CN204373249U - 一种制冷控制系统及一种空调 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种制冷控制系统及一种空调，以提高空调的全年能效比，降低能耗。制冷控制系统包括：通过冷媒管路依次连接并形成封闭循环的压缩机、冷凝器、循环泵、节流元件和蒸发器；用于检测冷凝器中冷凝压力的压力传感器；控制器，分别与压缩机、循环泵和压力传感器信号连接，用于当所述冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机和循环泵开启运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷设备技术领域，特别是涉及一种制冷控制系统及一种空调。
背景技术
随着现代化信息技术的发展，全国通信机房的数目和规模也在不断扩大。在国家节能减排政策的号召下，减少机房能耗已经成为众多运营商关注的重点。据调查，在机房中，仅精密空调的运行耗电量就占机房总用电量的50％以上。在数量众多的基站、模块局中，空调用电量可达基站或模块局总用电量的70％左右。因此，有效减少空调耗电已成为降低机房能耗的重要方向。
在现有技术中，空调可根据室外温度的不同运行在循环泵模式或者压缩机模式下。具体地，当室外温度较高时，空调运行在压缩机模式下；当室外温度较低时(例如冬季)，空调运行在循环泵模式下。在温度较低的冬季，循环泵模式运行的能效比比较高。
现有技术存在的缺陷在于，循环泵模式在全年的运行时间比较短，对全年能效比的提高贡献不大。在全年的大部分时间，空调依然需要运行在压缩机模式下，能耗仍然比较高。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是提供一种制冷控制系统及一种空调，以提高空调的全年能效比，降低能耗。
本实用新型实施例所提供的制冷控制系统，包括：
通过冷媒管路依次连接并形成封闭循环的压缩机、冷凝器、循环泵、节流元件和蒸发器；
用于检测冷凝器中冷凝压力的压力传感器；
控制器，分别与压缩机、循环泵和压力传感器信号连接，用于当所述冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机和循环泵开启运行。
在本实用新型实施例的技术方案中，循环泵与压缩机协同工作的过程为：液态冷媒在蒸发器中吸热变成蒸汽冷媒；蒸汽冷媒经过压缩机后变成高温高压蒸汽冷媒；高温高压蒸汽冷媒在冷凝器中与外界空气强对流换热降温变成液态冷媒；液态冷媒经过循环泵升压，然后经过节流元件降压，之后再次进入蒸发器，完成一个工作循环。循环泵与压缩机可在占全年大部分时间的过渡季节协同工作，相比于现有技术，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。
本实用新型实施例还提供了一种空调，包括前述技术方案所述的制冷控制系统。该空调的全年能效比比较高，能耗较低。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例制冷控制系统结构示意图；
图2为本实用新型第二实施例制冷控制系统结构示意图；
图3为本实用新型第三实施例制冷控制系统结构示意图；
图4为本实用新型第四实施例制冷控制系统结构示意图；
图5为本实用新型第五实施例制冷控制系统结构示意图；
图6为本实用新型第六实施例制冷控制系统结构示意图；
图7为本实用新型第七实施例制冷控制系统结构示意图；
图8为本实用新型第八实施例制冷控制系统结构示意图；
图9为本实用新型一实施例的制冷控制方法流程示意图；
图10为本实用新型另一实施例的制冷控制方法流程示意图；
图11为本实用新型一实施例的制冷控制装置结构示意图；
图12为现有制冷控制系统制冷循环过程的压焓图；
图13为本实用新型制冷控制系统制冷循环过程的压焓图；
图14为不同运行模式下的制冷能力与室外温度关系图；
图15为不同运行模式下的能效比与室外温度关系图。
附图标记：
1-压缩机 2-冷凝器 3-循环泵 4-节流元件
5-蒸发器 6-压力传感器 7-控制器 8-第一旁通阀
9-第二旁通阀 10-储液罐 31-获取单元 32-控制单元
具体实施方式
为了提高空调的全年能效比，降低能耗，本实用新型实施例提供了一种制冷控制方法、装置、系统及一种空调。在本实用新型制冷控制系统实施例的技术方案中，根据冷凝器中的冷凝压力控制压缩机和循环泵的工作状态，当冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机和循环泵协调工作。相比于现有技术，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种制冷控制系统，包括：
