压缩机、所述室外机、所述电子膨胀阀、所述蒸发器、所述低压传感器和所述吸气温度传感器分别与所述控制器连接。
此发明整体采用在两套变频压缩系统之间通过升频和降频调节，从机组开机到运行再到关机的全过程相互协调配合，实现双变频机房空调机组的智能调节以达到能耗最低。两套变频压缩系统整机组中所有部件均由控制器控制，该控制器对从各部件接收到的信号进行分析处理，得到最优策略并通过指令控制各部件工作。其中，单个变频压缩系统中利用了回风温湿度传感器和出风温度传感器，分别对回风和送风的温度、温度差进行检测，并利用低压传感器检测系统吸气管路压力，利用吸气温度传感器检测系统吸气温度，电子膨胀阀根据上述检查结果来控制制冷循环系统的冷媒流量和低压压力，从而控制蒸发器的工作效率来改变室内的送风温度，实现根据目标送风温度对室内温度进行灵活调节。
作为对本发明的进一个描述，所述第一变频压缩系统包括：高压开关、低压开关和系统连接管路。其中，高压开关和低压开关保护压缩机在正常范围内运行；所述高压开关连接在所述变频压缩机和所述室外机之间；所述低压开关连接在所述吸气温度传感器和所述变频压缩机之间；所述高压开关与所述室外机通过所述系统连接管路连接，所述室外机与所述电子膨胀阀通过所述系统连接管路。
一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，所述送风控制方法包括：机组开机方法、机组停机方法、送风温度控制方法和EC风机控制方法；
所述机组开机方法包括以下步骤：
S11：启动所述第一变频压缩系统，按照送风PID调节方式将所述第一变频压缩系统的运行频率调节至最高频率，并控制所述第一变频压缩系统按照最高频率和预定时长持续运行；
S12：检测所述第一变频压缩系统是否需要继续升频，若需要继续升频，则执行步骤S13，否则维持所述第一变频压缩系统运行；
S13：启动所述第二变频压缩系统，将所述第二变频压缩系统的运行频率调节为默认频率的同时，将所述第一变频压缩系统的运行频率降至所述默认频率。
所述机组停机方法包括以下步骤：
S21：分别将所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统降频至所述默认频率；
S22：控制所述第二变频压缩系统停机，随后控制所述第一变频压缩系统以所述默认频率运行30秒后停机。
所述送风温度控制方法包括以下步骤：
S31：分别获取目标送风温度、当前送风温度和前一周期送风温度，根据所述目标送风温度、所述当前送风温度和所述前一周期送风温度获取压缩机的变化频率；
S32：根据所述变化频率，分别对所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统进行频率调节，得到调节后的变频压缩系统运行频率。
所述EC风机控制方法包括以下步骤：
S41：分别获取目标送回风温差、当前送回风温差和前一周期送回风温差，根据所述目标送回风温差、所述当前送回风温差和所述前一周期送回风温差获取EC风机的运行电压变化量；
S42：根据所述运行电压变化量对所述EC风机进行电压调节，得到调节后的EC风机运行电压。
作为对本发明的进一步描述，所述最高频率的默认值为80HZ；所述预定时长为120s，所述预定时长可调；所述默认频率为40HZ，所述默认频率可调。
作为对本发明的进一步描述，所述变化频率的获取方法为：定义频率变化模型，利用所述频率变化模型获取压缩机的变化频率；所述频率变化模型的表达式为：
δP＝Kp×(Tsd-Tsb)+Kd×(Tsd-Tsq)，其中，δP表示变化频率，Kp表示当前送风温度与目标送风温度差值的调整系数，Tsd表示当前送风温度，Tsb表示目标送风温度，Kd表示当前送风温度与前一周期送风温度差值的调整系数，Tsq表示前一周期送风温度；
所述调节后的变频压缩系统运行频率P＝Pd+δP，其中，Pd表示变频压缩系统的当前频率。
作为对本发明的进一步描述，变频压缩系统的应急控制方法为：当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统中的一个出现故障时，将另一个变频压缩系统的运行频率调节至当前频率的2倍后再进行PID控制。
作为对本发明的进一步描述，对所述运行电压变化量的获取方法为：定义电压变化量模型，利用所述电压变化量模型获取EC风机的运行电压变化量；所述电压变化量模型的表达式为：δV＝Kp1×(δTd-δT)+Kd1×(δTd-δTq)，其中δV表示运行电压变化量，Kp1表示当前送回风温差与目标送回风温差的差值调整系数，δTd表示当前送回风温差，δT表示目标送风温差，Kd1表示当前送回风温差与前一周期送回风温度差的差值调整系数，δTq表示前一周期送回风温差；
所述调节后的EC风机运行电压V＝Vd+δV，其中，Vd表示EC风机的当前电压。
作为对本发明的进一步描述，EC风机的控制方法为：当δT＜δT-4时，降低所述EC风机的转速；当δT＞δT+4时，升高所述EC风机的转速。
