具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
图1和图2示出了本实用新型一些实施例中的机房用空调系统,用于对机房进行环境状况调控,机房空调的温度设定值范围一般为:24~37℃。本实施例的机房用空调系统包括压缩机10、冷凝组件20、蒸发组件30、节流装置40、制冷泵50、储液罐60、风阀70、传感组件、加湿装置90及控制电路板80。优选地,本实施例中的空调为新风热管空调一体机。
其中,压缩机10、冷凝组件20、蒸发组件30、节流装置40为传统空调的四大件,压缩机10、冷凝组件20、节流装置40、蒸发组件30依次连接形成压缩制冷回路,在压缩制冷回路中填充有冷媒。压缩机10优选可调节容量压缩机10,如变频压缩机10或数码涡旋压缩机10。优选地,可与压缩机10并联一第一阀件11,该第一阀件11可以是单向阀,也可以是电磁阀或电动球阀。优选地,在压缩机10出口还可设置一第二阀件12,第二阀件12可以为单向阀,也可以是电磁阀或电动球阀。
冷凝组件20包括冷凝风机21和冷凝器22,作为选择,冷凝风机21为可调速风机,如:EC风机、DC风机、可变频控制AC风机、可通过调压控制AC风机或通过电机抽头控制AC风机等。蒸发组件30包括蒸发风机31和蒸发器32。节流装置40优选为电子膨胀阀,电子膨胀阀的开通根据蒸发器32出口或压缩机10吸气口的过热度来控制。
传统四大件工作原理如下:压缩机10将高温低压的冷媒进行加压后传至冷凝组件20,冷凝器22通过冷凝风机21对冷媒进行散热降温后传至节流装置40,节流装置40对冷媒进行降压后传至蒸发组件30,蒸发器32通过蒸发风机31对冷媒进行吸热升温后传至压缩机10。
制冷泵50连接在冷凝组件20与节流装置40之间,用于吸收室外环境中的冷量以使得冷媒降温。制冷泵50与冷凝组件20、节流装置40、蒸发组件30依次连接形成吸收室外环境中的冷量的自然制冷回路,在自然制冷回路中填充有冷媒。优选地,制冷泵50为可调速泵,如:通过变频调速泵、DC泵、EC泵或通过调节电压控制的泵。优选地,还可与制冷剂泵并联一第三阀件33,第三阀件33可以为单向阀,也可以是电磁阀或电动球阀。
优选地,本实施例中在冷凝组件20和制冷泵50之间还可设置一储液罐60,储液罐60用于使得冷媒进行缓冲储存。作为选择,储液罐60可以设置,也可以不设置。作为选择,也可将储液罐60替换为连接管。
风阀70安装在机房空调内,用于将室外的新风引入室内,风阀70的可调开度包括调至第一开度位置和第二开度位置,第一开度位置使得机房的室内与室外隔离,第二开度位置使得机房的室内与室外连通,形成新风换热回路。风阀70的主要作用一是在压缩机模式、制冷泵模式或第四模式时,隔断室内外空气,确保室内外空气不会混合;二是在压缩机10和制冷泵50均关闭时,需要引新风时,风阀70可以开到一定位置,让室外空气可以进入室内,同时可以让室内的空气排出室外。风阀70的位置可以根据室内出风温度来精确控制其转动角度。
传感组件用于感测室内外环境参数。优选地,传感组件包括室内回风温湿度传感器、室内出风温湿度传感器、室外回风温湿度传感器等。作为选择,室内外环境参数包括室外环境温度T0、室内回风温度Tr、室内出风温度Td、过热度SH、室内回风湿度Hr、冷凝压力Pcon中的至少一种。
加湿装置90用于为机房内保持一定湿度。作为选择,加湿装置90可为超声波加湿机、离心式加湿器、高压微雾加湿器、水汽混合加湿器等一种或者几种的组合。本实施例中,加湿装置90优选为湿膜加湿器,一方面保证机房的湿度,同时也避免使用电极加湿或红外加湿等功率较高的方式,可以保证空调系统的节能性。控制电路板80可判断室内回风湿度Hr是否小于最小室内回风湿度Hrmin,若是,则开启加湿装置90,若否,则关闭加湿装置90。优选地,在加湿装置90开启时,还包括如下步骤:判断室内回风湿度Hr是否小于室内回风湿度设定值Hrset,若是,则维持加湿装置90开启,若否,则关闭加湿装置90。作为选择,机房空调的湿度取值范围为35-55%。
