節能機房空調的製作方法
2023-10-09 15:19:44 1
本實用新型涉及空調領域，更具體地說，涉及一種節能機房空調。
背景技術：
隨著信息科技的高速發展，信息機房的數量和規模越來越大。由於機房對溫度的高精度要求，機房空調的一個特點是需要全年製冷。由此帶來的機房空調能耗問題也越來越突出。氟泵和壓縮機結合的自然冷空調是一種較常見的利用機房外自然冷源的製冷技術，但是目前的自然冷空調的工作模式切換方法為基於室內與室外的溫度差來切換運行模式，例如夏天，室外溫度高於室內溫度時，氟泵不工作，壓縮機單獨工作；在春秋季節，室外溫度低於室內溫度時，壓縮機和氟泵節能機同時工作；在冬季室外溫度遠低於室內溫度時，壓縮機不工作，氟泵單獨工作。而不同地區的溫差變化存在差異，此控制方法無法做到根據空調具體的運行情況精準地調控運行模式。此外，空調的室外風冷冷凝器需要較大的安裝空間，增加了現場施工的工程量。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種精準控制運行模式且有效減少佔地面積的節能機房空調。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：提供一種節能機房空調，包括：控制裝置、與所述控制裝置連接的室外機、製冷劑泵裝置和室內機；所述室內機包括壓縮機、蒸發器以及用於檢測室內溫度的第一傳感器；所述室外機包括冷凝器、風機以及用於檢測室外溫度的第二傳感器；
所述控制裝置包括室內製冷負荷比計算單元，
所述控制裝置根據室內製冷負荷比計算單元以及第一傳感器、第二傳感器的輸出數據調控所述空調的運行狀態，所述運行狀態包括：
製冷劑泵裝置單獨工作，空調完全利用自然冷源製冷；
製冷劑泵裝置與壓縮機同時工作，空調部分利用自然冷源製冷；
壓縮機單獨工作，空調不利用自然冷源製冷。
優選地，所述冷凝器包括呈板狀的冷凝管組件，所述冷凝管組件相對於風機所在平面傾斜或垂直設置。
優選地，所述室外機設有製冷劑泵集成腔體，所述製冷劑泵集成腔體位於冷凝器的下方，所述製冷劑泵裝置設置在所述製冷劑泵集成腔體內，所述製冷劑泵裝置的製冷劑進液端與所述冷凝器相連，出液端與所述室內機相連。
優選地，所述製冷劑泵裝置設於室外，位於室外機與室內機之間，所述製冷劑泵裝置的製冷劑進液端與室外機相連，出液端與所述室內機相連。
優選地，所述第二傳感器為設置在冷凝器迴風處用於檢測空氣溫度和溼度的乾濕球溫度計。
優選地，所述室外機還包括用於對冷凝器進行噴淋處理的噴淋裝置。
優選地，所述控制裝置還包括用於根據所述第二傳感器採集的空氣溼度調控所述噴淋裝置工作狀態的噴淋調控單元。
優選地，所述室外機還包括用於測量所述冷凝器出液端的製冷劑冷凝壓力的壓力傳感器。
優選地，所述控制裝置還包括用於根據所述壓力傳感器的採樣數據調控所述風機轉速的風機調速單元。
實施本實用新型的節能機房空調，可實現精準調控工作模式的切換，並且通過對冷凝器的蒸發效率和空氣流動速度的控制，可進一步實現更好的節能效果，擴展了現有機房空調的利用自然冷的溫度區域。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
圖1是本實用新型節能空調第一實施例的結構示意圖；
圖2是本實用新型節能空調第二實施例的結構示意圖；
圖3是本實用新型節能空調第三實施例的室外機俯視圖；
圖4是本實用新型節能空調第三實施例的室外機主視圖；
圖5是本實用新型節能空調第四實施例的室外機俯視圖；
圖6是本實用新型節能空調第四實施例的室外機主視圖；
圖7是本實用新型節能空調的噴淋及風速控制電路框圖；
圖8是本實用新型節能控制方法的噴淋控制流程圖；
圖9是本實用新型節能控制方法的風速控制流程圖；
圖10是本實用新型節能空調的控制方法概括流程圖。
具體實施方式
第一實施例：
如圖1所示，在本實用新型的節能空調第一實施例中，該節能空調包括通過管路連接的室內機1與室外機2，以及調控室內機1和室外機2工作狀態的控制裝置3(未在圖中示出)。