通过冷媒管路依次连接并形成封闭循环的压缩机1、冷凝器2、循环泵3、节流元件4和蒸发器5；
用于检测冷凝器2中冷凝压力的压力传感器6；
控制器7，分别与压缩机1、循环泵3和压力传感器6信号连接，用于当冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机1和循环泵3开启运行。
在本实用新型各实施例中，形成封闭循环的压缩机1、冷凝器2、循环泵3、节流元件4和蒸发器5，可以根据机房建筑的特点灵活布局。通常，冷凝器2设置在室外，用于与室外的冷源(冷源可以为室外冷空气或冷却水等)进行热交换。而蒸发器5设置在室内，低温低压的液态冷媒通过蒸发器5时，与室内空气进行热交换，汽化吸热，从而达到制冷效果。
压缩机1既可以为定容量或定频压缩机，也可以为变容量或变频压缩机。优选采用变容量或变频压缩机，可根据室内负荷智能调整压缩做功。循环泵3可以采用定频泵、变频泵或调压泵。为节约能耗，优选采用可以根据流量变化调整做功的变频泵或调压泵。
节流元件4可以采用电子膨胀阀、热力膨胀阀、球阀、毛细管或孔板。其中，电子膨胀阀能够根据系统负荷，智能、快速地调节系统流量，可以起到进一步节约能耗的效果。
在本实用新型上述实施例的技术方案中，循环泵3与压缩机1协同工作的过程为：液态冷媒在蒸发器5中吸热变成蒸汽冷媒；蒸汽冷媒经过压缩机1后变成高温高压蒸汽冷媒；高温高压蒸汽冷媒在冷凝器2中与外界空气强对流换热降温变成液态冷媒；液态冷媒经过循环泵3升压，然后经过节流元件4降压，之后再次进入蒸发器5，完成一个工作循环。
在压缩机1工作时，循环泵3的升压作用可以使节流元件4进出口处始终保持一定的压差，该压差不会因冷凝压力的降低而降低，因此，可以通过降低冷凝压力的方式减少压缩机1做功、从而降低系统能耗，而系统制冷量不会受到影响。循环泵3与压缩机1可在占全年大部分时间的过渡季节协同工作，相比于现有技术，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。此外，该制冷控制系统的元器件数量相对较少，管路设计比较简单，因此，系统的投入成本也比较低。
在本实用新型一实施例的技术方案中，控制器7，还用于当冷凝压力不大于第一压力阈值时，控制循环泵3开启运行，并控制压缩机1停止运行。
当冷凝压力不大于第一压力阈值时，控制压缩机1停止运行，只采用循环泵3驱动冷媒循环制冷。液态冷媒在蒸发器5中吸热，将室内空气冷却；从蒸发器5出来的冷媒流经压缩机1到达冷凝器2，此时压缩机1仅作为一流通元器件，并不做功；经过冷凝器2的强制对流换热，冷媒由汽态变为液态；经过循环泵3做功升压后，冷媒经过节流元件4降压，并再次进入蒸发器5，完成一个循环泵模式的制冷循环。由于压缩机1相当于一个流通元件，不对冷媒压缩做功，因此，系统的整体能耗比较低。该方案适用于温度较低的冬季。
在本实用新型一实施例的技术方案中，控制器7，还用于当冷凝压力不小于第二压力阈值时，控制压缩机1开启运行，并控制循环泵3停止运行。
随着室外温度的升高，制冷控制系统的运行压力也逐渐升高。当室外温度很高，例如高于30℃时，压缩机1和循环泵3协同工作与仅压缩机1工作时的制冷能力差别已非常的小，并且由循环泵3所带来的节能效果也不明显，这时，控制循环泵3停止运行，只采用压缩机1驱动冷媒循环制冷。液态冷媒在蒸发器5中吸热，将室内空气冷却；蒸发后的冷媒被吸入压缩机1，经压缩机1作用变成高温高压蒸汽冷媒；高温高压蒸汽冷媒进入冷凝器2后，经过与外界空气的强对流换热降温变为液体；从冷凝器2出来的冷媒流经循环泵3(此时循环泵3不做功，仅作为一流通元件)到达节流元件4，经节流元件4降压节流后进入蒸发器5，完成一个压缩机模式的制冷循环。虽然采用压缩机1制冷能耗较高，但由于室外温度较高(如大于30℃时)的天数在全年当中所占比例并不太大，因此，对全年的能效比影响较小。
可以理解的，第一压力阈值和第二压力阈值与所采用的冷媒类别(冷媒的类别包括R22、R410A、R407C等多种)有关。第一压力阈值和第二压力阈值可以根据经验、试验或者理论推导确定。例如，当冷媒管路中的冷媒为R22时，第一压力阈值P1≤10bar，第二压力阈值P2满足：14bar≤P2＜24bar。优选地，当冷媒管路中的冷媒为R22时，第一压力阈值P1＝10bar，第二压力阈值为P2＝14bar。针对不同类别的冷媒，第一压力阈值和第二压力阈值的取值范围及最优值会有一些差别。