控制电路板80控制压缩制冷回路、自然制冷回路和/或新风换热回路工作。可以理解地,控制电路板80用于根据室内外环境参数控制压缩机10、制冷泵50、风阀70、加湿装置90等的运行状态。具体地,控制电路板80预设了第一设定温度T1、第二设定温度T2和第三设定温度T3,其中,T3<T2<T1。控制电路板80还预设了第一设定制冷需求CFC1、第二设定制冷需求CFC2和第三设定制冷需求CFC3,其中,CFC1<CFC2<CFC3。制冷需求代表机房内当前对于制冷量的需求程度,制冷需求越大,表示回风温度与期望温度差值越大,需要空调有更大的制冷输出。当前制冷需求CFC0=室内回风温度Tr-室内回风温度设定值Trset/比例带K,其中,比例带K为一常数。
将当前室外环境温度T0与第一设定温度T1、第二设定温度T2和第三设定温度T3比较,使得空调分别处于四个模式:压缩机模式、新风模式、制冷泵模式和第四模式。可以理解地,当前室外环境温度T0通过传感组件测得。可以理解地,利用新风时,需要对风阀70的开度进行控制,在不同的室外工况下风阀70的开度是不同的,如果风阀70控制不好,空调系统的节能效果也很难有效的发挥。新风模式进入和退出条件也是空调系统运行节能和可靠的有力保证。进入或退出模式不合理,一会导致压缩机模式和新风模式频繁切换,降低空调系统的可靠性;二会导致制冷剂泵不能在合适的时候开启,降低空调系统的可能性。因此,引入制冷需求的概念非常重要,具有避免临界值温度时模式频繁切换的效果。
在T0≥T1的情况下,空调处于压缩机模式,此模式下,压缩机10在CFC0≥CFC2的情况下开启,在CFC0<CFC2的情况下关闭;风阀70处于第一开度位置,制冷泵50关闭。在压缩机模式下,可根据室内负荷来进行压缩机10启停控制和容量调节,当室内负荷高于设定值时,压缩机10容量上升;当室内负荷低于设定值时,压缩机10容量下降;通过PID控制,可以保证室内负荷与设定值一致。优选地,压缩机模式下,若判断出CFC0≥CFC2,则再进行如下判断:判断室内回风温度Tr与室内回风温度设定值Trset差值的绝对值是否大于第一界限常数ε1,若是,则根据PID控制算法对压缩机10进行容量调节;若否,则不进行压缩机10容量调节。压缩机模式下,SH的过热度一般6~10℃左右。
冷凝压力的高低直接影响压缩机10功率的大小,在压缩机模式下,目前常用的冷凝器22控制方式为冷凝压力线性调节,采用这种方式冷凝压力较高,压缩机10功率较高。所以,在本实施例中,在压缩机模式下,对冷凝器22采用PID方式来控制冷凝压力,通过调节冷凝风机21将冷凝压力调节到设定值附近。在节能要求高时,可以将冷凝压力设置为一低值,此时冷凝风机21转速高,冷凝压力低,空调系统节能;而当噪声要求高时,可以将冷凝压力设置为一高时,此时冷凝风机21转低,冷凝压力高。通过这种控制方案可以满足不同客户的不同需求。在开启制冷剂泵模式下,通过泵出口压力来控制冷凝风机21转速,泵出口设定压力所对应的饱和温度在0度左右,从而避免进入蒸发器32的制冷剂温度过低造成盘管冻结。
作为选择,压缩机10选用可调节容量的压缩机10时,压缩机10的容量根据室内负荷采用PID控制,当室内回风温度高于设定值时,压缩机10容量增加;当室内回风温度低于设定值时,压缩机10容量降低;当室内回风温度在设定值附近的一个很小的范围内波动,此时压缩机10容量不变。采用变容量压缩机10时,可以保证在低负荷下压缩机10的高效率,同时采用PID控制时,只可以很好的保证机房温度。压缩机10选用定容量的压缩机10时,压缩机10的控制采用P控制,此时压缩机10只有启停两种方式,当制冷需求超过某一值时,压缩机10开启,当制冷需求低于某一值时,压缩机10关闭。
