一种机房空调的制作方法

1.本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种机房空调。


背景技术：

2.随着5g全面商业化的到来以及云计算的发展需求，idc（internet data center互联网数据中心）作为数字基础设施将迎来新的高景气建设时期。据统计数据中心2020年用电量约占全社会总用电量的2.7%。随着数据中心投产规模的增加，这一占比将持续上升。机房空调作为数据中心制冷系统的核心，提升空调机组运行的稳定性和提高空调机组的能效比是当前数据中心行业发展的必然趋势。
3.机房空调由于需要常年为服务器或通信设备降温，需要一直运行制冷；而室外机组运行温度范围由于季节和区域的影响，波动范围较大；尤其是在冬季和北方地区温度较低的情况下，如果冷凝风机转速和系统压力不匹配，可能会造成系统压力故障导致空调机组停机，服务器或通信设备存在过热的风险。
4.现有的室外机冷凝风机大多采用根据室外温度及冷凝压力对冷凝风机风速进行多速控制，该控制方式的控制因素仅有冷凝压力，控制精度较低，使制冷系统无法与系统参数高度匹配而实现高效率换热，空调机组能效比较低且还存在压力故障而停机的风险。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中机房空调能效比低及停机风险高的问题，本发明提供一种机房空调，通过增加室外风机控制因素，提高室外风机的控制精度，进而提高机房空调能效比及降低其停机风险。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种机房空调，包括压缩机、冷凝器、控制器、室外风机；所述压缩机、所述室外风机分别与所述控制器连接，由所述控制器控制；所述冷凝器与所述压缩机连接；还包括第一温度传感器、第二温度传感器、冷凝压力传感器；所述第一温度传感器与所述控制器连接，用于采集室外温度并传输给所述控制器；所述第二温度传感器与所述控制器连接，用于采集所述压缩机的排气温度并传输给所述控制器；所述冷凝压力传感器与所述控制器连接，用于采集冷凝压力并传输给所述控制器；所述控制器配置有目标排气温度，并配置为根据所述室外温度确定风机转速的初始值、确定对应的目标冷凝压力，及根据所述目标冷凝压力、所述冷凝压力、所述目标排气温度、所述排气温度调节所述风机转速，用于控制所述室外风机的运转。
7.根据本发明的一些实施例，所述控制器还配置有压力偏差、第一调节转速、第二调节转速；所述第一调节转速大于所述第二调节转速；
当所述冷凝压力大于等于所述目标冷凝压力与所述压力偏差的和时，所述风机转速加上所述第一调节转速自调；当所述冷凝压力大于等于所述目标冷凝压力且小于所述目标冷凝压力与所述压力偏差的和时，所述风机转速加上所述第二调节转速自调；当所述冷凝压力大于等于所述目标冷凝压力减去所述压力偏差且小于所述目标冷凝压力时，所述风机转速减去所述第二调节转速自调；当所述冷凝压力小于所述目标冷凝压力减去所述压力偏差时，所述风机转速减去所述第一调节转速自调。
8.根据本发明的一些实施例，所述控制器将所述室外温度划分为多个温度区间；在每个所述温度区间内取多个室外温度点计算对应的冷凝温度；由各所述冷凝温度得对应的标准冷凝压力；所述目标冷凝压力为各所述标准冷凝压力的平均值。
9.根据本发明的一些实施例，所述控制器还配置有第三调节转速，并对比所述排气温度与所述目标排气温度；当所述排气温度大于所述目标排气温度时，所述风机转速减去所述第三调节转速自调；当所述排气温度等于所述目标排气温度时，所述风机转速保持不变；当所述排气温度小于所述目标排气温度时，所述风机转速加上第三调节转速自调。
10.根据本发明的一些实施例，所述第一调节转速、所述第二调节转速、所述第三调节转速分别为所述初始值的不同比率；所述第一调节转速的取值范围为所述初始值的1%~5%；所述第二调节转速的取值范围为所述初始值的1%~3%；所述第三调节转速的取值范围为所述初始值的0.1%~0.5%。
11.根据本发明的一些实施例，还包括第三温度传感器、第四温度传感器，其分别与所述控制器连接，用于检测吸气温度、蒸发温度并传输给所述控制器；所述控制器根据所述吸气温度、所述蒸发温度计算吸气过热度；所述吸气过热度等于所述吸气温度减所述蒸发温度；所述控制器配置有目标吸气过热度、第一调节系数、第二调节系数；所述第一调节系数大于1；所述第二调节系数小于1；当所述吸气过热度大于所述目标吸气过热度时，所述风机转速乘以所述第一调节系数自调；当所述吸气过热度等于所述目标吸气过热度时，所述风机转速保持不变；当所述吸气过热度小于所述目标吸气过热度时，所述风机转速乘以所述第二调节系数自调。
