一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法与流程

1.本发明涉及机房空调系统设计技术领域，尤其涉及一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法。


背景技术：

2.数据中心对空气温度、湿度有较高的要求，较高或较低的空气温湿度对服务器的运行都会产生不良影响。因此，需在数据中心内匹配机房空调以维持数据中心的温湿度。
3.在机房空调进行低负载制冷时，变频压缩机往往通过降低频率来匹配负载，但当负载低于压缩机所能提供最低制冷量时，压缩机会进入一个频繁启停的过程，即温度降低到停机点时停机，待服务器散热使温度升高至开机点时再开机制冷，此时数据中心的温度处于波动状态。另外，现有机房空调用压缩机制冷，降低风量使出风温度低于空气露点温度来达到除湿效果。但除湿过程中，压缩机的控制不与数据中心温度关联，无法对数据中心的温度进行调节，有可能使数据中心的温度低于低温报警值时才会停机，或通过开启电加热的方式来抵消制冷量，上述过程都会造成数据中心内部实际温度偏离预设目标温度。
4.因此，为解决上述问题，寻找一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法成为本领域技术人员所研究的重要课题。


技术实现要素：

5.本发明实施例公开了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法，用于解决现有数据中心的机房空调在低载制冷、除湿工况下，数据中心温度不稳定，容易出现偏离控制目标温度的问题。
6.本发明实施例提供了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统，包括：
7.压缩机、冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀以及供制冷剂流动的管道；
8.所述压缩机通过管道依次与所述冷凝器、所述第一电磁阀、所述第一蒸发器、所述第二电磁阀、所述第二蒸发器连接，所述第二蒸发器远离所述第二电磁阀的一端与所述压缩机连接；
9.所述冷凝器与所述第一蒸发器之间通过管道连接有所述第一膨胀阀，所述第一膨胀阀与所述第一电磁阀并联；
10.所述第一蒸发器与所述第二蒸发器之间通过管道连接有第二膨胀阀，所述第二膨胀阀与所述第二电磁阀并联；
11.所述第二蒸发器远离所述第一蒸发器的一侧设置有加湿器，所述加湿器连接有进水电磁阀。
12.可选地，所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀为电子膨胀阀。
13.可选地，所述冷凝器处设置有室外风机。
14.可选地，所述第一蒸发器处设置有室内风机。
15.可选地，所述第二蒸发器与所述压缩机相连接的管道上设置有吸气温度传感器。
16.可选地，所述第二蒸发器与所述压缩机相连接的管道上还设置有吸气压力传感器。
17.可选地，所述加湿器为电极加湿器或电热加湿器或干蒸汽加湿器或湿膜加湿器或高压微雾加湿器。
18.本发明实施例提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设tr：回风温度，ts：回风设定温度，hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
19.所述温湿度调节方法包括以下过程：
20.当tr-ts》a时，双蒸发器系统进入制冷模式，压缩机开启，第一电磁阀与第二膨胀阀关闭，第一膨胀阀与第二电磁阀开启，第一膨胀阀根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行正常制冷；
21.压缩机开启后，根据温差对压缩机进行pi调节，当压缩机运行至压缩机最小预设运行频率，且连续3min内tr(n)/tr(n-1)*100％《b时，第一电磁阀打开，第二膨胀阀打开，延时5s，第一膨胀阀关闭，第二电磁阀关闭，第二膨胀阀根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行低载制冷；
22.当双蒸发器系统运行低载制冷连续5min，ts-tr》a时，双蒸发器系统退出制冷模式，压缩机关闭，第一电磁阀、第二电磁阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀均关闭；
23.所述压缩机pi调节公式为：u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0024]
所述压缩机pi调节公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0025]
压缩机转速＝当前转速 u(k)；
[0026]
所述双蒸发器系统进入制冷模式时，温差e(k)＝tr-ts；
[0027]
所述第一膨胀阀与所述第二电子膨阀的开度调节pi公式为：
