自然冷卻節能型機房空調機組及其控制方法
【專利摘要】本發明公開一種自然冷卻節能型機房空調機組及其控制方法，包括傳統制冷系統，其包括壓縮機、油分離器、截止閥一、室外換熱器、截止閥二、儲液器、干燥過濾器、電磁閥、膨脹閥一、室內換熱器和氣液分離器；還包括自然冷卻控制系統，其包括室外自然冷卻換熱器、室內自然冷卻換熱器、送風機、比例三通調節閥、膨脹灌、水泵、截止閥三、截止閥四和散熱風機。本發明減少冷季壓縮機的運行時間，節能效果顯著；全部自然冷卻時，壓縮制冷停止，降低了機房內噪音；延長壓縮制冷空調設備的使用壽命；避免了壓縮機的低溫啟動而可能存在的故障；自然冷卻裝置系統、控制簡單，故障率低，維修簡便。
【專利說明】
自然冷卻節能型機房空調機組及其控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種自然冷卻節能型機房空調機組及其控制方法。【背景技術】
[0002]節能降耗已經成為全社會的共識，節能減排工作已經成為我國的基本國策之一。 隨著現代工業和控制設備越來越自動化，工業計算機和PLC的應用越來越普及，對計算機等智能控制設備的安裝環境要求也越來越高。在確保機房溫度符合其它設備正常運行要求的前提下，科學有效地降低空調用電，減少電力資源浪費應成為機房節能的主要手段。設法降低空調設備的能耗，特別是常年運行的制冷空調設備能耗。
[0003]使用傳統機房空調是采用壓縮機制冷，耗電量非常大，同時一般都需要全年制冷。 因此在機房總耗電量中，傳統機房空調的耗電量一般占房總耗電量的60%左右，也就是說， 傳統機房空調是電量耗損的最大來源。傳統機房空調制冷主要靠壓縮機的運轉將系統內的氟利昂從氣體壓縮成高溫高壓的液體，在通過室外冷凝及室內蒸發，從液態變成氣態，吸收室內的熱量來達到降溫的目的，這樣就需要消耗大量的電能，并造成大量的溫室氣體。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明的目的就是要克服上述缺點，旨在提供一種自然冷卻節能型機房空調機組。
[0006](二)技術方案
[0007]為達到上述目的，本發明的自然冷卻節能型機房空調機組，包括傳統制冷系統，其包括壓縮機、油分離器、截止閥一、室外換熱器、截止閥二、儲液器、干燥過濾器、電磁閥、膨脹閥一、室內換熱器和氣液分離器；
[0008]還包括自然冷卻控制系統，其包括室外自然冷卻換熱器、室內自然冷卻換熱器、送風機、比例三通調節閥、膨脹灌、水栗、截止閥三、截止閥四和散熱風機；
[0009]所述壓縮機、油分離器、截止閥一和室外換熱器依次連接，所述室外換熱器的輸出端通過截止閥二連接儲液罐;所述儲液器通過干燥過濾器連接膨脹閥一和電磁閥；所述膨脹閥一和電磁閥通過室內換熱器連接氣液分離器;所述氣液分離器另一端連接壓縮機；
[0010]所述室外自然冷卻換熱器通過截止閥四和水栗連接室內自然冷卻換熱器以及比例三通調節閥，所述三通調節閥的輸出端通過截止閥三連接室外自然冷卻換熱器；
[0011]所述水栗的輸入端連接有膨脹罐;所述室外自然冷卻換熱器通過所述散熱風機進行散熱;所述送風機將室外冷風送至室內自然冷卻換熱器。
[0012]進一步，所述水栗內設有溶液水，該溶液水為去離子乙二醇溶液。
[0013]進一步，所述去離子乙二醇溶液的配比濃度按照當地最低氣溫確定，其濃度配比按冰點溫度低于當地區域冬季最低溫度_l〇°C進行配比。
[0014]進一步，所述室內自然冷卻換熱器和室外自然冷卻換熱器通過管路連接成封閉環路。
[0015]還公開一種自然冷卻節能型機房空調機組的控制方法，包括如下步驟:
[0016]機組控制器采集室內環境和室外環境的溫度、濕度；[0〇17] 送風機開啟；
[0018]判斷室內溫度是否大于設定溫度+偏差溫度，若否，則關閉除送風機以外的設備， 若是，則對室外溫度進行判斷；
