一种多模式机房空调系统及其控制方法与流程

1.本发明属于空调器技术领域，具体涉及一种多模式机房空调系统及其控制方法。


背景技术：

2.信息产业和数字化建设的快速发展，推动机房、基站的数量和建设规模快速增长，据统计，在机房或基站的能耗中，空调的能耗占其总能耗的40％以上，耗能比重较大。
3.目前机房空调普遍采用空气源制冷系统，一方面来讲，在夏季室外温度较高的恶劣天气时，制冷效率低下；另一方面来讲，目前机房空调系统采用压缩机做功，在平均气候温度较低的冬季和过渡季节，无法实现冬季制冷的自然优势，而循环泵的驱动功率远远低于压缩机功率，采用带有氟泵的制冷系统可以实现冬季制冷的自然优势，从而达到节能运行的效果，但在室内外温差较小时，会出现工作效率低下的情况，存在一定的局限性。


技术实现要素：

4.因此，本发明提供一种多模式机房空调系统及其控制方法，通过风冷换热器外增加辅助降温组件，进一步延长氟泵工作时间，通过多模式切换降低机房空调系统的全年能耗，提高机房空调系统的适应性和能效比。
5.为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本发明的实施例提供一种多模式机房空调系统，多模式机房空调系统包括制冷循环管路和设置在制冷循环管路上的动力装置、室内换热器和室外换热器，室外换热器包括并联设置的风冷换热器与土壤源换热组件；风冷换热器处还设置辅助降温组件。
6.在一些实施例中，在风冷换热器所在的支路上，风冷换热器的一侧设置有第一通断阀，另一侧设置有第二通断阀；在土壤源换热组件所在的支路上，土壤源换热组件的一侧设置有第三通断阀，另一侧设置有第四通断阀。
7.在一些实施例中，土壤源换热组件包括土壤源换热器和第一水泵，土壤源换热器的入水侧与第一水泵连通。
8.在一些实施例中，辅助降温组件包括串联设置的直接蒸发冷却器和第二水泵。
9.在一些实施例中，动力装置包括氟泵与压缩机，氟泵设置在室外换热器的出口侧与室内换热器的入口侧之间的管路上，压缩机设置在室内换热器的出口侧与室外换热器的入口侧之间的管路上。
10.在一些实施例中，压缩机并联设置有第一控制阀。
11.在一些实施例中，氟泵并联设置有节流装置，氟泵所在的管路上沿氟泵的入口侧设置有第二控制阀，节流装置所在的管路上沿节流装置的入口侧设置有第三控制阀。
12.与上述多模式机房空调系统相匹配，本发明再一方面提供一种多模式机房空调系统的控制方法，包括：获取多模式机房空调系统的当前室外温度；根据室外温度控制多模式机房空调系统的运行模式；其中，多模式机房空调系统的运行模式包括：压缩机常规运行模式、压缩机联合运行模式、氟泵联合运行模式和氟泵常规运行模式；当多模式机房空调系统
处于氟泵联合运行模式时，直接蒸发冷却器启动，打开第二水泵进行降温，制冷剂依次流经氟泵、室内换热器、第一控制阀、第一通断阀、风冷换热器、第二通断阀、及第二控制阀后，再流入氟泵进行下一个循环。
13.在一些实施方式中，当多模式机房空调系统处于压缩机常规运行模式时，制冷剂依次流经压缩机、第一通断阀、风冷换热器、第二通断阀、第三控制阀、节流装置及室内换热器后，再流入压缩机进行下一个循环；当多模式机房空调系统处于压缩机联合运行模式时，启动第一水泵，水流与土壤换热流入土壤源换热器，制冷剂依次流经压缩机、第三通断阀、土壤源换热器、第四通断阀、第三控制阀、节流装置及室内换热器后，再流入压缩机进行下一个循环；当多模式机房空调系统处于氟泵常规运行模式时，制冷剂依次流经氟泵、室内换热器、第一控制阀、第一通断阀、风冷换热器、第二通断阀、及第二控制阀后，再流入氟泵进行下一个循环。
14.在一些实施方式中，根据室外温度控制多模式机房空调系统的运行模式，包括以下至少之一：若室外温度大于等于第一预设温度时，多模式机房空调系统运行压缩机联合运行模式；若室外温度小于第一预设温度时，则根据室外温度与第二预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中，第一预设温度大于第二预设温度。
15.在一些实施方式中，根据室外温度与第二预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式包括以下至少之一；若室外温度大于等于第二预设温度时，多模式机房空调系统运行压缩机常规运行模式；若室外温度小于第二预设温度时，则根据室外温度与第三预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中，第二预设温度大于第三预设温度。