[0028]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0029]
所述第一膨胀阀与第二电子膨阀开度调节pi公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0030]
吸气过热度偏差e(k)＝当前实际吸气过热度-目标吸气过热度。
[0031]
本发明提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设tr：回风温度，ts：回风设定温度，hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
[0032]
所述温湿度调节方法包括以下过程：
[0033]
当hr-hs》c时，双蒸发器系统进入除湿模式，压缩机开启，第一电磁阀与第二膨胀阀关闭，第一膨胀阀与第二电磁阀开启，第一膨胀阀根据吸气过热度偏差进行pi调节；
[0034]
压缩机开启后，根据湿度偏差对压缩机进行pi调节，当ts-tr》b，且tr(n)/tr(n-1)*100％《b时，第一电磁阀打开，第二膨胀阀打开，延时5s，第一膨胀阀关闭，第二电磁阀关闭，第二膨胀阀根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行低载除湿；
[0035]
当双蒸发器系统运行低载除湿连续5min，hs-hr《c时，双蒸发器系统退出除湿模式，压缩机关闭，第一电磁阀、第二电磁阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀均关闭；
[0036]
所述压缩机pi调节公式为：u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0037]
所述压缩机pi调节公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0038]
压缩机转速＝当前转速 u(k)；
[0039]
双蒸发器系统进入除湿模式时：湿度偏差e(k)＝hr-hs；
[0040]
第一膨胀阀与第二电子膨阀的开度调节pi公式为：
[0041]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0042]
所述第一膨胀阀与第二电子膨阀开度调节pi公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0043]
吸气过热度偏差e(k)＝当前实际吸气过热度-目标吸气过热度。
[0044]
本发明实施例提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
[0045]
所述温湿度调节方法包括以下过程：
[0046]
当hs-hr》c时，双蒸发器系统进入加湿模式，进水电磁阀每隔加湿注水周期打开，加湿注水时长t，使加湿器运行，当双蒸发器系统运行加湿模式连续5min，hr-hs《c时，双蒸发器系统退出加湿模式。
[0047]
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
[0048]
本实施例中，当低载制冷或者除湿工况时，为了不让压缩机在低热负荷下频繁启停或除湿时将温度拉得很低，可以将冷凝器出来的制冷剂通过第一电磁阀直接进入第一蒸发器内散热，从第一蒸发器出来的液体制冷剂再进入第二膨胀阀节流成低温的两相制冷剂后在第二蒸发器内蒸发吸热，由于第一蒸发器中的高温制冷剂会向经过第二蒸发器后的空气散热，抵消第二蒸发器中的一部分制冷量，使机组的制冷量下限降低，拓宽了整个系统的制冷量范围，最终通过调节压缩机的频率来使数据中心的温度保持稳定。该过程中由于是抵消的系统本身的换热量，无需额外通过电加热耗能，同时又可以避免压缩机频繁启停造成系统故障。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0050]
图1为本发明实施例中提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的结构示意图；
[0051]
图示说明：压缩机1；冷凝器2；第一电磁阀3；第一蒸发器4；第二蒸发器5；第二电磁阀6；第一膨胀阀7；第二膨胀阀8；加湿器9；进水电磁阀10；吸气温度传感器11；吸气压力传感器12；室外风机13；室内风机14。
具体实施方式
[0052]
本发明实施例公开了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法，用于解决现有数据中心的机房空调在低载制冷、除湿工况下，数据中心温度不稳定，容易出现偏离控制目标温度的问题。
[0053]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
[0054]
实施例一
[0055]