[0019]判斷室外溫度是否小于等于設定溫度-20°C，若否，則啟動壓縮機和散熱風機進行制冷;若是，則啟動水栗，水栗將溶液水流入室內自然冷卻換熱器進行熱交換內部低溫的溶液水與室內的空氣進行熱交換，降低經過換熱器的室內空氣溫度；
[0020]比例三通調節閥調節進入換熱器的溶液水的流量，溶液水流經截止閥四到室外自然冷卻換熱器，通過散熱風機降低溶液水溫度，溶液水流過截止閥三和膨脹罐回到水栗完成換熱。
[0021]進一步，所述室內自然冷卻換熱器和室外自然冷卻換熱器通過管路連接成封閉環路。[〇〇22](三)有益效果
[0023]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:減少冷季壓縮機的運行時間， 節能效果顯著;全部自然冷卻時，壓縮制冷停止，降低了機房內噪音;延長壓縮制冷空調設備的使用壽命;避免了壓縮機的低溫啟動而可能存在的故障；自然冷卻裝置系統、控制簡單，故障率低，維修簡便。【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的自然冷卻節能型機房空調機組的結構示意圖；
[0025]圖2為本發明自然冷卻節能型機房空調機組控制方法的流程圖。【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0027]如圖1所示，本發明的自然冷卻節能型機房空調機組，包括傳統制冷系統，其包括壓縮機1、油分離器2、截止閥一 3、室外換熱器4、截止閥二5、儲液器6、干燥過濾器7、電磁閥 9、膨脹閥一8、室內換熱器10和氣液分離器11;
[0028]還包括自然冷卻控制系統，其包括室外自然冷卻換熱器12、室內自然冷卻換熱器 13、送風機14、比例三通調節閥15、膨脹灌16、水栗17、截止閥三18、截止閥四19和散熱風機 20；
[0029]所述壓縮機1、油分離器2、截止閥一 3和室外換熱器4依次連接，所述室外換熱器4 的輸出端通過截止閥二5連接儲液罐;所述儲液器6通過干燥過濾器7連接膨脹閥一 8和電磁閥9;所述膨脹閥一 8和電磁閥9通過室內換熱器10連接氣液分離器11;所述氣液分離器11另一端連接壓縮機1;
[0030]所述室外自然冷卻換熱器12通過截止閥四19和水栗17連接室內自然冷卻換熱器 13以及比例三通調節閥15，所述三通調節閥的輸出端通過截止閥三18連接室外自然冷卻換熱器12;
[0031]所述水栗17的輸入端連接有膨脹罐16;所述室外自然冷卻換熱器12通過所述散熱風機20進行散熱;所述送風機14將室外冷風送至室內自然冷卻換熱器13。[0〇32]所述水栗17內設有溶液水，該溶液水為去離子乙二醇溶液。[〇〇33] 所述去離子乙二醇溶液的配比濃度按照當地最低氣溫確定，其濃度配比按冰點溫度低于當地區域冬季最低溫度-10°c進行配比。
[0034]溶液水用于通過室外冷氣進行散熱。
[0035]如圖2所示，還包括一種自然冷卻節能型機房空調機組的控制方法，包括如下步驟:
[0036]機組控制器采集室內環境和室外環境的溫度、濕度；[〇〇37] 送風機14開啟；
[0038]判斷室內溫度是否大于設定溫度+偏差溫度，若否，則關閉除送風機14以外的設備，若是，則對室外溫度進行判斷；[〇〇39]判斷室外溫度是否小于等于設定溫度-20°C，若否，則啟動壓縮機1和散熱風機20 進行制冷;若是，則啟動水栗17，水栗17將溶液水流入室內自然冷卻換熱器13進行熱交換內部低溫的溶液水與室內的空氣進行熱交換，降低經過換熱器的室內空氣溫度；
[0040]比例三通調節閥15調節進入換熱器的溶液水的流量，溶液水流經截止閥四19到室外自然冷卻換熱器12,通過散熱風機20降低溶液水溫度，溶液水流過截止閥三18和膨脹罐 16回到水栗17完成換熱。