作为对本发明的进一步描述，EC风机的应急控制方法为：当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统同时出现故障时，控制所述EC风机以额定转速运行；因所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统待机，或因送风温度导致所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统停运时，控制所述EC风机以最低转速运行。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法，利用双变频机组实现高效节能；
2、本发明实施例提供的一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组及其控制方法，实现整机组智能调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组开机时序图。
图3为本发明实施例2提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组停机时序图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-第一变频压缩系统，2-第二变频压缩系统，3-控制器，4-回风温湿度传感器，5-EC风机，6-送风温度传感器，11-变频压缩机，12-室外机，13-电子膨胀阀，14-蒸发器，15-低压传感器，16-吸气温度传感器，17-高压开关，18-低压开关，19-系统连接管路。
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白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的结构示意图。如图所示，具有送风控制功能的双变频机房空调机组，包括：第一变频压缩系统1、第二变频压缩系统2、控制器3、回风温湿度传感器4、EC风机5和送风温度传感器6。其中，控制器3用于收集参数，发出指令，控制所有部件正常运行；回风温湿度传感器4可检测机组室内回风温度；送风温度传感器6为本发明的主要控制变量，可机组送风温度；EC风机5用于实现室内空气流动动力转置。
所述第一变频压缩系统1包括：变频压缩机11、室外机12、电子膨胀阀13、蒸发器14、低压传感器15和吸气温度传感器16。变频压缩机11是制冷循环的动力提供部件，频率变化控制送回风温差；室外机12用于向环境散热；电子膨胀阀13可控制制冷循环系统的冷媒流量和低压压力；蒸发器14用于吸收室内环境热量，降低室内环境温度；低压传感器15用于检测系统吸气管路压力，吸气温度传感器16用于检测系统吸气温度。
所述变频压缩机11、所述室外机12、所述电子膨胀阀13、所述蒸发器14、所述低压传感器15和所述吸气温度传感器16依次连接，形成闭环回路；所述第一变频压缩系统1与所述第二变频压缩系统2相同；所述回风温湿度传感器4、所述EC风机5、所述送风温度传感器6、所述变频压缩机11、所述室外机12、所述电子膨胀阀13、所述蒸发器14、所述低压传感器15和所述吸气温度传感器16分别与所述控制器3连接。
上述第一变频压缩系统1还包括：高压开关17、低压开关18和系统连接管路19。其中，高压开关17和低压开关18保护压缩机在正常范围内运行；所述高压开关17连接在所述变频压缩机11和所述室外机12之间；所述低压开关18连接在所述吸气温度传感器16和所述变频压缩机11之间；所述高压开关17与所述室外机12通过所述系统连接管路19连接，所述室外机12与所述电子膨胀阀13通过所述系统连接管路19。
实施例2
一种具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，包括：机组开机方法、机组停机方法、送风温度控制方法和EC风机控制方法；
图2为本实施例提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组开机时序图。如图所示，机组开机方法包括以下步骤：
S11：启动所述第一变频压缩系统，按照送风PID调节方式将所述第一变频压缩系统的运行频率调节至最高频率，并控制所述第一变频压缩系统按照最高频率和预定时长持续运行；需说明的是，该最高频率默认为80HZ，预定时长为120s，该预定时长可根据实际情况进行调整。
S12：检测所述第一变频压缩系统是否需要继续升频，若需要继续升频，则执行步骤S13，否则维持所述第一变频压缩系统运行；
S13：启动所述第二变频压缩系统使其运行到40HZ，将所述第二变频压缩系统的运行频率调节为默认频率的同时，将所述第一变频压缩系统的运行频率降至所述默认频率。此处的默认频率为40HZ，并且第一变频压缩系统和第二变频压缩系统在同一频率下进行升频和降频。
图3为本实施例提供的具有送风控制功能的双变频机房空调机组停机时序图。机组停机方法包括以下步骤：