请参阅图1，本发明实施例中提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统，包括：
[0056]
压缩机1、冷凝器2、第一蒸发器4、第二蒸发器5、第一电磁阀3、第二电磁阀6、第一膨胀阀7、第二膨胀阀8以及供制冷剂流动的管道；
[0057]
所述压缩机1通过管道依次与所述冷凝器2、所述第一电磁阀3、所述第一蒸发器4、所述第二电磁阀6、所述第二蒸发器5连接，所述第二蒸发器5远离所述第二电磁阀6的一端与所述压缩机1连接；
[0058]
所述冷凝器2与所述第一蒸发器4之间通过管道连接有所述第一膨胀阀7，所述第一膨胀阀7与所述第一电磁阀3并联；
[0059]
所述第一蒸发器4与所述第二蒸发器5之间通过管道连接有第二膨胀阀8，所述第二膨胀阀8与所述第二电磁阀6并联；
[0060]
所述第二蒸发器5远离所述第一蒸发器4的一侧设置有加湿器9，所述加湿器9连接有进水电磁阀10。
[0061]
需要说明的是，以室内风循环方向为参考，加湿器9位于风的上游，第二蒸发器5位于加湿器9的下游，第一蒸发器4位于第二蒸发器5的下游；
[0062]
在该双蒸发系统正常制冷时，制冷剂循环方向为：压缩机1
→
冷凝器2
→
第一膨胀阀7
→
第一蒸发器4
→
第二电磁阀6
→
第二蒸发器5
→
压缩机1；
[0063]
低载制冷或除湿时，制冷剂循环方向为：压缩机1
→
冷凝器2
→
第一电磁阀3
→
第一蒸发器4
→
第二膨胀阀8
→
第二蒸发器5
→
压缩机1
[0064]
当有较大制冷需求时，从冷凝器2出来的制冷剂直接通过第一膨胀阀7节流成低温的两相制冷剂，在第一蒸发器4和第二蒸发器5内蒸发吸热，带走室内热量，实现快速制冷降温；
[0065]
当低载制冷或者除湿工况时，为了不让压缩机1在低热负荷下频繁启停或除湿时将温度拉得很低，可以将冷凝器2出来的制冷剂通过第一电磁阀3直接进入第一蒸发器4内散热，从第一蒸发器4出来的液体制冷剂再进入第二膨胀阀8节流成低温的两相制冷剂后在第二蒸发器5内蒸发吸热，由于第一蒸发器4中的高温制冷剂会向经过第二蒸发器5后的空气散热，抵消第二蒸发器5中的一部分制冷量，使机组的制冷量下限降低，拓宽了整个系统的制冷量范围，最终通过调节压缩机1的频率来使数据中心的温度保持稳定。该过程中由于是抵消的系统本身的换热量，无需额外通过电加热耗能，同时又可以避免压缩机1频繁启停造成系统故障。
[0066]
当数据中心中湿度较低时，打开进水电磁阀10，通过加湿器9对空气进行加湿处理，加湿后的空气依次经过第二蒸发器5和第一蒸发器4换热。
[0067]
进一步地，本实施例中的第一膨胀阀7和第二膨胀阀8可采用电子膨胀阀。
[0068]
进一步地，所述冷凝器2处设置有室外风机13。
[0069]
需要说明的是，所述室外风机13用于将冷凝器2上所散发的热量排出室外。
[0070]
进一步地，所述第一蒸发器4处设置有室内风机14。
[0071]
需要说明的是，所述室内风机14用于将制冷后的空气送入室内。
[0072]
进一步地，所述第二蒸发器5与所述压缩机1相连接的管道上设置有吸气温度传感器11。
[0073]
需要说明的是，所述吸气温度传感器11用于感应压缩机1吸气口管路的温度。
[0074]
进一步地，所述第二蒸发器5与所述压缩机1相连接的管道上还设置有吸气压力传感器12。
[0075]
需要说明的是，所述吸气压力传感器12用于感应压缩机1吸气口管路中制冷剂的压力。
[0076]
进一步地，所述加湿器9为电极加湿器9或电热加湿器9或干蒸汽加湿器9或湿膜加湿器9或高压微雾加湿器9。
[0077]
需要说明的是，本实施例并不对加湿器9的具体类型进行限制，设计人员可根据设计需求选择合适的加湿器9。
[0078]
实施例二
[0079]
本实施例提供了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设tr：回风温度，ts：回风设定温度，hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
[0080]
本实例中的温湿度调节方法具体包括以下过程：
[0081]
制冷模式：当tr-ts》a(a＝1～2)时，双蒸发器系统进入制冷模式，压缩机1开启，第一电磁阀3与第二膨胀阀8关闭，第一膨胀阀7与第二电磁阀6开启，第一膨胀阀7根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行正常制冷；
[0082]
压缩机1开启后，根据温差对压缩机1进行pi调节，当压缩机1运行至压缩机1最小预设运行频率，且连续3min内tr(n)/tr(n-1)*100％《b(b＝50％～100％)时，第一电磁阀3打开，第二膨胀阀8打开，延时5s，第一膨胀阀7关闭，第二电磁阀6关闭，第二膨胀阀8根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行低载制冷；
[0083]
当双蒸发器系统运行低载制冷连续5min，ts-tr》a(a＝1～2)时，双蒸发器系统退出制冷模式，压缩机1关闭，第一电磁阀3、第二电磁阀6、第一膨胀阀7、第二膨胀阀8均关闭。
