CN116105336A - 氟泵机房空调系统及其控制方法 - Google Patents

氟泵机房空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种氟泵机房空调系统及其控制方法。该氟泵机房空调系统包括循环回路,包含循环连接的压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器;第一支路,并联连通在所述冷凝器和所述节流器之间;所述第一支路上设有变频氟泵;第二支路,所述第二支路并联地连接于所述压缩机两端上。本申请在循环回路上并联设置两个支路,使得制冷剂循环路线增多,能够改变氟泵的运行频率,并耦合电子膨胀阀开度控制,适应不同循环时的制冷剂需求,达到对空调输出目标的制冷剂流量进行最优配置。

Description

氟泵机房空调系统及其控制方法
技术领域
本申请属于氟泵机房技术领域,具体涉及一种氟泵机房空调系统及其控制方法。
背景技术
现今信息化时代,数据中心规模日渐增加的趋势下,用于数据中心降温处理的机房空调耗电量和运营成本备受关注,而氟泵机房空调自然冷却循环系统在常年处于低温环境的数据中心的运用,使数据中心PUE值(数据中心总能耗/IT设备能耗)能够大幅度降低,成为机房空调制造商的核心研发项目。而氟泵机房空调制冷剂流量的最优调节是提升氟泵能效、降低数据中心PUE值的关键技术。
在氟泵机房空调现有技术中,针对制冷剂流量的调节有:通过控制系统对储液器的液位监测控制氟泵的流量,即液位高度高于设定值时,加大氟泵流量,当液位高度低于设定值时,减小氟泵流量;还有:由两个PID控制系统组成的双闭环流量调节系统,即通过氟泵进出口实际压力差与目标压力差执行PID控制得到目标转速和通过氟泵实际转速的输出电流/电压与目标转速的的输出电流/电压的差值再次执行PID控制,将实时输出电压或实时输出电流调整为目标输出电流。
以上氟泵精通系统制冷剂调节技术方案的实施均是通过控制氟泵的输出流量调节系统制冷剂流量,而空调系统的流量控制是多元复杂的,单一的氟泵流量调节不能达到对空调输出目标的制冷剂流量最优匹配。
发明内容
因此,本申请提供一种氟泵机房空调系统及其控制方法,能够解决现有技术中单一的氟泵流量调节不能达到对空调输出目标的制冷剂流量最优匹配的问题。
为了解决上述问题,本申请提供一种氟泵机房空调系统,包括:
循环回路,包含循环连接的压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器;
第一支路,并联连通在所述冷凝器和所述节流器之间;所述第一支路上设有变频氟泵;
第二支路,所述第二支路并联地连接于所述压缩机两端上。
可选地,所述第二支路上设有第一单向阀,所述第一单向阀的流通方向与所述压缩机的方向相同。
可选地,与所述第一支路并联设置的部分所述循环回路上设有第二单向阀,所述第二单向阀的流通方向与所述氟泵的流通方向相同。
可选地,所述循环回路上还设有储液器和气液分离器,所述储液器设在所述冷凝器出口与所述第一支路之间,所述气液分离器设在所述压缩机的入口侧管路上。
可选地,所述氟泵、所述节流器和所述蒸发器的出入端均设有压力传感器;所述压缩机入口端设有温度传感器。
可选地,所述节流器包括电子膨胀阀。
根据本申请的另一方面,提供了一种如上所述氟泵机房空调系统的控制方法,包括:
检测环境温度;
环境温度低于第一预设温度时,开启氟泵,运行冷凝器、第一支路、节流器、蒸发器和第二支路的循环过程。
可选地,所述节流器包括电子膨胀阀时,所述氟泵的运行频率和所述电子膨胀阀的开度为耦合控制。
可选地,环境温度高于第一预设温度而小于第二预设温度时,同时开启氟泵和压缩机,运行冷凝器、第一支路、节流器、蒸发器和压缩机的循环过程。