12.根据本发明的一些实施例，所述控制器包括室内控制器、室外控制器；所述室外控制器与所述室内控制器通信连接，且分别与所述第一温度传感器、所述冷凝压力传感器、所述室外风机连接，接收所述室外温度、所述冷凝压力并传输给所述室内控制器；所述室内控制器分别与所述第二温度传感器、所述第三温度传感器连接，接收所述排气温度、所述吸气温度、所述室外温度、所述冷凝压力，用于调节所述风机转速并传输
给所述室外控制器；所述室外控制器根据所述风机转速控制所述室外风机。
13.根据本发明的一些实施例，所述控制器配置有初始转速判定温度、第一比例值、第二比例值；所述第一比例值大于所述第二比例值；所述室外风机启动时，如果所述室外温度大于所述初始转速判定温度，所述初始值等于所述室外风机的极限转速与所述第一比例值的乘积；所述室外风机启动时，如果所述室外温度小于等于所述初始转速判定温度，所述初始值等于所述室外风机的极限转速与所述第二比例值的乘积；所述室外风机启动时，所述风机转速为所述初始值。
14.根据本发明的一些实施例，所述控制器配置有第一周期、第二周期、启动时间；所述第一周期小于所述第二周期；在所述压缩机的启动持续时间小于等于所述启动时间时，所述控制器调节所述风机转速的周期为所述第一周期；在所述压缩机的启动持续时间大于所述启动时间时，所述控制器调节所述风机转速的周期为所述第二周期。
15.根据本发明的一些实施例，所述控制器在所述压缩机启动一个所述第一周期后进行所述风机转速的调节控制。
16.本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明的一种机房空调采用根据室外温度确定风机转速的初始值及除采用室外温度及冷凝压力调节风机转速外增加排气温度、设定的目标排气温度进一步调节风机转速的控制方法，使风机转速不仅适应室外环境且匹配系统运行参数及符合系统运行变化趋势，使室外风机的运转与冷凝器的换热需求更加匹配，提高机房空调的能效比；另外，由于室外风机的运转与冷凝器的换热量更加匹配，使冷凝器及系统压力更加稳定，降低因压力故障产生的停机，提高机房空调的稳定性及可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1a为本发明的一种机房空调的一种实施例的部分控制流程示意图；图1b为本发明的一种机房空调的一种实施例的部分控制流程示意图；图2为本发明的一种机房空调的一种实施例的连接结构示意图。
19.附图标记：1、压缩机；2、室外风机；3、控制器；31、室内控制器；32、室外控制器；4、第一温度传感器；5、第二温度传感器；6、第三温度传感器；7、冷凝压力传感器；8、第四温度传感器；tw、室外温度；t
p
、初始转速判定温度；vc、初始值；k1、第一比例值；k2、第二比例值；vj、极限转速；t、启动持续时间；tq、启动时间；t1、第一周期；t2、第二周期；pm、目标冷凝压力；p、冷凝压力；
△
p、压力偏差；v、风机转速；v1、第一调节转速；v2、第二调节转速；v3、第三调节转速；te、排气温度；td、目标排气温度；t
x
、吸气温度；tz、蒸发温度；ts、吸气过热度；t
t
、目标
吸气过热度；a1、第一调节系数；a2、第二调节系数；p1、第一目标冷凝压力；p2、第二目标冷凝压力；p3、第三目标冷凝压力；p4、第四目标冷凝压力。
具体实施方式
20.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，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
23.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.根据本发明的一些实施例，参照图1a、图1b及图2，机房空调包括压缩机1、冷凝器、控制器3、室外风机2；冷凝器与压缩机1连接；压缩机1、室外风机2分别与控制器3连接，由控制器3控制；室外风机2用于为冷凝器通风散热。