16.在一些实施方式中，根据室外温度与第三预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式包括以下至少之一；若室外温度大于等于第三预设温度时，多模式机房空调系统运行氟泵联合运行模式；若室外温度小于第三预设温度时，多模式机房空调系统运行氟泵常规运行模式。
17.与现有技术相比，本发明提供的多模式机房空调系统至少具有下列有益效果：
18.本发明通过并联设置的风冷换热器和土壤源换热组件作为室外换热器，可以根据温度调节风冷换热器和土壤源换热组件的运行状态，使得在温度极高的恶劣天气时，可以充分利用温度稳定的土壤源提高空调系统能效，且通过氟泵和压缩机的双动力装置，在温度较低时，采用氟泵可实现冬季制冷的自然优势，从而达到节能的效果，且在风冷换热器旁设置辅助降温组件，扩大室内外温差，延长氟泵工作时间，提高氟泵效率，进一步降低多模式机房空调系统的能耗，本发明中的多模式机房空调通过温度变化，灵活切换运行模式，使整个空调系统持续性节能运行，降低多模式机房的全年能耗，提高多模式机房空调系统的能效比。
19.另一方面，本发明提供的多模式机房空调系统的控制方法，通过持续获取室外温度，根据室外温度的变化，控制多模式机房空调系统切换不同的运行模式，充分利用自然能源，提高空调系统的适用性，优化节能效率。
20.上述说明仅是本发明的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的结构原理图；
22.图2为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的控制流程图；
23.图3为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的压缩机联合运行模式图；
24.图4为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的压缩机常规运行模式图；
25.图5为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的氟泵联合运行模式图；
26.图6为本发明实施例提供的多模式机房空调系统的氟泵常规运行模式图。
27.附图标记表示为：
28.1、动力装置；2、室内换热器；3、室外换热器；4、辅助降温组件；5、节流装置；6、室内侧；7、室外侧；11、氟泵；12、压缩机；31、风冷换热器；32、土壤源换热组件；41、直接蒸发冷却器；42、第二水泵；51、第三控制阀；111、第二控制阀；121、第一控制阀；311、第一通断阀；312、第二通断阀；321、第三通断阀；322、第四通断阀；323、土壤源换热器；324、第一水泵。
具体实施方式
29.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
30.在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
31.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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。
32.信息产业和数字化建设的快速发展，推动了机房、基站的数量，建设规模快速增长，据统计机房、基站空调的能耗占其总能耗的40％以上。目前机房空调普遍采用空气源制冷系统，在夏季室外温度较高的恶劣天气时制冷效率低下，而土壤源全年温度稳定在室外温度较高时使用正好可以规避机房空调系统此缺陷使系统常年处于高效运行。但空调系统仅采用压缩机做功的情况下，在冬季和过渡季节平均气候温度较低时无法实现冬季制冷的自然优势，而循环泵的驱动功率远远低于压缩机功率，采用带有氟泵的制冷系统可实现冬季制冷自然优势，从而达到节能运行的效果。然而采用氟泵时也存在一定的局限性，当在室内外温差较小时，会出现工作效率低下的情况。如果氟泵的工作时间能够延长，会对压缩式制冷机的替代作用加大，进一步提高节能效率。直接蒸发冷却器的运用对扩大氟泵机房空调内外温差，延长氟泵工作时间，提高氟泵效率有一定作用，综上，本发明提出一种结合土壤源的带直接蒸发冷却器的氟泵复合机房空调系统，可以实现多模式切换，即多模式机房空调系统。
33.请参照图1至图6所示，本实施例提供一种多模式机房空调系统，多模式机房空调