S21：分别将所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统降频至所述默认频率40HZ；
S22：控制所述第二变频压缩系统停机，随后控制所述第一变频压缩系统以所述默认频率运行30秒后停机。
所述送风温度控制方法包括以下步骤：
S31：分别获取目标送风温度、当前送风温度和前一周期送风温度，根据所述目标送风温度、所述当前送风温度和所述前一周期送风温度获取压缩机的变化频率；
S32：根据所述变化频率，分别对所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统进行频率调节，得到调节后的变频压缩系统运行频率。
所述EC风机控制方法包括以下步骤：
S41：分别获取目标送回风温差、当前送回风温差和前一周期送回风温差，根据所述目标送回风温差、所述当前送回风温差和所述前一周期送回风温差获取EC风机的运行电压变化量；
S42：根据所述运行电压变化量对所述EC风机进行电压调节，得到调节后的EC风机运行电压。
上述变化频率的获取方法为：定义频率变化模型，利用所述频率变化模型获取压缩机的变化频率；所述频率变化模型的表达式为：δP＝Kp×(Tsd-Tsb)+Kd×(Tsd-Tsq)，其中，δP表示变化频率，Kp表示当前送风温度与目标送风温度差值的调整系数，默认值为0.5，Tsd表示当前送风温度，默认值为5，Tsb表示目标送风温度，Kd表示当前送风温度与前一周期送风温度差值的调整系数，Tsq表示前一周期送风温度；
所述调节后的变频压缩系统运行频率P＝Pd+δP，其中，Pd表示变频压缩系统的当前频率。
当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统中的一个出现故障时，将另一个变频压缩系统的运行频率调节至当前频率的2倍后再进行PID控制。
上所述运行电压变化量的获取方法为：定义电压变化量模型，利用所述电压变化量模型获取EC风机的运行电压变化量；所述电压变化量模型的表达式为：δV＝Kp1×(δTd-δT)+Kd1×(δTd-δTq)，其中δV表示运行电压变化量，Kp1表示当前送回风温差与目标送回风温差的差值调整系数，其默认值为0.5，δTd表示当前送回风温差，δT表示目标送风温差，Kd1表示当前送回风温差与前一周期送回风温度差的差值调整系数，其默认值为5，δTq表示前一周期送回风温差；
所述调节后的EC风机运行电压V＝Vd+δV，其中，Vd表示EC风机的当前电压。
作为对本发明的进一步描述，EC风机的控制方法为：当δT＜δT-4时，降低所述EC风机的转速；当δT＞δT+4时，升高所述EC风机的转速。
当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统同时出现故障时，控制所述EC风机以额定转速运行；因所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统待机，或因送风温度导致所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统停运时，控制所述EC风机以最低转速运行。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (9)

1.具有送风控制功能的双变频机房空调机组，其特征在于，
包括：第一变频压缩系统(1)、第二变频压缩系统(2)、控制器(3)、回风温湿度传感器(4)、EC风机(5)和送风温度传感器(6)；
所述第一变频压缩系统(1)包括：变频压缩机(11)、室外机(12)、电子膨胀阀(13)、蒸发器(14)、低压传感器(15)和吸气温度传感器(16)；所述变频压缩机(11)、所述室外机(12)、所述电子膨胀阀(13)、所述蒸发器(14)、所述低压传感器(15)和所述吸气温度传感器(16)依次连接，形成闭环回路；
所述第一变频压缩系统(1)与所述第二变频压缩系统(2)相同；
所述回风温湿度传感器(4)、所述EC风机(5)、所述送风温度传感器(6)、所述变频压缩机(11)、所述室外机(12)、所述电子膨胀阀(13)、所述蒸发器(14)、所述低压传感器(15)和所述吸气温度传感器(16)分别与所述控制器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组，其特征在于，所述第一变频压缩系统(1)包括：高压开关(17)、低压开关(18)和系统连接管路(19)；所述高压开关(17)连接在所述变频压缩机(11)和所述室外机(12)之间；所述低压开关(18)连接在所述吸气温度传感器(16)和所述变频压缩机(11)之间；所述高压开关(17)与所述室外机(12)通过所述系统连接管路(19)连接，所述室外机(12)与所述电子膨胀阀(13)通过所述系统连接管路(19)。