25.机房空调还包括第一温度传感器4、第二温度传感器5、冷凝压力传感器7，其分别与控制器3连接；第一温度传感器4设置在室外，用于检测室外温度tw并传输给控制器3；第二温度传感器5设置在压缩机1的排气口，用于检测压缩机1的排气温度te并传输给控制器3；冷凝压力传感器7设置在冷凝器上或排气管路上，用于检测冷凝压力p并传输给控制器3。
26.控制器3配置有目标排气温度td，并配置为根据室外温度tw确定用于控制室外风机2的风机转速v的初始值vc、确定对应的目标冷凝压力pm，并根据目标冷凝压力pm、冷凝压力p、目标排气温度td、排气温度te对风机转速v进行调节，调节后的风机转速v生成控制指令控制室外风机2的运转。
27.本发明的一种机房空调采用根据室外温度tw确定风机转速v的初始值vc及除了采用室外温度tw及冷凝压力p调节风机转速v外增加排气温度te及设定的目标排气温度td进一步调节风机转速v的控制方法，使风机转速v不仅适应室外环境且匹配系统运行参数及符合系统运行变化趋势，使室外风机2的运转与冷凝器的换热需求更加匹配，提高机房空调的能效比；另外，由于室外风机2的运转与冷凝器的换热量更加匹配，使冷凝器及系统压力更加温度，降低因压力故障产生的停机，提高机房空调的稳定性及可靠性。
28.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，机房空调在压缩机1启动时，控制器3
控制室外风机2启动，且由初始值vc生成控制指令控制室外风机2启动。
29.初始值vc根据机房空调的室外温度tw确定。控制器3配置有初始转速判定温度t
p
、室外风机2的极限转速vj、第一比例值k1、第二比例值k2；第一比例值k1大于第二比例值k2。
30.当室外温度tw大于初始转速判定温度t
p
时，控制器3确定初始值vc为极限转速vj与第一比例值k1的乘积；当室外温度tw小于等于初始转速判定温度t
p
时，控制器3确定初始值vc为极限转速vj与第二比例值k2的乘积。
31.本实施例的机房空调根据室外温度tw对初始值vc进行选择，使室外风机2在启动时适应室外温度tw，使室外风机2启动时满足要求且更加节能。
32.根据本发明的一些实施例，初始转速判定温度t
p
的取值范围为20℃~35℃。
33.根据本发明的一些实施例，初始转速判定温度t
p
为20℃。
34.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，控制器3还配置有压力偏差
△
p、第一调节转速v1、第二调节转速v2；第一调节转速v1大于第二调节转速v2；控制器3将室外温度tw化分为多个温度区间。
35.控制器3根据各不同温度区间的室外温度tw确定各区间对应的目标冷凝压力pm，并比较冷凝压力p与目标冷凝压力pm对风机转速v进行调节。
36.具体为，在各室外温度tw的温度区间内选取多个室外温度点及计算各室外温度点对应的冷凝温度；根据计算得到的各冷凝温度查表确定对应的标准冷凝压力；目标冷凝压力pm等于各标准冷凝压力的平均值；使对应温度区间的目标冷凝压力pm更合理及准确。不同的温度区间对应不同的目标冷凝压力pm。
37.在对风机转速v进行调节时，首先获取室外温度tw，根据室外温度tw确定初始值vc；风机启动时控制室外风机2的风机转速v为初始值vc。确定室外温度tw所在的温度区间，确定其对应的目标冷凝压力pm。
38.控制器3将接收的冷凝压力传感器7测得的冷凝压力p与目标冷凝压力pm进行比较。
39.当冷凝压力p大于等于目标冷凝压力pm与压力偏差
△
p的和时，风机转速v加上第一调节转速v1自调，即控制器3将现有的风机转速v加上第一调节转速v1后的风机转速v生成控制指令控制室外风机2运转。
40.当冷凝压力p大于等于目标冷凝压力pm且小于目标冷凝压力pm与压力偏差
△
p的和时，风机转速v加上第二调节转速v2自调，即控制器3将现有的风机转速v加上第二调节转速v2后的风机转速v生成控制指令控制室外风机2运转。
41.当冷凝压力p大于等于目标冷凝压力pm减去压力偏差
△
p且小于目标冷凝压力pm时，风机转速v减去第二调节转速v2自调，即控制器3将现有的风机转速v减去第二调节转速v2后的风机转速v生成控制指令控制室外风机2运转。
42.当冷凝压力p小于目标冷凝压力pm减去压力偏差
△
p时，风机转速v减去第一调节转速v1自调，即控制器3将现有的风机转速v减去第一调节转速v1后的风机转速v生成控制指令控制室外风机2运转。