在本实用新型的一个实施例中，控制器7，还用于根据冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，确定冷媒管路中冷媒类别所对应的第一压力阈值和第二压力阈值。控制器7预先存储冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，当操作人员向系统输入所采用的冷媒类别时，控制器7可根据该对应关系确定出第一压力阈值和第二压力阈值。该方案针对不同冷媒可确定出较为精确的压力阈值，从而大大提高了制冷控制系统的适用范围，智能化程度比较高。
如图2～图8所示实施例，基于前述实施例的技术方案，制冷控制系统可在结构上进行一些变形(这些附图中，压力传感器和控制器省略未示出)。
如图2所示，该制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还包括与循环泵3并联的第一旁通阀8，该第一旁通阀8用于在循环泵3开启运行时关闭，及在循环泵3停止运行时开启。在压缩机模式时，第一旁通阀8开启，从冷凝器2出来的冷媒可直接通过第一旁通阀8到达节流元件4，从而减小了系统阻力；在循环泵与压缩机协同工作模式时，以及在循环泵模式时，第一旁通阀8关闭。
如图3所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还包括与压缩机1并联的第二旁通阀9，用于在压缩机1开启运行时关闭，及在压缩机1停止运行时开启。在循环泵模式时，第二旁通阀9开启，从蒸发器5出来的冷媒可直接通过第二旁通阀9到达冷凝器2；在循环泵与压缩机协同工作模式时，以及在压缩机模式时，第二旁通阀9关闭。
如图4所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还同时包括第一旁通阀8和第二旁通阀9。
如图5所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还包括设置于封闭循环中冷凝器2和循环泵3之间的储液罐10。少量经冷凝器2换热未完全变成液体的冷媒可在储液罐10中进行汽液分离，液态冷媒由于重力作用分布在储液罐10的下方，使得储液罐10内始终保证有一定的液态冷媒。储液罐10与循环泵3进口之间的高度差为系统提供了一定的压差，从而减少了循环泵3被气蚀的可能性。并且，系统在不同工况下运行会导致系统的最佳冷媒充注量不同，可利用储液灌10来保证冷凝器2和蒸发器5中的冷媒量处于最佳。
如图6所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还同时包括第一旁通阀8和储液罐10。第一旁通阀8和储液罐10的作用同前。
如图7所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还同时包括第二旁通阀9和储液罐10。第二旁通阀9和储液罐10的作用同前。
如图8所示，该实施例制冷控制系统在图1实施例结构的基础上，还同时包括第一旁通阀8、第二旁通阀9和储液罐10。第一旁通阀8、第二旁通阀9和储液罐10的作用同前。
在本实用新型上述各实施例的技术方案中，控制器的功能技术既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现，还可以通过软硬件的结合来实现。
还需要说明的是，在本实用新型各实施例的技术方案中，并没有根据室外温度来确定压缩机1和循环泵3的工作状态，理由如下：
其一、根据冷凝压力来确定压缩机和循环泵的工作状态，可以使系统较为稳定的工作，抗干扰能力更强。根据室外温度来确定压缩机和循环泵的工作状态，容易受到环境因素(如刮风，下雨、日照等因素)的干扰，可能导致系统错误切换工作模式，或者系统无法及时进入正常工作模式，从而对系统的工作稳定性和寿命产生影响，同时也会影响到系统的能效比。
其二、根据冷凝压力来确定压缩机和循环泵的工作状态，可以使系统适应不同的冷凝器配置，工作模式的控制更加精确。例如，相同的室内机，由于客户要求或现场安装条件限制，需要匹配不同的冷凝器。而在相同的室外温度下，不同冷凝器中的冷凝压力有很大差别，如果根据室外温度来确定压缩机和循环泵的工作状态，会导致压缩机或循环泵无法运行在最佳的工作状态下，从而导致系统制冷能力下降或能效比降低。
现有制冷控制系统全年能效比基本在3.0左右，与现有技术相比，本实用新型制冷控制系统的优势在于：
一、提高过渡季节，例如春秋季的制冷能力和能效比。