3.根据权利要求2所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，所述送风控制方法包括：机组开机方法、机组停机方法、送风温度控制方法和EC风机控制方法；
所述机组开机方法包括以下步骤：
S11：启动所述第一变频压缩系统，按照送风PID调节方式将所述第一变频压缩系统的运行频率调节至最高频率，并控制所述第一变频压缩系统按照最高频率和预定时长持续运行；
S12：检测所述第一变频压缩系统是否需要继续升频，若需要继续升频，则执行步骤S13，否则维持所述第一变频压缩系统运行；
S13：启动所述第二变频压缩系统，将所述第二变频压缩系统的运行频率调节为默认频率的同时，将所述第一变频压缩系统的运行频率降至所述默认频率；
所述机组停机方法包括以下步骤：
S21：分别将所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统降频至所述默认频率；
S22：控制所述第二变频压缩系统停机，随后控制所述第一变频压缩系统以所述默认频率运行30秒后停机；
所述送风温度控制方法包括以下步骤：
S31：分别获取目标送风温度、当前送风温度和前一周期送风温度，根据所述目标送风温度、所述当前送风温度和所述前一周期送风温度获取压缩机的变化频率；
S32：根据所述变化频率，分别对所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统进行频率调节，得到调节后的变频压缩系统运行频率；
所述EC风机控制方法包括以下步骤：
S41：分别获取目标送回风温差、当前送回风温差和前一周期送回风温差，根据所述目标送回风温差、所述当前送回风温差和所述前一周期送回风温差获取EC风机的运行电压变化量；
S42：根据所述运行电压变化量对所述EC风机进行电压调节，得到调节后的EC风机运行电压。
4.根据权利要求3所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，所述最高频率的默认值为80HZ；所述预定时长为120s，所述预定时长可调；所述默认频率为40HZ，所述默认频率可调。
5.根据权利要求3所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，所述变化频率的获取方法为：定义频率变化模型，利用所述频率变化模型获取压缩机的变化频率；所述频率变化模型的表达式为：δP＝Kp×(Tsd-Tsb)+Kd×(Tsd-Tsq)，其中，δP表示变化频率，Kp表示当前送风温度与目标送风温度差值的调整系数，Tsd表示当前送风温度，Tsb表示目标送风温度，Kd表示当前送风温度与前一周期送风温度差值的调整系数，Tsq表示前一周期送风温度；
所述调节后的变频压缩系统运行频率P＝Pd+δP，其中，Pd表示变频压缩系统的当前频率。
6.根据权利要求3或5所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，变频压缩系统的应急控制方法为：当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统中的一个出现故障时，将另一个变频压缩系统的运行频率调节至当前频率的2倍后再进行PID控制。
7.根据权利要求3所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，对所述运行电压变化量的获取方法为：定义电压变化量模型，利用所述电压变化量模型获取EC风机的运行电压变化量；所述电压变化量模型的表达式为：δV＝Kp1×(δTd-δT)+Kd1×(δTd-δTq)，其中δV表示运行电压变化量，Kp1表示当前送回风温差与目标送回风温差的差值调整系数，δTd表示当前送回风温差，δT表示目标送风温差，Kd1表示当前送回风温差与前一周期送回风温度差的差值调整系数，δTq表示前一周期送回风温差；
所述调节后的EC风机运行电压V＝Vd+δV，其中，Vd表示EC风机的当前电压。
8.根据权利要求6所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，EC风机的控制方法为：当δT＜δT-4时，降低所述EC风机的转速；当δT＞δT+4时，升高所述EC风机的转速。
9.根据权利要求7或8所述的具有送风控制功能的双变频机房空调机组的控制方法，其特征在于，EC风机的应急控制方法为：当所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统同时出现故障时，控制所述EC风机以额定转速运行；因所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统待机，或因送风温度导致所述第一变频压缩系统和所述第二变频压缩系统停运时，控制所述EC风机以最低转速运行。
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