系统包括制冷循环管路和设置在制冷循环管路上的动力装置1、室内换热器2和室外换热器3，室外换热器3包括并联设置的风冷换热器31与土壤源换热组件32；风冷换热器31处还设置辅助降温组件4；具体地，本实施例提供一种多模式机房空调系统，该系统的室外侧7设置有室外换热器3，即并联设置，择一运行的风冷换热器31与土壤源换热组件32，在风冷换热器31处设置有用来扩大室内外温差的辅助降温组件4，动力装置为压缩机12和氟泵11，通常使用空气源制冷，当室外温度较高时采用常年温度稳定的土壤源制冷，使整个机房空调系统处于高效运行状态。在气候温度较低时使用氟泵11，利用自然冷源降低能耗，同时结合辅助降温组件4在室内外温差较低时，进一步扩大自然冷源与室内温差，延长氟泵11替代压缩机12工作的时间，进一步的节能，整个一套系统使得机房空调全年四季处于高效节能运行状态。
34.在具体实施例中，在风冷换热器31所在的支路上，风冷换热器31的一侧设置有第一通断阀311，另一侧设置有第二通断阀312；在土壤源换热组件32所在的支路上，土壤源换热组件32的一侧设置有第三通断阀321，另一侧设置有第四通断阀322；具体地，通过控制第一通断阀311、第二通断阀312、第三通断阀321、第四通断阀322的开关状态，控制室外侧7运行风冷换热器31或土壤源换热组件32，这四个阀可以为电磁阀，当第一通断阀311和第二通断阀312开启，且第三通断阀321和第四通断阀322关闭时，土壤源换热组件32所在的支路完全断开，制冷剂流经室外侧时仅能通过风冷换热器31；当第三通断阀321和第四通断阀322开启，且第一通断阀311和第二通断阀312关闭时，风冷换热器31所在的支路完全断开，制冷剂流经室外侧时仅能通过土壤源换热组件32。
35.在具体实施例中，土壤源换热组件32包括土壤源换热器323和第一水泵324，土壤源换热器323的入水侧与第一水泵324连通；具体地，高环境温度工况下，启动土壤源换热组件32换热，即同时启动土壤源换热器323和第一水泵324，第一水泵324启动后，水流流经土壤源换热器323的地埋管部分，与土壤进行换热后流入土壤源换热器323换热，然后再次流入土壤源换热器323的地埋管部分进行换热循环，此处地埋管插入土壤的深度，可以因地制宜，在极度高温天气，为了更好的降温，还可以增大土壤源换热组件32的容量，同时增加地埋管的数量。
36.在具体实施例中，辅助降温组件4包括串联设置的直接蒸发冷却器41和第二水泵42；具体地；辅助降温组件在氟泵联合运行模式下开启，利用直接蒸发冷却技术扩大风冷换热器31处的空气温度与机房内温度的温差，水泵用来循环泵送水流洒落在直接蒸发冷却器41的填料上，热量被水带走，风冷换热器31处的空气被降温，风冷换热器31处的空气温度与机房内温度的温差扩大，延长氟泵11工作时间，提高氟泵11的效率，氟泵11替代压缩机12制冷的作用加大，进一步提高节能效率。
37.在具体实施例中，动力装置1包括氟泵11与压缩机12，氟泵11设置在室外换热器3的出口侧与室内换热器2的入口侧之间的管路上，压缩机12设置在室内换热器2的出口侧与室外换热器3的入口侧之间的管路上；具体地，当气候温度较低时，关闭压缩机12，使用氟泵11，利用自然冷源降低能耗，此时室外侧7使用风冷换热器31换热，当室内外温差较低时，可以在开启风冷换热器31的情况下，进一步开启辅助降温组件4，扩大室内外温差，提高氟泵的工作时间；当气候温度较高时，关闭氟泵11，使用压缩机12，使用空气源制冷，此时，室外侧7使用风冷换热器31换热，在极度高温恶劣天气下，风冷换热器31的制冷效率低下，此时
室外侧7使用土壤源换热组件32进行换热，土壤源全年温度稳定，可以使机房空调系统维持高效运行。
38.在具体实施例中，压缩机12并联设置有第一控制阀121。
39.在具体实施例中，氟泵11并联设置有节流装置5，氟泵11所在的管路上沿氟泵11的入口侧设置有第二控制阀111，节流装置5所在的管路上沿节流装置5的入口侧设置有第三控制阀51。
40.具体地，氟泵11和压缩机12串联在多模式机房空调系统内，且通过第一控制阀121、第二控制阀111和第三控制阀51实现氟泵11和压缩机12的工作状态的切换，当需要运行在氟泵11状态时，第三控制阀51关闭，第二控制阀111打开和第一控制阀121打开，压缩机12不工作，制冷剂在到达压缩机位置时，可以经过第一控制阀121流动至风冷换热器31，氟泵11单独提供制冷剂流动动力，主要利用自然冷源实现机房与外界的换热，当需要运行在压缩机12工作状态时，第一控制阀121和第二控制阀111关闭，第三控制阀51打开，此时氟泵11不工作，制冷剂在到达氟泵11位置时，流经第三控制阀51和节流装置5所在的管路，压缩机12单独提供制冷剂流动动力，依靠压缩机12的压缩能力实现机房与外界的换热，其中第一控制阀121、第二控制阀111和第三控制阀51可以为电磁阀，优选地，第一控制阀121和第三控制阀51可以替换为单向阀，单向阀成本低且可简化控制。