室外機2包括風機22、冷凝器23、溫溼度傳感器24、噴淋裝置25、壓力傳感器26和集成在室外機2中的製冷劑泵裝置21。製冷劑泵裝置21包括儲液罐211和與儲液罐211串聯的第三單向閥212和泵體213，且單向閥與泵體213並聯。溫溼度傳感器24設置在冷凝器23的迴風位置，用於測量室外空氣的溫度及相對溼度。壓力傳感器26設置在冷凝器23製冷劑出液端，用於測量冷凝後的製冷劑壓力。噴淋裝置25緊鄰冷凝器23設置，用於在冷凝器23迎風面噴淋水霧，其形式為噴霧式或者溼膜式。
室內機1包括節流器、蒸發器11、壓縮機13、溫度傳感器12、第一單向閥14、第二單向閥16和電磁閥15。蒸發器11的製冷劑進液端與室外機2的製冷劑的出液端通過管路連接，節流器設置在蒸發器11與室外機2之間。溫度傳感器12用於實施檢測室內的空氣溫度。電磁閥15、壓縮機13和第二單向閥16依次串聯，其所組成的串聯管路與第一單向閥14並聯，該並聯管路與蒸發器11串聯，並聯管路的製冷劑進液端與蒸發器11的製冷劑出液端連接，該並聯管路的製冷劑出液端與室外機2冷凝器23的製冷劑進液端通過管路連接。
本實施例的空調有三種工作模式：
模式一：製冷劑泵裝置21工作，空調完全利用自然冷源製冷；
模式二：製冷劑泵裝置21與壓縮機13同時工作，空調部分利用自然冷源製冷；
模式三：壓縮機13工作，空調不利用自然冷源製冷。
在模式一中，壓縮機13不工作，泵體213與第一單向閥14打開，電磁閥15、第二單向閥16與第三單向閥212關閉。經過蒸發器11蒸發後流出的製冷劑，經過第一單向閥14進入室外冷凝器23，經過冷凝後，進入儲液罐211，經過泵體213增壓後再次進入室內機1，經過節流器降壓後進入蒸發器11，不斷循環。
在模式二中，泵體213與壓縮機13均打開，第一單向閥14與第三單向閥212關閉，電磁閥15和第二單向閥16打開。從壓縮機13出來的高溫高壓製冷劑，進入室外冷凝器23，經過冷凝後，進入儲液罐211，經泵體213進一步增壓後進入室內機1，經過節流器降壓後進入蒸發器11，不斷循環。
在模式三中，壓縮機13打開，泵體213不工作，第一單向閥14關閉，電磁閥15和第二單向閥16、第三單向閥212打開。從壓縮機13出來的高溫高壓的製冷劑，進入室外冷凝器23，經過冷凝後，進入儲液罐211，然後經過第三單向閥212進入室內機1，經過節流器節流降壓後進入蒸發器11，不斷循環。
上述三種模式的切換由控制裝置3進行調控，如圖7所示，控制裝置3包括製冷負荷比計算單元31、風機調速單元32和噴淋調控單元33。溫度傳感器12、溫溼度傳感器24將採樣數據輸出至控制裝置3，控制裝置3中的製冷負荷比計算單元31根據溫度傳感器12採集的室內溫度T以及要達到的目標溫度Ts計算室內製冷負荷比R，該目標溫度Ts的精度為a，則R＝(T-Ts)/a。控制裝置3在進行調控前，控制裝置3已被寫入目標製冷負荷比Rs的閾值範圍，Rs1≤Rs≤Rs2；根據室內製冷負荷比R與目標製冷負荷比Rs的關係、機房實時室內溫度T與溫溼度傳感器24採集的室外溫度Ta的關係，調整空調的運行模式：
當T≥Ta，R≤Rs2，製冷劑泵裝置21工作，空調完全利用室外自然冷源製冷；
當T≥Ta，R＞Rs2，製冷劑泵裝置21與壓縮機13同時工作，空調部分利用室外自然冷源製冷；
當T＜Ta，壓縮機13工作，空調不利用室外自然冷源製冷。
例如，當T＝25℃；Ta＝10℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝50％，R＜120％，T＞Ta，製冷劑泵裝置21工作，空調完全利用室外自然冷源製冷。
當T＝28℃；Ta＝20℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝200％，R＞120％，T＞Ta，製冷劑泵裝置21與壓縮機13同時工作，空調部分利用室外自然冷源製冷。
當T＝25℃；Ta＝28℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，T＜Ta，壓縮機13工作，空調不利用室外自然冷源製冷。
為實現更好的節能效果，控制裝置3的噴淋調控單元33和風機調速單元32在上述工作模式的調控基礎上，對室外機2冷凝的冷凝效率進行調控，調控方式包括改變噴淋裝置25和風機22的工作狀態。