[0041]所述室內自然冷卻換熱器13和室外自然冷卻換熱器12通過管路連接成封閉環路。 [〇〇42] 機組原理:[〇〇43]實線箭頭為標準制冷流程；
[0044]虛線箭頭為自然冷卻流程；[〇〇45]1、壓縮機制冷(傳統制冷系統)
[0046]參見圖1，夏季機組開機運行，機組控制器采集各個傳感器的狀態，開啟14送風機判斷室內溫度是否大于設定溫度+偏差，否將關閉送風機外的輸出(負載)，室內溫度大于設定溫度+偏差，繼續判斷室外溫度小于等于設定溫度減去_20°C，由于是夏季所以室外溫度大于設定溫度，所以啟動1壓縮機，啟動20散熱風機，機組制冷運行。1壓縮機將制冷劑壓縮運送到2油分離器，在2油分離器將潤滑油與制冷劑分離，潤滑油回到壓縮機，制冷劑進過3 截止閥1到4室外換熱器;在4室外換熱器將制冷劑高溫高壓的氣體冷凝成中溫高壓的液體； 制冷劑液體經過5截止閥2流入6儲液器;在6儲液器儲存多余的制冷劑并將氣態的制冷劑和液態制冷劑分離，是流出的是純液態的制冷劑;液態制冷流入7干燥過濾器，在干燥過濾器中過濾雜質和水分;經過9膨脹閥1節流在10室內換熱器通過換熱器熱交換液態制冷劑吸收環境的熱量變成低溫的氣態制冷劑，通過制冷劑的相變吸熱降低經過換熱器的空氣溫度； 氣態制冷劑在11氣液分離器中分離出沒有完全蒸發的液體制冷劑，氣態制冷劑回到壓縮機再進行制冷工作。8電磁閥作用是將10室內換熱器分成2個分路，當環境溫度已經到達降溫要求，但房間的濕度還沒有達到控制要求，通過減少換熱器的面積降低進入換熱器的制冷劑的溫度來達到控制濕度的目的。[〇〇47]2、自然冷卻系統
[0048]冬季機組開機運行，機組控制器采集各個傳感器的狀態，開啟14送風機判斷室內溫度是否大于設定溫度+偏差，否將關閉送風機外的輸出(負載)，室內溫度大于設定溫度+ 偏差，繼續判斷室外溫度小于等于設定溫度減去-20°C，由于是冬季所以室外溫度小于設定溫度減去_20°C，機組啟動17水栗，水栗內部運行的為去離子的濃度為30%乙二醇溶液(注意此溶液的乙二醇濃度根據當地的氣象最低溫度確定，查乙二醇濃度配比表按冰點溫度低于當地區域冬季最低溫度_l〇°C，配比濃度溶液的冰點。為了防止機組在冬季運行時自然冷卻系統內部的水結冰而不能流動)。水栗將溶液水流入13室內自然冷卻換熱器進行熱交換內部低溫的溶液水與室內的空氣進行熱交換，降低經過換熱器的室內空氣溫度，有吸收了室內空氣的熱量溶液水的溫度升高了；經過15比例三通調節閥(三通閥的作用是用來調節進入換熱器的溶液水的流量，從而來條調節進入室內自然冷卻換熱器的換熱量，當室內溫度越高于設定溫度，三通閥就開大，越接近設定溫度，三通閥就開度越小)。流經19截止閥4 至IJ12室外自然冷卻換熱器(與室內自然冷卻換熱器的作用相反將熱量排到室外，降低水溶液的溫度)開啟20散熱風機，溶液流過18截止閥3和16膨脹灌回到水栗完成了換熱過程。(膨脹罐的作用主要是起到穩壓及部分儲水的作用，水的熱脹冷縮內部的體積會發生變化，系統內部的壓力也變化，起緩沖壓力波動及部分給水的作用)。自然冷卻系統室內側機組與室外側機組各有一個自然冷卻換熱器，用管路將這兩者連接成封閉環路。工作流體經過室內側的換熱盤管時，被室內的空氣加熱。由于加熱后的工作流體溫度高于室外空氣溫度，當它循環經過室外側的換熱器時，其熱量傳遞到室外空氣，溫度降低。
[0049]在此工況下，原先是壓縮機制冷需要消耗大量的電能，能耗高，現在采用自然冷卻系統進行冷卻，運行的部件只有水栗和2個換熱風機，機組消耗功率節能約70%。大大降低了機組運行的能耗。
[0050]3、壓縮機制冷+自然冷卻系統[0051 ]當春秋過度季節，因為室內外溫度溫差小，用自然冷卻系統不能把室內溫度降低到設置溫度時，同時開啟壓縮機制冷+自然冷卻系統。原理同上。