本实用新型实施例的制冷控制系统在过渡季节采用压缩机和循环泵协同工作的模式，该模式通过循环泵的升压作用，克服了通过降低冷凝压力提升制冷能力和能效比的瓶颈，可使冷凝压力降低，压缩机能耗降低，并且系统其它部分的性能基本不受影响。系统的制冷能力和能效比明显提升。
以下从原理上说明本实用新型实施例制冷控制系统提高制冷能力和能效比的原因。
图12为现有制冷控制系统制冷循环过程的压焓图(Lgp-H图)。从理论上讲，针对现有的压缩机制冷循环(D-A-B-C-D)，随着冷凝压力的降低(如图12所示循环D’-A’-B’-C’-D’)，系统的制冷量应当增大，能效比应当提高。但在实际应用中，受节流元件的制约，冷凝压力的降低会引起蒸发压力的降低，从而引起制冷量的减小，并不能带来很好的节能效果。这是因为，随着冷凝压力的降低，膨胀阀(以节流元件采用膨胀阀为例)的进出口压差不断减小，膨胀阀的开度会不断增大，从而补偿由于压差的减小而减少的那部分流量。当压差减小到一定值时，膨胀阀全部打开。此后，流量因得不到补偿，只能随着压差的减小而急剧减少，从而导致制冷量的减小。所以，对于现有的压缩机制冷系统，通过降低冷凝压力来增大制冷能力，提升能效比的节能方法受到了比较大的制约。
图13为本实用新型实施例制冷控制系统制冷循环过程的压焓图。以采用压缩机和循环泵协同工作模式为例，其制冷原理见图13(循环D’-A’-B’–C’-C”-D’)，液态冷媒在蒸发器中吸热(D’-A’)，将室内空气冷却，蒸发后的冷媒被吸入压缩机，经压缩机做功(A’-B’)，变成高温高压的蒸汽，汽态冷媒进入冷凝器后，经过与外界空气的强对流换热降温变为液体(B’-C’)，从冷凝器出来的冷媒流经循环泵，经过循环泵的升压(C’-C”)，到达节流元件，经节流元件降压节流后进入蒸发器(C”-D’)，完成一个制冷循环。其中，通过循环泵的升压作用克服了节流元件对于制冷系统的制约，使得冷凝温度降低，压缩机能耗降低，同时系统其他部分性能不受影响，从而提高了系统制冷能力，提升了能效比。
以下以一个具体实例来说明压缩机和循环泵协同工作模式能够提高制冷能力，提升能效比。图14为不同运行模式下的制冷能力与室外温度关系图，图15为不同运行模式下的能效比与室外温度关系图。从图14和图15可以看出，压缩机和循环泵协同工作模式的制冷能力和能效比相比于仅压缩机做功的模式，均能维持在较高的水平，因此，在过渡季节，压缩机和循环泵协同工作模式对于空调的节能有很大意义。
二、提高系统全年能效比。
由于循环泵与压缩机可在占全年大部分时间的过渡季节协同工作，相比于现有技术在过渡季节采用压缩机模式，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。以下表1选取全国重点城市计算其全年能效比，可以看出，在全国范围内，采用本实用新型实施例方案的系统全年能效比均有较为明显的提升。
| 广州 | 上海 | 西安 | 北京 | 哈尔滨 | 乌鲁木齐 | |
| 现有制冷控制系统的全年能效比 | 3.06 | 3.14 | 3.34 | 3.53 | 3.9 | 3.82 |
| 本实用新型制冷控制系统的全年能效比 | 3.53 | 3.87 | 4.09 | 4.23 | 4.63 | 4.51 |
表1 全国各大城市全年能效比
如图9所示，本实用新型实施例还提供了一种制冷控制方法，包括以下步骤：
步骤101、获取冷凝器中的冷凝压力；
步骤102、判断冷凝压力是否大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值，如果是，执行步骤103，否则，返回步骤101；
步骤103、控制压缩机和循环泵开启运行。
在本实用新型一实施例的制冷控制方法中，还可包括步骤：当冷凝压力不大于第一压力阈值时，控制循环泵开启运行，并控制压缩机停止运行。
在本实用新型一实施例的制冷控制方法中，还可包括步骤：当冷凝压力不小于第二压力阈值时，控制压缩机开启运行，并控制循环泵停止运行。
在本实用新型一实施例的制冷控制方法中，还可包括以下步骤：
获取冷媒管路中的冷媒类别；
根据冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，确定冷媒管路中冷媒类别所对应的第一压力阈值和第二压力阈值。
其中，当冷媒管路中的冷媒为R22时，第一压力阈值P1≤10bar，第二压力阈值P2满足：14bar≤P2＜24bar。优选地，第一压力阈值P1＝10bar，第二压力阈值为P2＝14bar。