其中，對噴淋裝置25的調控過程具體如下：
控制裝置3在進行調控前，控制裝置3已被寫入目標相對溼度RHs，室外臨界溫度Ta1。控制裝置3接收溫溼度傳感器24輸出的室外空氣的相對溼度RH，並根據室內製冷負荷比R與目標製冷負荷比Rs的關係、相對溼度RH與目標相對溼度RHs的關係，室外溫度Ta與室外臨界溫度Ta1的關係，調整噴淋裝置25的工作狀態；
當Ta≥Ta1，R≥Rs1且RH≤RHs時，在冷凝處進行噴淋處理，提高製冷效率；
當R＜Rs1或Ta＜Ta1或RH＞RHs時，不對冷凝處進行噴淋處理。
例如，當T＝25℃；Ta＝10℃；Ta1＝3℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％，RH＝60％,RHs＝80％時，可根據Ta＞3℃，R＝50％，RH＜80％，控制噴淋裝置25開啟，在冷凝處進行噴淋處理，提高製冷效率。
當T＝24.5℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝25％，R＜50％，可根據該計算結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為空調已經將室內溫度控制在目標溫度範圍內，無需在冷凝處進行噴淋處理，增強冷凝效果。
當Ta＝0℃；Ta1＝3℃，可根據該結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為室外溫度過低已經接近水的冰點，噴淋裝置25噴出的水易結冰，不能在冷凝器23處達到良好的蒸發效果。
當RH＝85％,RHs＝80％時，可根據該結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為室外溼度已經足夠使冷凝器23出有良好的蒸發換熱效果，此時再進行噴淋也不能大幅度改善空氣溼度和蒸發效果，所以無需再進行噴淋處理。
對風速的調控過程具體如下：
控制裝置3在進行調控前，控制裝置3已被寫入空調在不同運行模式下的目標冷凝壓力Ps，目標冷凝壓力Ps包括完全利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps1、部分利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps2、不利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps3。值得指出的是，為方便調控和節能，上述目標冷凝壓力P優先設置為一個閾值，而非一個確定的壓力值。控制裝置3接收壓力傳感器26輸出製冷劑的冷凝壓力P。控制裝置3在空調的不同運行狀態下，根據所述冷凝壓力P和目標冷凝壓力Ps的關係，調整所述空調的製冷效率：
當P＜Ps，增加風機22的轉速，以提高冷凝處的空氣流動速度，增大P的值使其進入Ps的精度範圍；
當P＞Ps，減小風機22的轉速，降低冷凝處的空氣流動速度，減小P的值使其進入Ps的精度範圍；
當P在Ps的精度範圍內時，風機22轉速不變。
第二實施例：
根據機房所在地自然環境的實際情況以及實際製冷需要，可在室外機2內增設製冷劑泵裝置21和冷凝器23，如圖2所示，該室外機2內設有2套製冷劑泵裝置21和冷凝器23裝置，以實現更高效的製冷效果。值得指出的是，室外機2內設的製冷劑泵裝置21和冷凝器23裝置數目不一定相互對應，可以每個製冷劑泵裝置21都串聯一套冷凝器23，也可以由一個製冷劑泵裝置21與多套並聯的冷凝器23串聯，即多套冷凝器23共用一個製冷劑泵裝置21。
第三實施例：