43.本实施例为控制器3具体结合室外温度tw与冷凝压力p控制室外风机2转速的流程。
44.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，室外温度tw可按照以下划分温度区
间。
45.第一温度区间，室外温度tw≥35℃，对应第一目标冷凝压力p1；第二温度区间，20℃≤室外温度tw＜35℃，对应第二目标冷凝压力p2；第三温度区间，5℃≤室外温度tw＜20℃，对应第三目标冷凝压力p3；第四温度区间，-5℃≤室外温度tw＜5℃，对应第四目标冷凝压力p4；第五温度区间，室外温度tw＜-5℃，对应第五目标冷凝压力p5。
46.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，第一调节转速v1、第二调节转速v2分别为初始值vc的不同比率。
47.具体为，第一调节转速v1的取值范围为初始值vc的1%~5%；第二调节转速v2的取值范围为初始值vc的1%~3%；本实施例的机房空调通过双比例对风机转速v进行调节，使冷凝压力p与目标冷凝压力pm差别较大时，采用较大调节比例；冷凝压力p接近目标冷凝压力pm时，采用较小调节比例，使系统运行更加平稳可靠。
48.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，控制器3还配置有第三调节转速v3，并比较排气温度te与目标排气温度td，根据比较结果调节风机转速v。
49.当排气温度te大于目标排气温度td时，冷媒输出排量大于需求排量，压缩机1有降频的趋势降低排量，风机转速v减去第三调节转速v3自调，即控制器3将现有的风机转速v减去第三调节转速v3后控制室外风机2运转，降低室外风机2的转速。
50.当排气温度te等于目标排气温度td时，保持原有风机转速v。
51.当排气温度te小于目标排气温度td时，冷媒输出排量小于需求排量，压缩机1有增加频率的趋势增加排量，风机转速v加上第三调节转速v3自调，即控制器3将现有的风机转速v加上第三调节转速v3后控制室外风机2运转，增加室外风机2的转速。
52.本实施例为排气温度te调节风机转速v的具体控制流程，根据系统参数判断系统变化，调整风机转速v，使其更加适应系统能力，提高机房空调能效比。
53.根据本发明的一些实施例，第三调节转速v3为初始值vc的比率；具体为，第三调节转速v3的取值范围为初始值vc的0.1%~0.5%。第三调节转速v3的调节幅度小于室外温度tw及冷凝压力p因素的调节，对室外风机2的转速进行微调。
54.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，还包括第三温度传感器6、第四温度传感器8，其分别与控制器3连接；第三温度传感器6设置在压缩机1的吸气口或者连接压缩机1的吸气管路上，用于检测吸气温度t
x
，并传输给控制器3；第四温度传感器8设置在蒸发器内或蒸发器上，用于检测蒸发温度tz并传输给控制器3；控制器3根据收到的吸气温度t
x
及蒸发温度tz计算吸气过热度ts；吸气过热度ts等于吸气温度t
x
减蒸发温度tz；即，ts=t
x-tz。
55.控制器3配置有目标吸气过热度t
t
、第一调节系数a1、第二调节系数a2，并比较吸气过热度ts与目标吸气过热度t
t
；第一调节系数a1大于1；第二调节系数a2小于1。
56.当吸气过热度ts大于目标吸气过热度t
t
时，电子膨胀阀开度减小，蒸气流量减小，系统有能力不足的倾向。此时，压缩机1会提升运行频率，增大冷凝侧换热量。此时，风机转速v乘以第一调节系数a1自调。即，控制器3将当前的风机转速v乘以第一调节系数a1后得到新的风机转速v的控制指令，发送给室外风机2，控制其运转，增大室外风机2的转速。
57.当吸气过热度ts等于目标吸气过热度t
t
时，风机转速v保持不变；室外风机2运行状
态保持。
58.当吸气过热度ts小于目标吸气过热度t
t
时，电子膨胀阀开度增大，蒸进流量增大，压缩机1会降低运行频率，降低冷凝侧换热量。此时，风机转速v乘以第二调节系数a2自调。即，控制器3将当前的风机转速v乘以第二调节系数a2后得到新的风机转速v的控制指令，发送给室外风机2，控制其运转，降低室外风机2的转速。