41.本实施例提供的多模式机房空调系统，通过在风冷换热器31处设置辅助降温组件4，延长氟泵运行时间，进一步降低能耗，并根据温度变化切换使用氟泵11或压缩机12作为动力来源，充分利用自然冷源，并在高温恶劣天气时，使用土壤源换热组件32换热，使多模式机房空调系统在高温状况下仍处于高效运行状态，通过温度控制多模式机房空调系统运行不同模式，实现多模式机房空调系统全年节能高效运行，降低能耗。
42.根据本发明的实施例，还提供了对应于多模式机房空调系统的一种多模式机房空调系统的控制方法，包括：获取多模式机房空调系统的当前室外温度；根据室外温度控制多模式机房空调系统的运行模式；其中，多模式机房空调系统的运行模式包括：压缩机常规运行模式、压缩机联合运行模式、氟泵联合运行模式和氟泵常规运行模式；当多模式机房空调系统处于氟泵联合运行模式时，直接蒸发冷却器41启动，打开第二水泵42进行降温，制冷剂依次流经氟泵11、室内换热器2、第一控制阀121、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、及第二控制阀111后，再流入氟泵11进行下一个循环。
43.在具体实施例中，当多模式机房空调系统处于压缩机常规运行模式时，制冷剂依次流经压缩机12、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、第三控制阀51、节流装置5及室内换热器2后，再流入压缩机12进行下一个循环；当多模式机房空调系统处于压缩机联合运行模式时，启动第一水泵324，水流与土壤换热流入土壤源换热器323，制冷剂依次流经压缩机12、第三通断阀321、土壤源换热器323、第四通断阀322、第三控制阀51、节流装置5及室内换热器2后，再流入压缩机12进行下一个循环；当多模式机房空调系统处于氟泵常规运行模式时，制冷剂依次流经氟泵11、室内换热器2、第一控制阀121、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、及第二控制阀111后，再流入氟泵11进行下一个循环。
44.具体地，本发明的实施例提供的多模式机房空调系统的控制方法，通过获取多模式机房空调系统的当前室外温度，根据室外温度控制多模式机房空调系统切换运行压缩机常规运行模式、压缩机联合运行模式、氟泵联合运行模式或氟泵常规运行模式。
45.更具体的，四种运行模式下各阀的开关状态如下表所示：
[0046][0047]
进一步地，当控制多模式机房空调系统为压缩机联合模式时，如图3所示辅助降温组件4关闭(即关闭直接蒸发冷却器41和第二水泵42)、启动第一水泵324，水流与土壤换热流入土壤源换热器323然后再进入下一个循环，关闭氟泵11，压缩机12开启，制冷剂依次流经压缩机12、第三通断阀321、土壤源换热器323、第四通断阀322、第三控制阀51、节流装置5及室内换热器2后，再流入压缩机12进行下一个循环；
[0048]
当控制多模式机房空调系统为压缩机常规运行模式时，如图4所示，辅助降温组件4关闭(即关闭直接蒸发冷却器41和第二水泵42)，关闭氟泵11，压缩机12开启，制冷剂依次流经压缩机12、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、第三控制阀51、节流装置5及室内换热器2后，再流入压缩机12进行下一个循环；
[0049]
当控制多模式机房空调系统为氟泵联合运行模式时，如图5所示，辅助降温组件4启动(即打开直接蒸发冷却器41和第二水泵42)，第二水泵42进行循环水的喷淋循环对空气进行降温处理，关闭压缩机，制冷剂侧启动氟泵11，制冷剂依次流经氟泵11、室内换热器2、第一控制阀121、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、及第二控制阀111后，再流入氟泵11进行下一个循环；
[0050]
当控制多模式机房空调系统为氟泵常规运行模式时，如图6所示，辅助降温组件4关闭(即关闭直接蒸发冷却器41和第二水泵42)，关闭压缩机，制冷剂侧启动氟泵11，制冷剂依次流经氟泵11、室内换热器2、第一控制阀121、第一通断阀311、风冷换热器31、第二通断阀312、及第二控制阀111后，再流入氟泵11进行下一个循环。
[0051]
