节能机房空调的制作方法

本实用新型涉及空调领域，更具体地说，涉及一种节能机房空调。

背景技术：

随着信息科技的高速发展，信息机房的数量和规模越来越大。由于机房对温度的高精度要求，机房空调的一个特点是需要全年制冷。由此带来的机房空调能耗问题也越来越突出。氟泵和压缩机结合的自然冷空调是一种较常见的利用机房外自然冷源的制冷技术，但是目前的自然冷空调的工作模式切换方法为基于室内与室外的温度差来切换运行模式，例如夏天，室外温度高于室内温度时，氟泵不工作，压缩机单独工作；在春秋季节，室外温度低于室内温度时，压缩机和氟泵节能机同时工作；在冬季室外温度远低于室内温度时，压缩机不工作，氟泵单独工作。而不同地区的温差变化存在差异，此控制方法无法做到根据空调具体的运行情况精准地调控运行模式。此外，空调的室外风冷冷凝器需要较大的安装空间，增加了现场施工的工程量。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种精准控制运行模式且有效减少占地面积的节能机房空调。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种节能机房空调，包括：控制装置、与所述控制装置连接的室外机、制冷剂泵装置和室内机；所述室内机包括压缩机、蒸发器以及用于检测室内温度的第一传感器；所述室外机包括冷凝器、风机以及用于检测室外温度的第二传感器；

所述控制装置包括室内制冷负荷比计算单元，

所述控制装置根据室内制冷负荷比计算单元以及第一传感器、第二传感器的输出数据调控所述空调的运行状态，所述运行状态包括：

制冷剂泵装置单独工作，空调完全利用自然冷源制冷；

制冷剂泵装置与压缩机同时工作，空调部分利用自然冷源制冷；

压缩机单独工作，空调不利用自然冷源制冷。

优选地，所述冷凝器包括呈板状的冷凝管组件，所述冷凝管组件相对于风机所在平面倾斜或垂直设置。

优选地，所述室外机设有制冷剂泵集成腔体，所述制冷剂泵集成腔体位于冷凝器的下方，所述制冷剂泵装置设置在所述制冷剂泵集成腔体内，所述制冷剂泵装置的制冷剂进液端与所述冷凝器相连，出液端与所述室内机相连。

优选地，所述制冷剂泵装置设于室外，位于室外机与室内机之间，所述制冷剂泵装置的制冷剂进液端与室外机相连，出液端与所述室内机相连。

优选地，所述第二传感器为设置在冷凝器回风处用于检测空气温度和湿度的干湿球温度计。

优选地，所述室外机还包括用于对冷凝器进行喷淋处理的喷淋装置。

优选地，所述控制装置还包括用于根据所述第二传感器采集的空气湿度调控所述喷淋装置工作状态的喷淋调控单元。

优选地，所述室外机还包括用于测量所述冷凝器出液端的制冷剂冷凝压力的压力传感器。

优选地，所述控制装置还包括用于根据所述压力传感器的采样数据调控所述风机转速的风机调速单元。

实施本实用新型的节能机房空调，可实现精准调控工作模式的切换，并且通过对冷凝器的蒸发效率和空气流动速度的控制，可进一步实现更好的节能效果，扩展了现有机房空调的利用自然冷的温度区域。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型节能空调第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型节能空调第二实施例的结构示意图；