為進一步改進現有室外機2佔地面積及換熱效率的問題，圖3示出了改進的空調室外機2的俯視圖，該空調室外機2包括六個風機22，風機22以2×3矩陣排列。如圖4所示，該室外機2為櫃型結構，風機22水平布置在櫃體的頂部，冷凝器23位於風機22的下方，針對每個風機22相對應的設有一套冷凝器23。為減小室外機2的佔地面積，每套冷凝器23由左右對稱傾斜設置的兩個矩形板狀冷凝管組件231,232組成，該兩個冷凝管組件231,232下端部相抵呈「V」字形固定在固定座上。冷凝器23兩兩之間設有噴淋裝置25，該噴淋裝置25在冷凝器23迎風面噴淋水霧。在冷凝器23的下方為製冷劑泵集成腔體，製冷劑泵裝置設置在製冷劑泵集成腔體內，其製冷劑進液端與冷凝器相連，出液端與室內機相連。值得指出的是上述噴淋裝置25的數量可不和冷凝器23的數量相對應，即當有六套冷凝器23的時候，可僅僅在其中兩套中設噴淋裝置25。在該實施例中，六套冷凝器23間設有四個噴淋裝置25，且該六套冷凝器23共用一個製冷劑泵裝置。本實施例中的冷凝管組件231,232呈「V」字形排列，在減小了室外機2體積的同時也增強了換熱效率。
為實現更好的換熱效果，該冷凝管組件231,232優選由多根冷凝管平行迂迴設置，且在冷凝管表面上垂直設置多個翅片，增加冷凝管的表面積，進一步提升換熱效率。
第四實施例：
為進一步改進現有室外機2佔地面積及換熱效率的問題，圖5示出了改進的空調室外機2的俯視圖，該空調室外機2包括六個風機22，風機22以3×2矩陣排列。如圖6所示，該室外機2為櫃型結構，風機22水平布置在櫃體的頂部，冷凝器23位於風機22的下方，針對每個風機22相對應的設有一套冷凝器23。為減小室外機2的佔地面積，每套冷凝器23由兩個矩形板狀冷凝管組件231,232組成，靠近櫃體側邊的冷凝管組件231相對於風機22所在平面垂直設置，靠近櫃體內側的冷凝管組件232相對於風機22所在平面傾斜設置，該兩個冷凝管組件231,232下端部相抵固定在底部固定座上。靠近櫃體內側的冷凝管組件232的上端部與同一橫排另一套冷凝器靠近櫃體內側的冷凝管組件的上端部相抵，並固定在頂部固定座上。上端部相抵的冷凝器之間設有噴淋裝置25，該噴淋裝置25在冷凝器23迎風面噴淋水霧。在冷凝器23的下方為製冷劑泵集成腔體，製冷劑泵裝置設置在製冷劑泵集成腔體內，其製冷劑進液端與冷凝器相連，出液端與室內機相連。值得指出的是上述噴淋裝置25的數量可不和冷凝器23的數量相對應，即當有六套冷凝器23的時候，可僅僅在其中兩套中設噴淋裝置25。在該實施例中，六套冷凝器23間設有三個噴淋裝置25，且該六套冷凝器23分別連接一個製冷劑泵裝置，共六個製冷劑泵裝置。本實施例中的冷凝管組件231,232呈「W」字形排列，在減小了室外機2體積的同時也增強了換熱效率。
為實現更好的換熱效果，該冷凝管組件231,232優選由多根冷凝管平行迂迴設置，且在冷凝管表面上垂直設置多個翅片，增加冷凝管的表面積，進一步提升換熱效率。
值得指出的是，上述冷凝管組件231,232的布置方式已經實現了減小室外機2體積的目的，將製冷劑泵裝置21集成在室外機2的櫃體內，是進一步對空調室外裝置佔地面積的改進，而根據實際情況需要，該製冷劑泵裝置21可不設置集成在室外機2的櫃體內，即可相對於冷凝器23獨立設置。
該節能機房空調的控制方法，如圖10所示，主要步驟如下：
S1：實時檢測機房室內溫度T和室外的溫度Ta；
S2：根據空調的運行狀態及室內溫度T計算空調室內製冷負荷比R；
S3：根據室內製冷負荷比R、機房室內溫度T和室外溫度Ta調整空調的運行狀態，運行狀態包括完全利用自然冷源製冷、部分利用自然冷源製冷和不利用自然冷源製冷三種運行模式。
其中，步驟S2具體步驟如下：
S21：設定機房室內目標溫度Ts，精度為a，即Ts＝|Ts-a,Ts+a|；
S22：根據機房室內目標溫度Ts和實時室內溫度T計算空調的室內製冷負荷比R,即R＝(T–Ts)/a。
如圖8所示，步驟S3具體步驟如下：
S31：設定目標製冷負荷比Rs的閾值範圍，即Rs1≤Rs≤Rs2；
S32：根據室內製冷負荷比R與目標冷負荷比Rs的關係、機房實時室內溫度T與室外溫度Ta的關係，切換空調的運行模式；
當T≥Ta，R≤Rs2，空調完全利用室外自然冷源製冷；
當T≥Ta，R＞Rs2，空調部分利用室外自然冷源製冷；
當T＜Ta，空調不利用室外自然冷源製冷。
例如，當T＝25℃；Ta＝10℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝50％，R＜120％，T＞Ta，空調完全利用室外自然冷源製冷。