在T2≤T0<T1的情况下,空调处于新风模式,此模式下,风阀70处于第二开度位置;压缩机10在CFC0>CFC3的情况下开启,CFC0≤CFC3的情况下关闭;制冷泵50关闭。空调进入新风模式的室外温度最高点优选为机组机房温度设定点减去某一温度值,该温度值建议设置为5度及其以上值,如果设置过小,新风所能提供的冷量有限,会造成机房过温,如果设置过大,则新风利用有限,节能效果不明显。优选地,空调退出新风模式的室外温度最低点设置在0度附近。
作为选择,新风模式下,若判断出CFC0满足CFC1≤CFC0≤CFC3,则再进行如下判断:判断室内出风温度Td与室内出风温度设定值Tdset差值的绝对值是否大于第二界限常数ε2,若是,则根据PID控制算法对风阀70进行开度调节;若否,则不进行风阀70开度调节。
在T3≤T0<T2的情况下,空调处于制冷泵模式,此模式下,风阀70处于第一开度位置,制冷泵50开启;压缩机10在CFC0>CFC3的情况下开启,CFC0≤CFC3的情况下关闭。
优选地,制冷泵50选用可调节容量的泵时,泵的容量根据蒸发器32出口过热度采用PID控制,当蒸发器32出口的过热度高于设定值时,增加泵的输出;当蒸发器32出口过热度低于设定值时,降低泵的输出;当蒸发器32过热度在设定值附近的一个很小的范围内波动时,此时泵容量不变。
作为选择,制冷泵模式下,若判断出CFC0满足CFC1≤CFC0≤CFC3,则再进行如下判断:判断当前过热度SH与过热度设定值SHset差值的绝对值是否大于第三界限常数ε3,若是,则根据PID控制算法对制冷泵50进行容量调节;若否,则不进行制冷泵50容量调节。制冷泵模式下,当前过热度SH一般控制在2℃左右,SH设置的太小可能会导致压缩机10回液,如果设置的太高,会影响泵模式下的能力。
同时,制冷泵模式下,若判断出CFC0满足CFC0>CFC3,则开启压缩机10;若判断出CFC0满足CFC0<CFC2,则关闭压缩机10。
在T0≤T3的情况下,空调处于第四模式,此模式下,风阀70处于第一开度位置,制冷泵50开启;制冷泵50在CFC0≥CFC2的情况下开启,CFC0<CFC2的情况下关闭。
作为选择,第四模式下,若判断出CFC0满足CFC0≥CFC2,则再进行如下判断:判断当前过热度SH与过热度设定值SHset差值的绝对值是否大于第四界限常数ε4,若是,则根据PID控制算法对制冷泵50进行容量调节;若否,则不进行制冷泵50容量调节。
作为选择,在压缩机模式下,还包括如下步骤:判断冷凝压力Pcon与冷凝压力设定值Pconset差值的绝对值是否大于第五界限常数ε5,若是,则根据PID控制算法对冷凝风机21进行转速调节;若否,则不进行冷凝风机21转速调节。在制冷泵模式或第四模式下,还包括如下步骤:判断泵出口压力Pout与泵出口压力设定值Poutset的差值的绝对值是否大于第六界限常数ε6,若是,则根据PID控制算法对冷凝风机21进行转速调节;若否,则不进行冷凝风机21转速调节。
优选地,ε1、ε2、ε3、ε4、ε5和ε6的取值范围为0.5~1。
作为选择,控制电路板80的以上功能可通过多个硬件电路配合实现,或者,也可以通过软件算法来实现。
如图3示出了本实用新型一些实施例中机房用空调系统控制方法,用于对上述机房用空调系统进行控制,方法包括如下步骤S1和S2。
结合图1和图2中的空调结构所示,在步骤S1中,首先设定第一设定温度T1、第二设定温度T2和第三设定温度T3,其中,T3<T2<T1。设定第一设定制冷需求CFC1、第二设定制冷需求CFC2和第三设定制冷需求CFC3,其中,CFC1<CFC2<CFC3。
在步骤S2中,检测当前室外环境温度T0,并判断T0与T1、T2、T3的大小,若T0≥T1,则进入压缩机模式,将风阀70调至第一开度位置;若T2≤T0<T1,则进入新风模式,将风阀70调至第二开度位置;若T3≤T0<T2,则进入制冷泵模式,将风阀70调至第一开度位置;若T0≤T3,则进入第四模式,将风阀70调至第一开度位置。
