CN118076069A - 一种数据中心多模块化氟泵空调系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据中心多模块化氟泵空调系统及控制方法，系统包括至少两台室外主机、室内主机和泵柜，相邻两台室内主机分别连接不同的室外主机，室外主机与多台室内主机之间共用一台泵柜。室外各主机、室内各主机制冷剂管路出口均安装有温度、压力传感器，可有效避免短时室外环境参数突变造成系统频繁切换模式，提高系统稳定性。当系统由机械制冷模式切换至自然冷模式时，系统逐步降低压缩机频率、启动所有冷凝器机组并提升相应冷凝风机转速至最大、减小模式切换的室内主机电子膨胀阀开度，待系统压力平衡后再启用或调节氟泵，有利于减少多模块系统转入自然冷模式时的制冷参数波动，提高系统整体稳定性。

Description

一种数据中心多模块化氟泵空调系统及控制方法

技术领域

本发明涉及制冷系统技术领域，具体是一种数据中心多模块化氟泵空调系统及控制方法。

背景技术

数据中心作为数字化建设的基石，因其能耗高、用电密度大等特点成为关注的焦点。近些年来，高效、节能化转型成为继续发展大规模数据中心的必然要求，由此行业分析数据中心能源结构，针对机房中能耗占比大、可优化潜力高的制冷系统提出了一系列改进措施。其中，一种通过引入自然冷源减少制冷系统能耗的氟泵空调技术，因结构简单、节能效果明显在制冷领域得到广泛研究。而随着数据中心规模的不断扩大，仅依靠单一室外制冷主机连接多室内末端的传统多联氟泵机组逐渐无法满足商业制冷的冷负荷和可靠性要求，制冷范围更广、商业适配更灵活、具备冷负荷备份功能的模块化多联氟泵机组逐渐得到行业青睐。

类似于传统氟泵多联机，模块化的多联氟泵空调机组存在机械压缩和氟泵自然冷两种制冷模式及相关架构，分别用以满足夏季高温和冬季低温的制冷需求，相比纯机械压缩空调机组系统全年电能消耗有效减少，但由于多模块氟泵系统室外主机和室内末端数量较多、管网连接更为复杂，在系统根据室外环境变化进行制冷模式切换调整时，若仅依靠传统氟泵空调的控制方案可能会造成制冷系统对机柜设备的散热效果不可靠。因此，本发明专利基于传统氟泵空调控制方案针对多模块氟泵机组的模式切换控制方法提出相应解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种数据中心多模块化氟泵空调系统及控制方法用以解决数据中心多模块氟泵空调切换运行模式过程中制冷效果不可靠的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种数据中心多模块氟泵空调系统，包括室外机组、室内机组和过渡柜组；所述室外机组包括至少两台室外主机，所述室外主机包括冷凝器，所述冷凝器的输出端安装有单向阀，所述室外主机的出口端安装有电动调节球阀，所述单向阀与所述电动调节球阀之间安装有压力传感器和温度传感器；所述室内机组包括至少两台室内主机，相邻两台所述室内主机分别连接不同的所述室外主机，所述室内主机的入、出口端安装有温度传感器和湿度传感器；所述过渡柜组包括至少两台泵柜，所述室外主机与多台所述室内主机之间共用一台所述泵柜，所述泵柜包括氟泵，所述氟泵的输入端和输出端安装有压力传感器和温度传感器。

作为本发明的进一步优选，所述室外主机还包括压缩机，所述压缩机的输入端通过电磁阀与所述室外主机的入口端连接，所述压缩机的输出端与所述冷凝器的输入端连接；所述电磁阀的输入端与所述压缩机的输出端之间并联有单向阀。

作为本发明的进一步优选，所述泵柜还包括储液器，所述储液器的进液口与所述泵柜的入口端连接，所述氟泵的输入端通过电磁阀与所述储液器的出液口连接，所述电磁阀的输入端与所述储液器的出液口之间安装有所述压力传感器，所述氟泵的输出端与所述泵柜的出口端连接，且所述氟泵的输出端与所述泵柜的出口端之间安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述电磁阀的输入端与所述氟泵的输出端之间并联有单向阀。

作为本发明的进一步优选，所述室外主机冷凝器末端安装有单向阀，安装高度高于泵柜，可有效避免压缩机关闭、系统压力再平衡过程中可能发生的冷媒逆流回冷凝器问题。

作为本发明的进一步优选，所述室内主机包括蒸发器，所述蒸发器的输入端通过电子膨胀阀与所述室内主机的入口端连接，所述电子膨胀阀的进口与所述室内主机的入口端之间安装有温度传感器，所述蒸发器的输出端与所述室内主机的出口端连接，且所述蒸发器的输出端与所述室内主机的出口端之间安装有所述温度传感器和所述湿度传感器。