59.本实施例的机房空调的室外风机2运转控制考虑吸气过热度ts变化对系统造成的影响及趋势，通过调节风机转速v调节室外风机2的转速避免系统的波动过大，提高系统的稳定性及能效比。
60.当然，也可通过测量蒸发器出口的冷媒压力，通过上述的冷媒压力近似成蒸发压力进行换算得出蒸发温度tz。
61.根据本发明的一些实施例，第一调节系数a1的取值范围为1~1.2；第二调节系数a2的取值范围为0.8~1。
62.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，控制器3配置有第一周期t1、第二周期t2、启动时间tq；第一周期t1小于第二周期t2。
63.在压缩机1启动持续时间t小于等于启动时间tq时，控制器3控制风机转速v调节的周期为第一周期t1。
64.在压缩机1启动持续时间t大于启动时间tq时，控制器3控制风机转速v调节的周期为第二周期t2。
65.本实施例将室外风机2的风机转速v的调节周期划分为两个阶段；在压缩机1初始启动阶段，系统处于频繁的调节及适应中，风机转速v也应增加调节频率以适应实时的系统运行参数；在压缩机1稳定运行阶段，系统处于较稳定的运行状态，降低风机转速v的调节频率节省硬件及软件资源，提升控制效率，节省能源。
66.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，启动时间tq的取值范围3~10min；优选为5min。第一调节周期的取值范围为10s~25s；优选为15s。第二调节周期的取值范围为20s~90s；优选为30s。
67.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，第一周期t1与第二周期t2的实现可通过设定定时器实现。
68.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，控制器3在压缩机1启动一个第一周期t1后进行风机转速v的调节控制；也即控制器3在室外风机2启动一个第一周期t1后进行风机转速v的调节控制。
69.根据本发明的一些实施例，参照图1a、图1b及图2，控制器3包括室内控制器31、室外控制器32；室内控制器31与室外控制器32通信连接。
70.室外控制器32分别与第一温度传感器4、冷凝压力传感器7、室外风机2连接，接收室外温度tw、冷凝压力p并传输给室内控制器31，发送控制指令给室外风机2进行调速控制。
71.室内控制器31分别与第二温度传感器5、第三温度传感器6连接，接收排气温度te、吸气温度t
x
、室外温度tw、冷凝压力p，并根据排气温度te、目标排气温度td、吸气温度t
x
、目标吸气过热度t
t
、冷凝压力p、目标冷凝压力pm调节风机转速v，并根据风机转速v生成控制指令传输给室外控制器32；室外控制器32根据接收到的控制指令控制室外风机2运转。
72.本实施例的机房空调适应压缩机1设置在室内的结构，室内控制器31为主控制器。
73.根据本发明的一些实施例，参照图1a、图1b及图2，控制器3包括室内控制器31、室外控制器32；室内控制器31与室外控制器32通信连接。
74.室内控制器31分别与第二温度传感器5、第三温度传感器6连接，接收排气温度te、吸气温度t
x
并传输给室外控制器32。室外控制器32分别与第一温度传感器4、冷凝压力传感器7、室外风机2连接，接收室外温度tw、冷凝压力p、排气温度te、吸气温度t
x
，并根据其配置的目标排气温度td、目标吸气过热度t
t
及室外温度tw、冷凝压力p、排气温度te、吸气温度t
x
确定风机转速v；室外控制器32根据确定风机转速v生成控制指令传输给室外风机2，对其进行调速控制。
75.本实施例的机房空调适应压缩机1设置在室内的结构，室内控制器31为主控制器；室外控制器32分担控制室外风机2的控制逻辑，减轻室内控制器31的负担，提高室内控制器31及室外控制器32的控制效率及可靠性。
76.根据本发明的一些实施例，参照图1a及图1b，室内控制器31与室外控制器32通过485总线通信。室外控制器32与室外风机2通过485总线通信。
77.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
78.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。