當T＝28℃；Ta＝20℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝200％，R＞120％，T＞Ta，空調部分利用室外自然冷源製冷。
當T＝25℃；Ta＝28℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，T＜Ta，空調不利用室外自然冷源製冷。
在選擇了空調的工作模式後，進一步通過在冷凝處進行噴淋處理調控冷凝效率。
S331：實時檢測機房室外迴風處的空氣相對溼度RH；
S341：設定目標相對溼度RHs、室外臨界溫度Ta1，且Ta1＞0℃；
S351:根據室內製冷負荷比R與目標製冷負荷比Rs的關係、相對溼度RH與目標相對溼度RHs的關係，室外溫度Ta與室外臨界溫度Ta1的關係，調整空調的製冷效率；
當Ta≥Ta1，R≥Rs1且RH≤RHs時，在冷凝處進行噴淋處理，提高製冷效率；
當R＜Rs1或Ta＜Ta1或RH＞RHs時，不對冷凝處進行噴淋處理。
例如，當T＝25℃；Ta＝10℃；Ta1＝3℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％，RH＝60％,RHs＝80％時，可根據Ta＞3℃，R＝50％，RH＜80％，控制噴淋裝置25開啟，在冷凝處進行噴淋處理，提高製冷效率。
當T＝24.5℃；Ts＝24℃，精度為2；50％≤Rs≤120％時，可計算得到R＝25％，R＜50％，可根據該計算結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為空調已經將室內溫度控制在目標溫度範圍內，無需在冷凝處進行噴淋處理，增強冷凝效果。
當Ta＝0℃；Ta1＝3℃，可根據該結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為室外溫度過低已經接近水的冰點，噴淋裝置25噴出的水易結冰，不能在冷凝器23處達到良好的蒸發效果。
當RH＝85％,RHs＝80％時，可根據該結果，直接控制關閉噴淋裝置25。因為室外溼度已經足夠使冷凝器23出有良好的蒸發換熱效果，此時再進行噴淋也不能大幅度改善空氣溼度和蒸發效果，所以無需再進行噴淋處理。
在選擇了空調的工作模式後，進一步通過冷凝處的空氣流動速度調控冷凝效率。
S332：實時檢測製冷劑的冷凝壓力P；
S342：設定空調在不同運行模式下的目標冷凝壓力Ps，目標冷凝壓力Ps包括完全利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps1、部分利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps2、不利用自然冷源製冷模式下的目標冷凝壓力Ps3；
S352:在空調的不同運行狀態下，根據冷凝壓力P和目標冷凝壓力Ps的關係，調整空調的製冷效率；
當P＜Ps，增加風機22的轉速，以提高冷凝處的空氣流動速度，增大P的值使其進入Ps的精度範圍；
當P＞Ps，減小風機22的轉速，降低冷凝處的空氣流動速度，減小P的值使其進入Ps的精度範圍；
當P在Ps的精度範圍內時，風機22轉速不變。
值得指出的是，為方便調控和節能，上述目標冷凝壓力P優先設置為一個閾值，而非一個確定的壓力值。
綜上，通過本實用新型的節能空調，可實現精準調控工作模式的切換，並且通過對冷凝器的蒸發效率和空氣流動速度的控制，可進一步實現更好的節能效果，擴展了現有機房空調的利用自然冷的溫度區域。
可以理解的，以上實施例僅表達了本實用新型的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制；應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，可以對上述技術特點進行自由組合，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍；因此，凡跟本實用新型權利要求範圍所做的等同變換與修飾，均應屬於本實用新型權利要求的涵蓋範圍。