采用该实施例方法的技术方案，循环泵与压缩机可在占全年大部分时间的过渡季节协同工作，相比于现有技术，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。
如图10所示，制冷控制方法的一个具体实施例，包括以下步骤：
步骤201、获取冷媒管路中的冷媒类别；
步骤202、根据冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，确定冷媒管路中冷媒类别所对应的第一压力阈值和第二压力阈值；
步骤203、获取冷凝器中的冷凝压力；
步骤204、判断冷凝压力是否不小于第二压力阈值；如果是，执行步骤205，否则，执行步骤206；
步骤205、控制压缩机开启运行；
步骤206、判断冷凝压力是否不大于第一压力阈值；如果是，执行步骤207，否则，执行步骤208；
步骤207、控制循环泵开启运行；
步骤208、控制压缩机和循环泵开启运行。
如图11所示，本实用新型实施例还提供了一种制冷控制装置，包括：
获取单元31，用于获取冷凝器中的冷凝压力；
控制单元32，用于当冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机和循环泵开启运行。
其中，控制单元32，还可用于当冷凝压力不大于第一压力阈值时，控制循环泵开启运行，并控制压缩机停止运行。
其中，控制单元32，还可用于当冷凝压力不小于第二压力阈值时，控制压缩机开启运行，并控制循环泵停止运行。
在一个优选实施例中，获取单元31，还可用于获取冷媒管路中的冷媒类别；控制单元32，还可用于根据冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，确定冷媒管路中冷媒类别所对应的第一压力阈值和第二压力阈值。
同理，采用该实施例方法的技术方案，循环泵与压缩机可在占全年大部分时间的过渡季节协同工作，相比于现有技术，空调的全年能耗降低，全年能效比大大提升。
本实用新型实施例还提供了一种空调，包括前述技术方案的制冷控制系统。该空调的全年能效比比较高，能耗较低。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种制冷控制系统，其特征在于，包括：
通过冷媒管路依次连接并形成封闭循环的压缩机、冷凝器、循环泵、节流元件和蒸发器；
用于检测冷凝器中冷凝压力的压力传感器；
控制器，分别与压缩机、循环泵和压力传感器信号连接，用于当所述冷凝压力大于第一压力阈值，且小于第二压力阈值时，控制压缩机和循环泵开启运行。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于当所述冷凝压力不大于第一压力阈值时，控制循环泵开启运行，并控制压缩机停止运行。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于当所述冷凝压力不小于第二压力阈值时，控制压缩机开启运行，并控制循环泵停止运行。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据冷媒类别与第一压力阈值和第二压力阈值的对应关系，确定冷媒管路中冷媒类别所对应的第一压力阈值和第二压力阈值。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当冷媒管路中的冷媒为R22时，所述第一压力阈值P1≤10bar，所述第二压力阈值P2满足：14bar≤P2＜24bar。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一压力阈值P1＝10bar，所述第二压力阈值为P2＝14bar。
7.如权利要求1～6任一项所述的系统，其特征在于，还包括：
与所述循环泵并联的第一旁通阀，用于在循环泵开启运行时关闭，及在循环泵停止运行时开启；和/或
与所述压缩机并联的第二旁通阀，用于在压缩机开启运行时关闭，及在压缩机停止运行时开启；和/或
设置于封闭循环中冷凝器和循环泵之间的储液罐。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述循环泵包括定频泵、变频泵或调压泵；所述节流元件包括电子膨胀阀、热力膨胀阀、球阀、毛细管或孔板。
9.一种空调，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的制冷控制系统。
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