图3是本实用新型节能空调第三实施例的室外机俯视图；

图4是本实用新型节能空调第三实施例的室外机主视图；

图5是本实用新型节能空调第四实施例的室外机俯视图；

图6是本实用新型节能空调第四实施例的室外机主视图；

图7是本实用新型节能空调的喷淋及风速控制电路框图；

图8是本实用新型节能控制方法的喷淋控制流程图；

图9是本实用新型节能控制方法的风速控制流程图；

图10是本实用新型节能空调的控制方法概括流程图。

具体实施方式

第一实施例：

如图1所示，在本实用新型的节能空调第一实施例中，该节能空调包括通过管路连接的室内机1与室外机2，以及调控室内机1和室外机2工作状态的控制装置3(未在图中示出)。

室外机2包括风机22、冷凝器23、温湿度传感器24、喷淋装置25、压力传感器26和集成在室外机2中的制冷剂泵装置21。制冷剂泵装置21包括储液罐211和与储液罐211串联的第三单向阀212和泵体213，且单向阀与泵体213并联。温湿度传感器24设置在冷凝器23的回风位置，用于测量室外空气的温度及相对湿度。压力传感器26设置在冷凝器23制冷剂出液端，用于测量冷凝后的制冷剂压力。喷淋装置25紧邻冷凝器23设置，用于在冷凝器23迎风面喷淋水雾，其形式为喷雾式或者湿膜式。

室内机1包括节流器、蒸发器11、压缩机13、温度传感器12、第一单向阀14、第二单向阀16和电磁阀15。蒸发器11的制冷剂进液端与室外机2的制冷剂的出液端通过管路连接，节流器设置在蒸发器11与室外机2之间。温度传感器12用于实施检测室内的空气温度。电磁阀15、压缩机13和第二单向阀16依次串联，其所组成的串联管路与第一单向阀14并联，该并联管路与蒸发器11串联，并联管路的制冷剂进液端与蒸发器11的制冷剂出液端连接，该并联管路的制冷剂出液端与室外机2冷凝器23的制冷剂进液端通过管路连接。

本实施例的空调有三种工作模式：

模式一：制冷剂泵装置21工作，空调完全利用自然冷源制冷；

模式二：制冷剂泵装置21与压缩机13同时工作，空调部分利用自然冷源制冷；

模式三：压缩机13工作，空调不利用自然冷源制冷。

在模式一中，压缩机13不工作，泵体213与第一单向阀14打开，电磁阀15、第二单向阀16与第三单向阀212关闭。经过蒸发器11蒸发后流出的制冷剂，经过第一单向阀14进入室外冷凝器23，经过冷凝后，进入储液罐211，经过泵体213增压后再次进入室内机1，经过节流器降压后进入蒸发器11，不断循环。

在模式二中，泵体213与压缩机13均打开，第一单向阀14与第三单向阀212关闭，电磁阀15和第二单向阀16打开。从压缩机13出来的高温高压制冷剂，进入室外冷凝器23，经过冷凝后，进入储液罐211，经泵体213进一步增压后进入室内机1，经过节流器降压后进入蒸发器11，不断循环。

在模式三中，压缩机13打开，泵体213不工作，第一单向阀14关闭，电磁阀15和第二单向阀16、第三单向阀212打开。从压缩机13出来的高温高压的制冷剂，进入室外冷凝器23，经过冷凝后，进入储液罐211，然后经过第三单向阀212进入室内机1，经过节流器节流降压后进入蒸发器11，不断循环。

上述三种模式的切换由控制装置3进行调控，如图7所示，控制装置3包括制冷负荷比计算单元31、风机调速单元32和喷淋调控单元33。温度传感器12、温湿度传感器24将采样数据输出至控制装置3，控制装置3中的制冷负荷比计算单元31根据温度传感器12采集的室内温度T以及要达到的目标温度Ts计算室内制冷负荷比R，该目标温度Ts的精度为a，则R＝(T-Ts)/a。控制装置3在进行调控前，控制装置3已被写入目标制冷负荷比Rs的阈值范围，Rs1≤Rs≤Rs2；根据室内制冷负荷比R与目标制冷负荷比Rs的关系、机房实时室内温度T与温湿度传感器24采集的室外温度Ta的关系，调整空调的运行模式：

当T≥Ta，R≤Rs2，制冷剂泵装置21工作，空调完全利用室外自然冷源制冷；

当T≥Ta，R＞Rs2，制冷剂泵装置21与压缩机13同时工作，空调部分利用室外自然冷源制冷；

当T＜Ta，压缩机13工作，空调不利用室外自然冷源制冷。

例如，当T＝25℃；Ta＝10℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝50％，R＜120％，T＞Ta，制冷剂泵装置21工作，空调完全利用室外自然冷源制冷。