可选地,所述节流器包括电子膨胀阀时,所述氟泵的运行频率和所述电子膨胀阀的开度为耦合控制。
本申请提供的一种氟泵机房空调系统,包括:循环回路,包含循环连接的压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器;第一支路,并联连通在所述冷凝器和所述节流器之间;所述第一支路上设有变频氟泵;第二支路,所述第二支路并联地连接于所述压缩机两端上。
本申请在循环回路上并联设置两个支路,使得制冷剂循环路线增多,能够改变氟泵的运行频率,并耦合电子膨胀阀开度控制,适应不同循环时的制冷剂需求,达到对空调输出目标的制冷剂流量进行最优配置。
附图说明
图1为本申请实施例的氟泵机房空调系统原理结构图;
附图标记表示为:
1、压缩机;2、第一单向阀;3、冷凝器;4、储液罐;5、泵进口压力传感器;6、第二单向阀;7、氟泵;8、泵出口压力传感器;9、节流前压力传感器;10、电子膨胀阀;11、节流后压力传感器;12、蒸发器;13、吸气压力传感器;14、吸气温度传感器;15、气液分离器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合参见图1所示,根据本申请的实施例,一种氟泵机房空调系统,包括:
循环回路,包含循环连接的压缩机1、冷凝器3、节流器和蒸发器12;
第一支路,并联连通在所述冷凝器3和所述节流器之间;所述第一支路上设有变频氟泵7;
第二支路,所述第二支路并联地连接于所述压缩机1两端上。
本申请在循环回路上并联设置两个支路,使得制冷剂循环路线增多,能够改变氟泵7的运行频率,适应不同循环时的制冷剂需求,达到对空调输出目标的制冷剂流量进行最优配置。
本申请与传统的压缩式制冷系统,额外增设了氟泵7,在外界环境温度较低时,空调系统通过自然冷却方式制冷,即氟泵7为系统制冷剂循环提供唯一或主要动力将室外冷量输送到室内。
这样,本申请运行模式可以包括压缩制冷模式、氟泵7制冷模式和混合模式,其中压缩制冷和混合制冷模式制冷剂循环状态具有相变过程,而氟泵7制冷模式自然冷却方式制冷剂循环状态没有相变过程,因此不同模式制冷剂流量调节控制方法存在区别。
在一些实施例中,所述第二支路上设有第一单向阀2,所述第一单向阀2的流通方向与所述压缩机1的方向相同。优选地,与所述第一支路并联设置的部分所述循环回路上设有第二单向阀6,所述第二单向阀6的流通方向与所述氟泵7的流通方向相同。
在相应的管路上设置单向阀,使得制冷剂在该相应的管路上流动方向,确保回路的流通顺利进行,实现不同模式运行的流量控制。
在一些实施例中,所述循环回路上还设有储液器和气液分离器15,所述储液器设在所述冷凝器3出口与所述第一支路之间,所述气液分离器15设在所述压缩机1的入口侧管路上。
为确保循环回路中,制冷剂循环流动的形态不会对设备造成影响,在相应的位置上设置储液器和气液分离器15。
在一些实施例中,所述氟泵7、所述节流器和所述蒸发器12的出入端均设有压力传感器;所述压缩机1入口端设有温度传感器。
在相应位置上设置相应的传感器,用于检测制冷剂循环状态反馈到控制系统数据分析模块,执行计算控制功能。
在一些实施例中,所述节流器包括电子膨胀阀10。
本申请采用变频氟泵增设于空调系统中,使得制冷剂循环模式多样化,达到调节制冷剂流量。整个空调系统原理如图1所示,系统主要部件及制冷循环方向为压缩机1、冷凝器3、储液罐4、氟泵7、膨胀阀10、蒸发器12及气液分离器15,其中压缩机形式可以是定频或变频,节流元件为电子膨胀阀,氟泵为变频氟泵,能够实现流量无级调节;机组具备检测模块,包括进口压力传感器5、泵出口压力传感器、节流前压力传感器9、节流后压力传感器11、吸气压力传感器13、吸气温度传感器14,用于检测制冷剂循环状态反馈到控制系统数据分析模块,执行计算控制功能,图中控制系统及相关部件不做显示。