其中,结合图4所示,压缩机模式包括如下步骤:判断当前制冷需求CFC0是否满足CFC0≥CFC2,若是,则开启压缩机10,若否,则关闭压缩机10。
优选地,压缩机模式下,若判断出CFC0≥CFC2,则再进行如下判断:判断室内回风温度Tr与室内回风温度设定值Trset差值的绝对值是否大于第一界限常数ε1,若是,则根据PID控制算法对压缩机10进行容量调节;若否,则不进行压缩机10容量调节。压缩机模式下,SH的过热度一般6~10℃左右。
其中,结合图5所示,新风模式包括如下步骤:判断CFC0是否满足CFC1≤CFC0≤CFC3,若是,则开启风阀70,若否,则在满足CFC0>CFC3时开启压缩机10,在满足CFC0<CFC1时不做处理。
新风模式下,若判断出CFC0满足CFC1≤CFC0≤CFC3,则再进行如下判断:判断室内出风温度Td与室内出风温度设定值Tdset差值的绝对值是否大于第二界限常数ε2,若是,则根据PID控制算法对风阀70进行开度调节;若否,则不进行风阀70开度调节。
其中,结合图6所示,制冷泵模式包括如下步骤:
判断CFC0是否满足CFC1≤CFC0≤CFC3,若是,则开启制冷泵50,若否,则在满足CFC0>CFC3时开启压缩机10,在满足CFC0<CFC1时不做处理。
制冷泵模式下,若判断出CFC0满足CFC1≤CFC0≤CFC3,则再进行如下判断:判断当前过热度SH与过热度设定值SHset差值的绝对值是否大于第三界限常数ε3,若是,则根据PID控制算法对制冷泵50进行容量调节;若否,则不进行制冷泵50容量调节。制冷泵模式下,当前过热度SH一般控制在2℃左右,SH设置的太小可能会导致压缩机10回液,如果设置的太高,会影响泵模式下的能力。
同时,制冷泵模式下,若判断出CFC0满足CFC0>CFC3,则开启压缩机10;若判断出CFC0满足CFC0<CFC2,则关闭压缩机10。
其中,结合图7所示,第四模式包括如下步骤:判断CFC0是否满足CFC0≥CFC2,若是,则开启制冷泵50,若否,则关闭制冷泵50。
第四模式下,若判断出CFC0满足CFC0≥CFC2,则再进行如下判断:判断当前过热度SH与过热度设定值SHset差值的绝对值是否大于第四界限常数ε4,若是,则根据PID控制算法对制冷泵50进行容量调节;若否,则不进行制冷泵50容量调节,制冷泵50容量保持不变。
当前制冷需求CFC0=(室内回风温度Tr-室内回风温度设定值Trset)/比例带K,其中,比例带K为一常数。
优选地,结合图8所示,在压缩机模式下,还包括如下步骤:判断冷凝压力Pcon与冷凝压力设定值Pconset差值的绝对值是否大于第五界限常数ε5,若是,则根据PID控制算法对冷凝风机21进行转速调节;若否,则不进行冷凝风机21转速调节。在制冷泵模式或第四模式下,还包括如下步骤:判断泵出口压力Pout与泵出口压力设定值Poutset的差值的绝对值是否大于第六界限常数ε6,若是,则根据PID控制算法对冷凝风机21进行转速调节;若否,则不进行冷凝风机21转速调节。
优选地,ε1、ε2、ε3、ε4、ε5和ε6的取值范围为0.5~1。
优选地,结合图9所示,本实施例中,还包括加湿控制步骤:判断室内回风湿度Hr是否小于最小室内回风湿度Hrmin,若是,则开启加湿装置90,若否,则关闭加湿装置90。优选地,在加湿装置90开启时,还包括如下步骤:判断室内回风湿度Hr是否小于室内回风湿度设定值Hrset,若是,则维持加湿装置90开启,若否,则关闭加湿装置90。作为选择,机房空调的湿度取值范围为35-55%。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理前提下的若干个改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。