当T＝28℃；Ta＝20℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝200％，R＞120％，T＞Ta，制冷剂泵装置21与压缩机13同时工作，空调部分利用室外自然冷源制冷。

当T＝25℃；Ta＝28℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，T＜Ta，压缩机13工作，空调不利用室外自然冷源制冷。

为实现更好的节能效果，控制装置3的喷淋调控单元33和风机调速单元32在上述工作模式的调控基础上，对室外机2冷凝的冷凝效率进行调控，调控方式包括改变喷淋装置25和风机22的工作状态。

其中，对喷淋装置25的调控过程具体如下：

控制装置3在进行调控前，控制装置3已被写入目标相对湿度RHs，室外临界温度Ta1。控制装置3接收温湿度传感器24输出的室外空气的相对湿度RH，并根据室内制冷负荷比R与目标制冷负荷比Rs的关系、相对湿度RH与目标相对湿度RHs的关系，室外温度Ta与室外临界温度Ta1的关系，调整喷淋装置25的工作状态；

当Ta≥Ta1，R≥Rs1且RH≤RHs时，在冷凝处进行喷淋处理，提高制冷效率；

当R＜Rs1或Ta＜Ta1或RH＞RHs时，不对冷凝处进行喷淋处理。

例如，当T＝25℃；Ta＝10℃；Ta1＝3℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％，RH＝60％,RHs＝80％时，可根据Ta＞3℃，R＝50％，RH＜80％，控制喷淋装置25开启，在冷凝处进行喷淋处理，提高制冷效率。

当T＝24.5℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝25％，R＜50％，可根据该计算结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为空调已经将室内温度控制在目标温度范围内，无需在冷凝处进行喷淋处理，增强冷凝效果。

当Ta＝0℃；Ta1＝3℃，可根据该结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为室外温度过低已经接近水的冰点，喷淋装置25喷出的水易结冰，不能在冷凝器23处达到良好的蒸发效果。

当RH＝85％,RHs＝80％时，可根据该结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为室外湿度已经足够使冷凝器23出有良好的蒸发换热效果，此时再进行喷淋也不能大幅度改善空气湿度和蒸发效果，所以无需再进行喷淋处理。

对风速的调控过程具体如下：

控制装置3在进行调控前，控制装置3已被写入空调在不同运行模式下的目标冷凝压力Ps，目标冷凝压力Ps包括完全利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps1、部分利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps2、不利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps3。值得指出的是，为方便调控和节能，上述目标冷凝压力P优先设置为一个阈值，而非一个确定的压力值。控制装置3接收压力传感器26输出制冷剂的冷凝压力P。控制装置3在空调的不同运行状态下，根据所述冷凝压力P和目标冷凝压力Ps的关系，调整所述空调的制冷效率：

当P＜Ps，增加风机22的转速，以提高冷凝处的空气流动速度，增大P的值使其进入Ps的精度范围；

当P＞Ps，减小风机22的转速，降低冷凝处的空气流动速度，减小P的值使其进入Ps的精度范围；

当P在Ps的精度范围内时，风机22转速不变。

第二实施例：

根据机房所在地自然环境的实际情况以及实际制冷需要，可在室外机2内增设制冷剂泵装置21和冷凝器23，如图2所示，该室外机2内设有2套制冷剂泵装置21和冷凝器23装置，以实现更高效的制冷效果。值得指出的是，室外机2内设的制冷剂泵装置21和冷凝器23装置数目不一定相互对应，可以每个制冷剂泵装置21都串联一套冷凝器23，也可以由一个制冷剂泵装置21与多套并联的冷凝器23串联，即多套冷凝器23共用一个制冷剂泵装置21。