作为本发明的进一步优选，所述室外主机、所述泵柜和所述室内主机的进出口端均安装有干湿球温度计。

一种数据中心多模块氟泵空调的控制方法，包括如下步骤：

S1.检测环境温度：当环境温度大于预设阈值时满足自然冷条件，系统进入自然冷模式：否则，系统进入机械制冷模式；

S2.自然冷模式切换控制：系统向所有室外主机发送开启自然冷指令，并判断所有室外主机是否进入自然冷模式；若是，则系统完成自然冷模式切换；若不是，则选择未进入自然冷模式的室外主机进行自然冷模式切换控制；

S21.全部室外主机开启冷凝器并提高冷凝器至最大转速，选择一组未进入自然冷模式的室外主机进行切换；

S22.室外主机控制内置压缩机缓慢降低频率直至关闭，对应室内主机减小电子膨胀阀开度，根据制冷目标调节室外主机电动球阀开度；

S23.根据进出口制冷剂压差调节氟泵转速，对应室内主机调整电子膨胀阀开度，完成该组室外主机的模式切换；

S24.重复上述步骤，对所有未进入自然冷模式的室外主机逐个进行模式切换；

S3.机械制冷模式切换控制：

S31.系统根据制冷目标判断切换至机械制冷模式后应启用的压缩机数量并据此发送相应调整指令至各室外主机；

S32.收到需启用内置压缩机组指令的室外主机调整电动球阀开度至最大，启用内置压缩机并根据压缩机频率调整制冷能力；此时，无需启用内置压缩机组的室外主机调整电动球阀开度至最小进入待机模式；

S33.对应室内主机调整电子膨胀阀开度，系统完成机械制冷模式切换。

作为本发明的进一步优选，所述S22中，相邻未进行模式切换的室内主机增大电子膨胀阀开度以提高制冷能力避免区域室内机柜过热。

作为本发明的进一步优选，系统向室外主机发送开启自然冷指令后，所有室外主机并非同时进行模式切换，未进行模式切换的室外主机及对应室内主机同时增载运行，待系统稳定后调节对应泵柜的氟泵转速，逐个进行切换。

与现有技术相比，本发明具有如下优点或技术效果：

室外各主机、室内各主机制冷剂管路出口均安装有温度、压力传感器，系统模式的确定不仅取决于室外的环境温度、湿度参数，还取决于主机模块和末端模块出口的制冷剂过冷度和过热度，可有效避免短时室外环境参数突变造成系统频繁切换模式，提高系统稳定性。

系统内相邻室内主机及对应室外主机不同时进行机械制冷到自然冷模式的切换，部分室内主机及对应室外主机切换至自然冷状态时相邻室内主机增载运行，可有效避免系统模式切换过程中因制冷效果不可靠引起的部分机柜过热。

室外主机冷凝器末端安装有单向阀，安装高度高于泵柜模块，可有效避免压缩机关闭、系统压力再平衡过程中可能发生的冷媒逆流回冷凝器问题。

泵柜进、出口端安装有压力传感器，采用的变频氟泵可根据进出口压差及室外主机的冷凝器出口过冷度控制启停和调节转速，有利于提高自然冷源利用效率、减少制冷剂在长连管路中闪发。

各室外主机出口端均安装有电动球阀，有利于调节自然冷模式下各室外主机的负荷分配，同时当环境温度升高系统由自然冷模式切换至机械制冷模式时，部分室外主机的电动球阀可根据系统制冷目标灵活调整室外主机启用数量，避免启用压缩机过多引起能耗增加。

当系统由机械制冷模式切换至自然冷模式时，系统逐步降低压缩机频率、启动所有冷凝器机组并提升相应冷凝风机转速至最大、减小模式切换的室内主机电子膨胀阀开度，待系统压力平衡后再启用或调节氟泵，有利于减少多模块系统转入自然冷模式时的制冷参数波动，提高系统整体稳定性。

附图说明

图1数据中心多模块氟泵空调系统示意图；

图2为室外主机结构简图；

图3为泵柜结构简图；

图4为室内主机结构简图；

图5为自然冷模式切换控制流程图；

图6为机械制冷模式切换控制流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“部分”、“其他”“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，以便这里描述的本发明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。