[0052]在此工況下，同時開啟壓縮機制冷+自然冷卻系統，因為采用自然冷卻裝置運行可以隨著溫度的變化可以負擔較大的制冷負荷，這樣可以減少壓縮機制冷的運行時間。降低了機組運行的能耗，也延長了壓縮機的使用壽命。
[0053]自然冷卻節能型恒溫恒濕空調系統在室外溫度適宜的時候，實現自然冷卻，降低壓縮機的工作時間，從而實現節能的目的。[〇〇54]綜上所述，上述實施方式并非是本發明的限制性實施方式，凡本領域的技術人員在本發明的實質內容的基礎上所進行的修飾或者等效變形，均在本發明的技術范疇。
【主權項】
1.一種自然冷卻節能型機房空調機組，其特征在于:包括傳統制冷系統，其包括壓縮機(I)、油分離器(2)、截止閥一(3)、室外換熱器(4)、截止閥二(5)、儲液器(6)、干燥過濾器 (7)、電磁閥(9)、膨脹閥一 (8)、室內換熱器(10)和氣液分離器(11);還包括自然冷卻控制系統，其包括室外自然冷卻換熱器(12)、室內自然冷卻換熱器 (13)、送風機(14)、比例三通調節閥(15)、膨脹灌、水栗(17)、截止閥三(18)、截止閥四(19) 和散熱風機(20);所述壓縮機(1)、油分離器(2)、截止閥一 (3)和室外換熱器(4)依次連接，所述室外換熱 器(4)的輸出端通過截止閥二(5)連接儲液罐;所述儲液器通過干燥過濾器(7)連接膨脹閥 一(8)和電磁閥(9);所述膨脹閥一(8)和電磁閥(9)通過室內換熱器(10)連接氣液分離器(II);所述氣液分離器(11)另一端連接壓縮機(1);所述室外自然冷卻換熱器(12)通過截止閥四(19)和水栗(17)連接室內自然冷卻換熱 器(13)以及比例三通調節閥(15)，所述三通調節閥的輸出端通過截止閥三(18)連接室外自 然冷卻換熱器(12);所述水栗(17)的輸入端連接有膨脹罐(16);所述室外自然冷卻換熱器(12)通過所述散 熱風機(20)進行散熱;所述送風機(14)將室外冷風送至室內自然冷卻換熱器(13)。2.如權利要求1所述的自然冷卻節能型機房空調機組，其特征在于:所述水栗(17)內設 有溶液水，該溶液水為去離子乙二醇溶液。3.如權利要求2所述的自然冷卻節能型機房空調機組，其特征在于:所述去離子乙二醇 溶液的配比濃度按照當地最低氣溫確定，其濃度配比按冰點溫度低于當地區域冬季最低溫 度-10 °C進行配比。4.如權利要求3所述的自然冷卻節能型機房空調機組，其特征在于:所述室內自然冷卻 換熱器(13)和室外自然冷卻換熱器(12)通過管路連接成封閉環路。5.—種自然冷卻節能型機房空調機組的控制方法，其特征在于，包括如下步驟:機組控制器采集室內環境和室外環境的溫度、濕度；送風機(14)開啟；判斷室內溫度是否大于設定溫度+偏差溫度，若否，則關閉除送風機(14)以外的設備， 若是，則對室外溫度進行判斷；判斷室外溫度是否小于等于設定溫度-20°C，若否，則啟動壓縮機(1)和散熱風機(20) 進行制冷;若是，則啟動水栗(17)，水栗(17)將溶液水流入室內自然冷卻換熱器(13)進行熱 交換內部低溫的溶液水與室內的空氣進行熱交換，降低經過換熱器的室內空氣溫度；比例三通調節閥(15)調節進入換熱器的溶液水的流量，溶液水流經截止閥四(19)到室 外自然冷卻換熱器(12)，通過散熱風機(20)降低溶液水溫度，溶液水流過截止閥三(18)和 膨脹罐(16)回到水栗(17)完成換熱。6.如權利要求5所述的自然冷卻節能型機房空調機組的控制方法，其特征在于:所述室 內自然冷卻換熱器(13)和室外自然冷卻換熱器(12)通過管路連接成封閉環路。
【文檔編號】F24F11/00GK106091194SQ201610455359
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】陳越增, 王立明, 汪志強, 鄧軍琦
【申請人】寧波惠康實業有限公司