第三实施例：

为进一步改进现有室外机2占地面积及换热效率的问题，图3示出了改进的空调室外机2的俯视图，该空调室外机2包括六个风机22，风机22以2×3矩阵排列。如图4所示，该室外机2为柜型结构，风机22水平布置在柜体的顶部，冷凝器23位于风机22的下方，针对每个风机22相对应的设有一套冷凝器23。为减小室外机2的占地面积，每套冷凝器23由左右对称倾斜设置的两个矩形板状冷凝管组件231,232组成，该两个冷凝管组件231,232下端部相抵呈“V”字形固定在固定座上。冷凝器23两两之间设有喷淋装置25，该喷淋装置25在冷凝器23迎风面喷淋水雾。在冷凝器23的下方为制冷剂泵集成腔体，制冷剂泵装置设置在制冷剂泵集成腔体内，其制冷剂进液端与冷凝器相连，出液端与室内机相连。值得指出的是上述喷淋装置25的数量可不和冷凝器23的数量相对应，即当有六套冷凝器23的时候，可仅仅在其中两套中设喷淋装置25。在该实施例中，六套冷凝器23间设有四个喷淋装置25，且该六套冷凝器23共用一个制冷剂泵装置。本实施例中的冷凝管组件231,232呈“V”字形排列，在减小了室外机2体积的同时也增强了换热效率。

为实现更好的换热效果，该冷凝管组件231,232优选由多根冷凝管平行迂回设置，且在冷凝管表面上垂直设置多个翅片，增加冷凝管的表面积，进一步提升换热效率。

第四实施例：

为进一步改进现有室外机2占地面积及换热效率的问题，图5示出了改进的空调室外机2的俯视图，该空调室外机2包括六个风机22，风机22以3×2矩阵排列。如图6所示，该室外机2为柜型结构，风机22水平布置在柜体的顶部，冷凝器23位于风机22的下方，针对每个风机22相对应的设有一套冷凝器23。为减小室外机2的占地面积，每套冷凝器23由两个矩形板状冷凝管组件231,232组成，靠近柜体侧边的冷凝管组件231相对于风机22所在平面垂直设置，靠近柜体内侧的冷凝管组件232相对于风机22所在平面倾斜设置，该两个冷凝管组件231,232下端部相抵固定在底部固定座上。靠近柜体内侧的冷凝管组件232的上端部与同一横排另一套冷凝器靠近柜体内侧的冷凝管组件的上端部相抵，并固定在顶部固定座上。上端部相抵的冷凝器之间设有喷淋装置25，该喷淋装置25在冷凝器23迎风面喷淋水雾。在冷凝器23的下方为制冷剂泵集成腔体，制冷剂泵装置设置在制冷剂泵集成腔体内，其制冷剂进液端与冷凝器相连，出液端与室内机相连。值得指出的是上述喷淋装置25的数量可不和冷凝器23的数量相对应，即当有六套冷凝器23的时候，可仅仅在其中两套中设喷淋装置25。在该实施例中，六套冷凝器23间设有三个喷淋装置25，且该六套冷凝器23分别连接一个制冷剂泵装置，共六个制冷剂泵装置。本实施例中的冷凝管组件231,232呈“W”字形排列，在减小了室外机2体积的同时也增强了换热效率。

为实现更好的换热效果，该冷凝管组件231,232优选由多根冷凝管平行迂回设置，且在冷凝管表面上垂直设置多个翅片，增加冷凝管的表面积，进一步提升换热效率。

值得指出的是，上述冷凝管组件231,232的布置方式已经实现了减小室外机2体积的目的，将制冷剂泵装置21集成在室外机2的柜体内，是进一步对空调室外装置占地面积的改进，而根据实际情况需要，该制冷剂泵装置21可不设置集成在室外机2的柜体内，即可相对于冷凝器23独立设置。

该节能机房空调的控制方法，如图10所示，主要步骤如下：

S1：实时检测机房室内温度T和室外的温度Ta；

S2：根据空调的运行状态及室内温度T计算空调室内制冷负荷比R；

S3：根据室内制冷负荷比R、机房室内温度T和室外温度Ta调整空调的运行状态，运行状态包括完全利用自然冷源制冷、部分利用自然冷源制冷和不利用自然冷源制冷三种运行模式。