在具体实施例中，根据室外温度控制多模式机房空调系统的运行模式，包括以下至少之一：若室外温度大于等于第一预设温度时，多模式机房空调系统运行压缩机联合运行模式；若室外温度小于第一预设温度时，则根据室外温度与第二预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中，第一预设温度大于第二预设温度；具体地，多模式机房空调系统的控制方法，如图2所示，获取室外温度t，判断室外温度t和第一预设温度a的大小，当t≥a时，多模式机房空调系统运行压缩机联合运行模式，当t＜a时，则通过判断室外温度t与第二预设温度b之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中第一预设温度a大于第二预设温度b，第一预设温度a和第二预设温度b的取值可以自定义，在本
实施例中，优选地，第一预设温度a为30℃，第二预设温度b为10℃。
[0052]
在具体实施例中，根据室外温度与第二预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式包括以下至少之一；若室外温度大于等于第二预设温度时，多模式机房空调系统运行压缩机常规运行模式；若室外温度小于第二预设温度时，则根据室外温度与第三预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中，第二预设温度大于第三预设温度；具体地，多模式机房空调系统的控制方法，如图2所示，当t＜a时，则通过判断室外温度t与第二预设温度b之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，当t≥b时，多模式机房空调系统运行压缩机常规运行模式，当t＜b时，则通过判断室外温度t与第三预设温度c之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，其中其中第一预设温度a大于第二预设温度b,且第二预设温度b大于第三预设温度c，第三预设温度c的取值可以自定义，在本实施例中，优选地，第三预设温度c为5℃。
[0053]
在具体实施例中，根据室外温度与第三预设温度之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式包括以下至少之一；若室外温度大于等于第三预设温度时，多模式机房空调系统运行氟泵联合运行模式；若室外温度小于第三预设温度时，多模式机房空调系统运行氟泵常规运行模式；具体地，多模式机房空调系统的控制方法，如图2所示，当t＜b时，则通过判断室外温度t与第三预设温度c之间的大小，控制多模式机房空调系统的运行模式，当t≥c时，多模式机房空调系统运行氟泵联合运行模式,当t＜c时,多模式机房空调系统运行氟泵常规运行模式。
[0054]
本实施例提供的多模式机房空调系统的控制方法，获取多模式机房空调系统的当前室外温度；根据室外温度控制多模式机房空调系统的运行模式；当室外温度大于等于第一预设温度时，说明此时为极度高温天气，单一的空气源系统在夏季极度高温下存在使用局限，效率低下，而土壤源全年温度稳定，当室外温度较高时使用土壤源正好可以规避此问题，此时控制多模式机房空调系统运行压缩机联合运行模式，使机房空调系统处于高效运行；当室外温度小于第一预设温度且大于等于第二预设温度时，此时室外温度适中，控制多模式机房空调系统运行压缩机常规运行模式；当室外温度小于第二预设温度且大于等于第三预设温度时，氟泵11循环泵的驱动功率远远低于压缩机功率，采用带有氟泵11的制冷系统可实现冬季制冷自然优势，从而达到节能运行的效果，但此时室内外温差较小，工作效率较低下，此时控制多模式机房空调系统运行氟泵联合运行模式，直接蒸发冷却器41可进一步降低空气温度对扩大机房空调内外温差，延长氟泵11工作时间，提高氟泵11效率有一定作用，进一步提高节能效率；当室外温度小于第三预设温度时，室内外温差较大，控制多模式机房空调系统运行氟泵常规运行模式，采用带有氟泵11的制冷系统可实现冬季制冷自然优势，从而达到节能运行的效果，根据室外温度，切换多模式机房空调系统的运行模式，能够规避室外温度对多模式机房空调系统运行效率的影响，且充分利用自然能源，达到提高空调系统多模式机房空调系统适用性气强，且常年处于高效节能运行状态，降低多模式机房的全年能耗，提高多模式机房空调系统的能效比。
[0055]
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。
[0056]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发
明技术方案的范围内。