实施例

图1是根据本发明实施例的数据中心多模块氟泵空调系统示意图。如图1所示，当系统满足自然冷模式切换条件时向各室内主机、室外主机及泵柜发送模式切换指令，A组室内主机及所连接主机根据控制原理进行模式切换，过程中相邻B、C组室内主机及所连接主机提高制冷能力运行。待A组完成切换过程及系统稳定后，B组室内主机及所连接主机根据控制原理进行模式切换，过程中相邻A、C组室内主机及所连接主机做提高制冷能力运行。同样的，C组室内主机及所连接主机根据控制原理进行模式切换时相邻A、B组室内主机及所连接主机做提高制冷能力运行。其目的是减小系统在机械制冷模式切换至自然冷模式过程因压缩机、氟泵停止运行、末端电子膨胀阀减小和系统压力不平衡引起的制冷能力波动，避免期间机柜发生过热，提高系统稳定和安全性。需要说明的是，本实施例说明书及上述附图中的术语“A组”、“B组”、“C组”及图中室内末端及主机的连接次序、连接数量等是用于区别类似的对象，而非指代固定的顺序、机组数量及并联方法。

图2为室外主机结构简图。如图2所示，室外主机包括冷凝器和压缩机，冷凝器的输出端安装有单向阀，室外主机的出口端安装有电动调节球阀，单向阀与电动调节球阀之间安装有压力传感器和温度传感器，压缩机的输入端通过电磁阀与室外主机的入口端连接，压缩机的输出端与冷凝器的输入端连接。电磁阀的输入端与压缩机的输出端之间并联有单向阀。室外主机的出口端安装有电动调节阀用于调节自然冷模式下各主机模块的制冷量分配；在冷凝器末端安装有单向阀用于避免系统模式切换过程因压力不平衡引起制冷剂逆流回冷凝器；在室外主机进出口端安装有压力、温度传感器，用于监测主机进口制冷过热度及冷凝器出口过冷度；室外机安装有温度、湿度传感器用于监测室外环境参数。

图3为泵柜结构简图。如图3所示，泵柜包括氟泵和储液器，氟泵为变频氟泵，储液器的进液口与泵柜的入口端连接，氟泵的输入端通过电磁阀与储液器的出液口连接，电磁阀的输入端与储液器的出液口之间安装有压力传感器，氟泵的输出端与泵柜的出口端连接，且氟泵的输出端与泵柜的出口端之间安装有压力传感器和温度传感器。电磁阀的输入端与氟泵的输出端之间并联有单向阀。氟泵进出口安装有压力、温度传感器，用于监测氟泵进出口压差、过冷度以调节氟泵转速和冷凝器制冷量；泵柜内分为机械制冷和自然冷模式制冷剂管路且均安装有单向阀以避免系统压力不平衡时制冷剂逆流。

进一步说明，室外主机冷凝器末端安装有单向阀，安装高度高于泵柜模块，可有效避免压缩机关闭、系统压力再平衡过程中可能发生的冷媒逆流回冷凝器问题。

图4为室内主机结构简图。如图4所示，室内主机包括蒸发器，蒸发器的输入端通过电子膨胀阀与室内主机的入口端连接，电子膨胀阀的进口与室内主机的入口端之间安装有温度传感器，蒸发器的输出端与室内主机的出口端连接，且蒸发器的输出端与室内主机的出口端之间安装有温度传感器和湿度传感器。室内主机的进出口端安装有温度、压力传感器用于监测进口制冷剂过冷度及出口过热度，以调节末端电子膨胀阀开度，蒸发器装有温度、湿度传感器用于监测室内环境参数及蒸发器出风温度。

图5为数据中心多模块氟泵空调系统自然冷模式切换控制流程图。如图5所示，当系统监测到室外干湿球温度满足自然冷条件后，向室外主机发送开启自然冷指令，系统中选择一未进入自然冷模式的室内主机及所连接主机组进行模式切换，此时全部、包括待机状态的室外主机的冷凝器开启并提高冷凝风机至最大转速以减少该组模式切换过程造成的系统制冷能力下降。所选进行模式切换的主机组控制内置压缩机缓慢降低频率直至关闭，其制冷能力由系统根据制冷目标调节电动调节球阀开度控制，相邻未进行模式切换的室内主机适当增大电子膨胀阀开度以提高制冷能力避免区域室内机柜过热。待系统完成上述操作且内部压力再平衡后，模式切换机组中相应泵柜启动并根据进出口制冷剂压差调节氟泵转速，相应室内主机调整电子膨胀阀开度，完成该组机组模式切换。此后，系统判断是否所有主机组完成自然冷模式切换，若完成则系统已切换至自然冷模式，否则重复上述操作直至系统完全转为自然冷模式。

图6为数据中心多模块氟泵空调系统机械制冷模式切换控制流程图。如图6所示，当系统监测到室外干湿球温度及主机末端出口温度不满足自然冷条件进入机械制冷模式切换流程。此时系统根据制冷目标判断切换至机械制冷模式后应启用压缩机数量并据此发送相应调整指令至各室外主机。其中，收到需启用内置压缩机组指令的室外主机调整电动球阀开度至最大，启用内置压缩机并根据压缩机频率调整制冷能力，收到无需启用内置压缩机组指令的室外主机调整电动球阀开度至最小进入待机模式。待系统完成上述操作且内部压力再平衡后，各室内主机调整电子膨胀阀开度，系统完成自然冷模式至机械制冷模式的切换。