其中，步骤S2具体步骤如下：

S21：设定机房室内目标温度Ts，精度为a，即Ts＝|Ts-a,Ts+a|；

S22：根据机房室内目标温度Ts和实时室内温度T计算空调的室内制冷负荷比R,即R＝(T–Ts)/a。

如图8所示，步骤S3具体步骤如下：

S31：设定目标制冷负荷比Rs的阈值范围，即Rs1≤Rs≤Rs2；

S32：根据室内制冷负荷比R与目标冷负荷比Rs的关系、机房实时室内温度T与室外温度Ta的关系，切换空调的运行模式；

当T≥Ta，R≤Rs2，空调完全利用室外自然冷源制冷；

当T≥Ta，R＞Rs2，空调部分利用室外自然冷源制冷；

当T＜Ta，空调不利用室外自然冷源制冷。

例如，当T＝25℃；Ta＝10℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝50％，R＜120％，T＞Ta，空调完全利用室外自然冷源制冷。

当T＝28℃；Ta＝20℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝200％，R＞120％，T＞Ta，空调部分利用室外自然冷源制冷。

当T＝25℃；Ta＝28℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，T＜Ta，空调不利用室外自然冷源制冷。

在选择了空调的工作模式后，进一步通过在冷凝处进行喷淋处理调控冷凝效率。

S331：实时检测机房室外回风处的空气相对湿度RH；

S341：设定目标相对湿度RHs、室外临界温度Ta1，且Ta1＞0℃；

S351:根据室内制冷负荷比R与目标制冷负荷比Rs的关系、相对湿度RH与目标相对湿度RHs的关系，室外温度Ta与室外临界温度Ta1的关系，调整空调的制冷效率；

当Ta≥Ta1，R≥Rs1且RH≤RHs时，在冷凝处进行喷淋处理，提高制冷效率；

当R＜Rs1或Ta＜Ta1或RH＞RHs时，不对冷凝处进行喷淋处理。

例如，当T＝25℃；Ta＝10℃；Ta1＝3℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％，RH＝60％,RHs＝80％时，可根据Ta＞3℃，R＝50％，RH＜80％，控制喷淋装置25开启，在冷凝处进行喷淋处理，提高制冷效率。

当T＝24.5℃；Ts＝24℃，精度为2；50％≤Rs≤120％时，可计算得到R＝25％，R＜50％，可根据该计算结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为空调已经将室内温度控制在目标温度范围内，无需在冷凝处进行喷淋处理，增强冷凝效果。

当Ta＝0℃；Ta1＝3℃，可根据该结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为室外温度过低已经接近水的冰点，喷淋装置25喷出的水易结冰，不能在冷凝器23处达到良好的蒸发效果。

当RH＝85％,RHs＝80％时，可根据该结果，直接控制关闭喷淋装置25。因为室外湿度已经足够使冷凝器23出有良好的蒸发换热效果，此时再进行喷淋也不能大幅度改善空气湿度和蒸发效果，所以无需再进行喷淋处理。

在选择了空调的工作模式后，进一步通过冷凝处的空气流动速度调控冷凝效率。

S332：实时检测制冷剂的冷凝压力P；

S342：设定空调在不同运行模式下的目标冷凝压力Ps，目标冷凝压力Ps包括完全利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps1、部分利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps2、不利用自然冷源制冷模式下的目标冷凝压力Ps3；

S352:在空调的不同运行状态下，根据冷凝压力P和目标冷凝压力Ps的关系，调整空调的制冷效率；

当P＜Ps，增加风机22的转速，以提高冷凝处的空气流动速度，增大P的值使其进入Ps的精度范围；

当P＞Ps，减小风机22的转速，降低冷凝处的空气流动速度，减小P的值使其进入Ps的精度范围；

当P在Ps的精度范围内时，风机22转速不变。

值得指出的是，为方便调控和节能，上述目标冷凝压力P优先设置为一个阈值，而非一个确定的压力值。

综上，通过本实用新型的节能空调，可实现精准调控工作模式的切换，并且通过对冷凝器的蒸发效率和空气流动速度的控制，可进一步实现更好的节能效果，扩展了现有机房空调的利用自然冷的温度区域。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。