[0084]
低载制冷持续不能满足温控目标才会关闭制冷模式，避免了压缩机1频繁启停，给停机提供了缓冲过程。
[0085]
在该实施例中，所述压缩机1的pi调节公式为：
[0086]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0087]
所述压缩机1的pi调节公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0088]
压缩机1转速＝当前转速 u(k)；
[0089]
所述双蒸发器系统进入制冷模式时，温差e(k)＝tr-ts；
[0090]
所述第一膨胀阀7与所述第二电子膨阀8的开度调节pi公式为：
[0091]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0092]
所述第一膨胀阀7与第二电子膨阀8的开度调节pi公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0093]
吸气过热度偏差e(k)＝当前实际吸气过热度-目标吸气过热度。
[0094]
实施例三
[0095]
本实施例提供了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设tr：回风温度，ts：回风设定温度，hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
[0096]
本实例中的温湿度调节方法具体包括以下过程：
[0097]
除湿模式：当hr-hs》c(c＝5％-10％)时，双蒸发器系统进入除湿模式，压缩机1开启，第一电磁阀3与第二膨胀阀8关闭，第一膨胀阀7与第二电磁阀6开启，第一膨胀阀7根据吸气过热度偏差进行pi调节；
[0098]
压缩机1开启后，根据湿度偏差对压缩机1进行pi调节，当ts-tr》b(b＝0～2)，且tr(n)/tr(n-1)*100％《b(b＝50％～100％)时，第一电磁阀3打开，第二膨胀阀8打开，延时5s，第一膨胀阀7关闭，第二电磁阀6关闭，第二膨胀阀8根据吸气过热度偏差进行pi调节，双蒸发器系统运行低载除湿；
[0099]
上述过程中根据湿度偏差控制压缩机1，但同时检测温度值从而实现低载除湿模式下的恒温恒湿控制，而非现有技术中湿度与温度两套独立的控制逻辑；
[0100]
当双蒸发器系统运行低载除湿连续5min，hs-hr《c(c＝5％-10％)时，双蒸发器系统退出除湿模式，压缩机1关闭，第一电磁阀3、第二电磁阀6、第一膨胀阀7、第二膨胀阀8均关闭。
[0101]
在该实施例中，所述压缩机1pi调节公式为：
[0102]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0103]
所述压缩机1pi调节公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0104]
压缩机1转速＝当前转速 u(k)；
[0105]
双蒸发器系统进入除湿模式时：湿度偏差e(k)＝hr-hs；
[0106]
第一膨胀阀7与第二电子膨阀8的开度调节pi公式为：
[0107]
u(k)＝kp*[e(k)-e(k-1)] e(k)*1/ti；
[0108]
所述第一膨胀阀7与第二电子膨阀8的开度调节pi公式中的kp为比例系数，ti为积分时间；
[0109]
吸气过热度偏差e(k)＝当前实际吸气过热度-目标吸气过热度。
[0110]
实施例四
[0111]
本实施例提供了一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统的温湿度调节方法，当控制目标为回风温湿度时，设hr：回风湿度，hs：回风设定湿度；
[0112]
本实例中的温湿度调节方法具体包括以下过程：
[0113]
加湿模式：当hs-hr》c(c＝5％-10％)时，双蒸发器系统进入加湿模式，进水电磁阀10每隔加湿注水周期打开，加湿注水时长t，使加湿器9运行，当双蒸发器系统运行加湿模式连续5min，hr-hs《c(c＝5％-10％)时，双蒸发器系统退出加湿模式。
[0114]
进一步地，通过采取实施例二、实施例三以及实施例四的温湿度调节方法，可使得双蒸发器系统达到以下效果：
[0115]
1.拓宽系统的制冷量范围，避免系统的频繁启停造成数据中心内部温度的波动；
[0116]
2.避免在除湿时，使数据中心内部温度不受控，偏离数据中心的设定温度；
[0117]
3.避免在低载开启压缩机1时开电加热来散热，减少系统运行时的功耗。
[0118]
以上对本发明所提供的一种实现恒温恒湿的双蒸发器系统及其温湿度调节方法，用于解决现有数据中心的机房空调在低载制冷、除湿工况下，数据中心温度不稳定，容易出现偏离控制目标温度的问题。进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应
理解为对本发明的限制。