本申请氟泵机房空调系统具有三种运行模式:压缩制冷模式、氟泵制冷模式和混合模式,其中压缩制冷和混合制冷模式制冷剂循环状态具有相变过程,而氟泵制冷模式自然冷却方式制冷剂循环状态没有相变过程,因此不同模式制冷剂流量调节控制方法存在区别。注意的是,压缩制冷模式不涉及氟泵和电子膨胀阀的耦合控制,本申请不做解释。
其中,实施自然冷却方式主要是由氟泵制冷模式和混合模式,而系统模式切换由控制系统控制第一单向阀2和第二单向阀6实现。氟泵制冷模式和混合模式系统循环氟泵与电子膨胀阀的耦合控制实施方式如下:
空调机组具备温度与压力检测模块,通过传感器件检测检测回风温度和外环境温度反馈到控制系统进行计算,空调机组同时具备数据分析模块,分析回风温度与设定温度之差(回风温度-设定温度)和外环境温度对应数值区间所需要的制冷负荷,控制器根据负荷需求控制氟泵输出频率实现系统制冷剂流量控制,室内外温度参数变化及不同运行模式的频率输出控制如表1所示,室外温度越小所需氟泵频率越小、室内回风温度与设定值差值越大氟泵频率越大,注意的是,表1数据只做控制原理实施解释,具体数值根据机组开发实际能力设定。
变频氟泵频率越大进出口压差越大,在氟泵频率稳定输出后,耦合调节电子膨胀阀开度匹配氟泵的能力,机组数据分析模块存储氟泵区间进出口压力差对应最佳电子膨胀阀开度,实施方法通过检测模块检测变频氟泵进出口压力反馈到数据分析模块计算分析,控制器根据计算结果控制电子膨胀阀开度,从而实现变频氟泵与电子膨胀阀的最佳耦合控制调节制冷剂流量制冷。
强调的是,上述区间进出口压力差对应最佳电子膨胀阀开度的数据存储可根据机组开发实验测试得到,不同设备的匹配数据存在区别,本方案不做此限制。
表1氟泵频率温度区间控制表
Figure BDA0004041951490000061
实施例1
根据本申请的另一方面,提供了一种如上所述氟泵机房空调系统的控制方法,包括:
检测环境温度;
环境温度低于第一预设温度时,开启氟泵,运行冷凝器、第一支路、节流器、蒸发器和第二支路的循环过程。
优选地,所述节流器包括电子膨胀阀时,所述氟泵的运行频率和所述电子膨胀阀的开度为耦合控制。
本申请提供氟泵机房空调系统的一种控制方法,实施方式为:在机组检测到环境温度低于氟泵制冷模式切换设定温度即第一预设温度(例如≤5℃)时,机组切换到氟泵模式,控制系统控制所诉第一单向阀打开、第二单向阀断开形成氟泵制冷循环,制冷剂流向依次为氟泵7、电子膨胀阀10、蒸发器12、第一单向阀2、冷凝器3。采用此模式后,压缩机停止运行,电子膨胀阀复位到初始开度(例如90步),变频氟泵输出频率根据上述的控制方法匹配室内制冷负荷,在氟泵以匹配频率稳定运行一段时间后,电子膨胀阀耦合控制,根据氟泵稳定运行的进出口压差调节开度。
实施例2
在一些实施例中,环境温度高于第一预设温度而小于第二预设温度时,同时开启氟泵和压缩机,运行冷凝器、第一支路、节流器、蒸发器和压缩机的循环过程。
优选地,所述节流器包括电子膨胀阀时,所述氟泵的运行频率和所述电子膨胀阀的开度为耦合控制。
本方案为氟泵机房空调系统的另一种控制方法,实施方式为:在机组检测到环境温度低于混合制冷模式切换设定温度即第二预设温度(例如≤15℃)时,机组切换到混合模式,控制系统控制第一单向阀和第二单向阀同时断开,形成混合制冷循环,制冷剂流向依次为压缩机1、冷凝器3、储液罐4、氟泵7、电子膨胀阀10、蒸发器12、气液分离器15。此种模式,压缩机逐级降频到最低频率运行,电子膨胀阀开度同时复位到压缩机最低频率的设定值,待压缩机与电子膨胀阀稳定运行后,变频氟泵启动运行,输出频率根据上述的控制方法匹配室内制冷负荷,在氟泵以匹配频率稳定运行一段时间后,电子膨胀阀耦合控制,根据氟泵稳定运行的进出口压差调节开度。