在各种运行工况下，相比于传统氟泵多联机组，模块化多联机组制冷范围广、商业组合灵活方便，安全性高，所述控制方法有效避免了模块化多联氟泵机组模式切换过程中因压缩机和氟泵启停调整引起的系统散热效果下降问题。本发明专利未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，包括室外机组、室内机组和过渡柜组；所述室外机组包括至少两台室外主机，所述室外主机包括冷凝器，所述冷凝器的输出端安装有单向阀，所述室外主机的出口端安装有电动调节球阀，所述单向阀与所述电动调节球阀之间安装有压力传感器和温度传感器；所述室内机组包括至少两台室内主机，相邻两台所述室内主机分别连接不同的所述室外主机，所述室内主机的入、出口端安装有温度传感器和湿度传感器；所述过渡柜组包括至少两台泵柜，所述室外主机与多台所述室内主机之间共用一台所述泵柜，所述泵柜包括氟泵，所述氟泵的输入端和输出端安装有压力传感器和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，所述室外主机还包括压缩机，所述压缩机的输入端通过电磁阀与所述室外主机的入口端连接，所述压缩机的输出端与所述冷凝器的输入端连接；所述电磁阀的输入端与所述压缩机的输出端之间并联有单向阀。

3.根据权利要求1所述的一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，所述泵柜还包括储液器，所述储液器的进液口与所述泵柜的入口端连接，所述氟泵的输入端通过电磁阀与所述储液器的出液口连接，所述电磁阀的输入端与所述储液器的出液口之间安装有所述压力传感器，所述氟泵的输出端与所述泵柜的出口端连接，且所述氟泵的输出端与所述泵柜的出口端之间安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述电磁阀的输入端与所述氟泵的输出端之间并联有单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，所述泵柜的安装高度低于所述室外主机的出口端。

5.根据权利要求1所述的一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，所述室内主机包括蒸发器，所述蒸发器的输入端通过电子膨胀阀与所述室内主机的入口端连接，所述电子膨胀阀的进口与所述室内主机的入口端之间安装有温度传感器，所述蒸发器的输出端与所述室内主机的出口端连接，且所述蒸发器的输出端与所述室内主机的出口端之间安装有所述温度传感器和所述湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，所述室外主机、所述泵柜和所述室内主机的进出口端均安装有干湿球温度计。

7.一种数据中心多模块氟泵空调控制方法，基于如权利要求1-6所述的任意一种数据中心多模块氟泵空调系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1.检测环境温度：当环境温度大于预设阈值时满足自然冷条件，系统进入自然冷模式：否则，系统进入机械制冷模式；

S2.自然冷模式切换控制：系统向所有室外主机发送开启自然冷指令，并判断所有室外主机是否进入自然冷模式；若是，则系统完成自然冷模式切换；若不是，则选择未进入自然冷模式的室外主机进行自然冷模式切换控制；

S21.全部室外主机开启冷凝器并提高冷凝器至最大转速，选择一组未进入自然冷模式的室外主机进行切换；

S22.室外主机控制内置压缩机缓慢降低频率直至关闭，对应室内主机减小电子膨胀阀开度，根据制冷目标调节室外主机电动球阀开度；

S23.根据进出口制冷剂压差调节氟泵转速，对应室内主机调整电子膨胀阀开度，完成该组室外主机的模式切换；

S24.重复上述步骤，对所有未进入自然冷模式的室外主机逐个进行模式切换；

S3.机械制冷模式切换控制：

S31.系统根据制冷目标判断切换至机械制冷模式后应启用的压缩机数量并据此发送相应调整指令至各室外主机；

S32.收到需启用内置压缩机组指令的室外主机调整电动球阀开度至最大，启用内置压缩机并根据压缩机频率调整制冷能力；此时，无需启用内置压缩机组的室外主机调整电动球阀开度至最小进入待机模式；

S33.对应室内主机调整电子膨胀阀开度，系统完成机械制冷模式切换。

8.根据权利要求7所述的一种数据中心多模块氟泵空调控制方法，其特征在于，所述S22中，相邻未进行模式切换的室内主机增大电子膨胀阀开度以提高制冷能力避免区域室内机柜过热。

9.根据权利要求7所述的一种数据中心多模块氟泵空调控制方法，其特征在于，系统向室外主机发送开启自然冷指令后，所有室外主机并非同时进行模式切换，未进行模式切换的室外主机及对应室内主机同时增载运行，待系统稳定后调节对应泵柜的氟泵转速，逐个进行切换。