强调的是,混合制冷模式压缩机启动运行需要保证一定吸气过热度避免液击,设置电子膨胀阀吸气过热度控制,即通过温度传感器检测吸气温度和和蒸发器进口温度反馈到控制器计算吸气过热度,当过热度低于设定值时,电子膨胀阀进入吸气过热度控制,限制阀继续开大或者减小阀开度,避免阀控制方式切换频繁,当实时吸气过热度持续大于设定值一定温度(例+1℃)一段时间后,电子膨胀阀退出吸气过热度控制恢复氟泵压差耦合控制。
本申请在变频氟泵空调氟泵制冷和混合制冷模式下,在达到机组负荷要求时控制氟泵最小输出功率和电子膨胀阀耦合调节系统制冷剂流量,实现了空调系统制冷剂流量与空调制冷负荷的最优匹配,减少空调机组能耗,降低机组应用场所PUE值,节省运营成本。
本领域的技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述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。以上所述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 (10)

1.一种氟泵机房空调系统,其特征在于,包括:
循环回路,包含循环连接的压缩机(1)、冷凝器(3)、节流器和蒸发器(12);
第一支路,并联连通在所述冷凝器(3)和所述节流器之间;所述第一支路上设有变频氟泵(7);
第二支路,所述第二支路并联地连接于所述压缩机(1)两端上。
2.根据权利要求1所述的氟泵机房空调系统,其特征在于,所述第二支路上设有第一单向阀(2),所述第一单向阀(2)的流通方向与所述压缩机(1)的方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的氟泵机房空调系统,其特征在于,与所述第一支路并联设置的部分所述循环回路上设有第二单向阀(6),所述第二单向阀(6)的流通方向与所述氟泵(7)的流通方向相同。
4.根据权利要求1所述的氟泵机房空调系统,其特征在于,所述循环回路上还设有储液器和气液分离器(15),所述储液器设在所述冷凝器(3)出口与所述第一支路之间,所述气液分离器(15)设在所述压缩机(1)的入口侧管路上。
5.根据权利要求4所述的氟泵机房空调系统,其特征在于,所述氟泵(7)、所述节流器和所述蒸发器(12)的出入端均设有压力传感器;所述压缩机(1)入口端设有温度传感器。
6.根据权利要求5所述的氟泵机房空调系统,其特征在于,所述节流器包括电子膨胀阀(10)。
7.一种如权利要求1-6任一项所述氟泵机房空调系统的控制方法,其特征在于,包括:
检测环境温度;
环境温度低于第一预设温度时,开启氟泵(7),运行冷凝器(3)、第一支路、节流器、蒸发器(12)和第二支路的循环过程。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述节流器包括电子膨胀阀(10)时,所述氟泵(7)的运行频率和所述电子膨胀阀(10)的开度为耦合控制。
9.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,环境温度高于第一预设温度而小于第二预设温度时,同时开启氟泵(7)和压缩机(1),运行冷凝器(3)、第一支路、节流器、蒸发器(12)和压缩机(1)的循环过程。
10.根据权利要求9所述的控制方法,其特征在于,所述节流器包括电子膨胀阀(10)时,所述氟泵(7)的运行频率和所述电子膨胀阀(10)的开度为耦合控制。
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