空调系统及其控制方法与流程

1.本技术涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调系统及其控制方法。


背景技术：

2.应用于数据中心的冷却设备需要全年不间断运行，除了夏季室外温度较高时必须运行制冷外，在过渡季节及冬季，可以直接利用室外低温冷源给数据中心冷却。利用自然冷源有多种方案，其中热管方案被广泛关注并应用。
3.现有技术中公开了一种将压缩机和气泵进行并联的机房空调系统，并根据不同室外温度控制压缩机或气泵运行，可以充分利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，达到节能减排效果。
4.在过渡季节及冬季，采用气泵驱动替代压缩机运行是一种公认的节能技术方案。但是由于增加独立设置的气泵，增加冷却设备成本的同时，因增设气泵而必须加大设备的整体尺寸，冷却设备的成本进一步增加。另外，由于压缩机和气泵并联设置，系统中润滑油的回油及均油控制变得复杂，如控制不好，将大幅度降低设备的可靠性。
5.此外，采用压缩机和气泵一体化的装置也被提出用于实现节能的目的。但是，这种方案也存在一个问题，即压缩机构只能按照压缩模式或气泵模式运行，无法在系统满足重力热管模式运行条件时按重力热管模式运行，即无法进一步降低功耗，实现节能。
6.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本技术提出一种空调系统及其控制方法，其不仅可以运行压缩模式和气泵模式，还能满足重力热管模式运行条件时运行重力热管模式，从而进一步降低系统功耗，实现节能，减少能耗消费。
8.据本技术的一个方面，提供一种空调系统，其特征在于，包括：
9.顺序连接的动力装置、冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置；
10.所述动力装置具有压缩模式和气泵模式两种运行模式；
11.所述空调系统还具有重力热管模式；
12.基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统工作于压缩模式、气泵模式和重力热管模式之一。
13.在一些实施方式中，所述基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统工作于压缩模式、气泵模式和重力热管模式之一包括：
14.当tout高于第一温度阈值t1时，所述空调系统工作于压缩模式；
15.和/或，
16.当tout不高于t1且不低于第二温度阈值t2时，或者，当tout低于t2且t2低于tin且tout与tin之间的差值不大于预定温差阈值时，所述空调系统工作于气泵模式；
17.和/或，
18.当tout小于t2且tout与tin之间的差值大于预定温差阈值时，所述空调系统工作于重力热管模式。
19.在一些实施方式中，当所述空调系统工作于压缩模式时，所述动力装置运行于压缩模式，所述冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置运行以支持压缩模式；
20.和/或，
21.当所述空调系统工作于气泵模式时，所述动力装置运行于气泵模式，所述冷凝装置、储液装置、和蒸发装置运行以支持气泵模式，所述节流装置根据流量需要选择性开启或关闭；
22.和/或，
23.在所述动力装置的两端并联第一旁通机构，当所述空调系统工作于所述重力热管模式时，所述动力装置关闭并开启所述第一旁通机构，所述第一旁通机构、冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置运行以实现重力热管模式。
24.在一些实施方式中，在所述节流装置的两端并联第二旁通机构，当所述空调系统工作于所述气泵模式时，所述第二旁通机构根据流量需要选择性开启或关闭；和/或，当所述空调系统工作于所述重力热管模式时，所述第二旁通机构开启。
25.在一些实施方式中，所述第一旁通机构为电磁阀、电动流量调节阀至少之一，和/或，所述第二旁通机构为电子膨胀阀、电磁阀、电动流量调节阀至少之一。
26.在一些实施方式中，所述冷凝装置的安装高度高于所述蒸发装置的安装高度，且安装高度差高于预定值；
27.和/或，
28.所述动力装置为压缩和气泵一体化设备或者压缩机和气泵并联的设备；
29.和/或，
30.所述节流装置为电子膨胀阀；
31.和/或，
32.所述基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统工作于压缩模式、气泵模式和重力热管模式之一包括：
33.周期性地重复检测室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，并基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout的变化，所述空调系统在压缩模式、气泵模式和重力热管模式之间切换。
34.根据本技术的又一个方面，提供了一种空调系统的控制方法，其特征在于：
35.所述空调系统包括顺序连接的动力装置、冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置；
36.所述动力装置具有压缩模式和气泵模式两种运行模式；
37.所述空调系统还具有重力热管模式；
38.所述方法包括：
39.基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统控制上述各装置工作于重力热管模式、压缩模式和气泵模式之一。
40.在一些实施方式中，所述基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统控制上述各装置工作于重力热管模式、压缩模式和气泵模式之一包括：
41.当tout高于第一温度阈值t1，所述空调系统控制各装置工作于压缩模式；
42.和/或，
43.当tout不高于t1且不低于第二温度阈值t2，或者，当tout低于t2且t2低于tin且tout与tin之间的差值不大于预定温差阈值时，所述空调系统控制各装置工作于气泵模式；
44.和/或，
45.当tout小于t2且tout与tin之间的差值大于预定温差阈值，所述空调系统控制各装置工作于重力热管模式。
46.在一些实施方式中，当所述空调系统工作于压缩模式时，控制所述动力装置运行于压缩模式，控制所述冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置运行以支持压缩模式；
47.和/或，
48.当所述空调系统工作于气泵模式时，控制所述动力装置运行于气泵模式，控制所述冷凝装置、储液装置、和蒸发装置运行以支持气泵模式，控制所述节流装置根据流量需要选择性开启或关闭；
49.和/或，
50.在所述动力装置的两端并联第一旁通机构，当所述空调系统工作于所述重力热管模式时，控制所述动力装置关闭并开启所述第一旁通机构，控制所述第一旁通机构、冷凝装置、储液装置、节流装置和蒸发装置运行以实现重力热管模式。
51.在一些实施方式中，在所述节流装置的两端并联第二旁通机构，当所述空调系统工作于所述气泵模式时，根据流量需要控制所述第二旁通机构选择性开启或关闭；和/或，当所述空调系统工作于所述重力热管模式时，控制所述第二旁通机构开启。
52.在一些实施方式中，所述第一旁通机构为电磁阀、电动流量调节阀至少之一，和/或，所述第二旁通机构为电子膨胀阀、电磁阀、电动流量调节阀至少之一。
53.在一些实施方式中，所述冷凝装置的安装高度高于所述蒸发装置的安装高度，且安装高度差高于预定值；
54.和/或，
55.所述动力装置为压缩和气泵一体化设备或者压缩机和气泵并联的设备；
56.和/或，
57.所述节流装置为电子膨胀阀；
58.和/或，
59.所述基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，所述空调系统控制上述各装置工作于重力热管模式、压缩模式和气泵模式之一包括：
60.周期性地重复检测室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，并基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout的变化，所述空调系统在压缩模式、气泵模式和重力热管模式之间切换。
61.根据本技术提出的一种空调系统及其控制方法，其不仅可以运行压缩模式和气泵模式，还能满足重力热管模式运行条件时运行重力热管模式，提高了对室外自然冷源的利用，降低了空调系统的机组成本，简化了系统的结构，降低维护难度，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。
62.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，
并可依照说明书的内容予以实施，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
63.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
64.图1示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图；
65.图2示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图；
66.图3示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图；
67.图4示出了本技术的一种空调系统的控制方法的一实施例的示意图。
具体实施方式
68.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
69.图1示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图。
70.空调系统具有顺序连接的动力装置11、冷凝装置12、储液装置13、节流装置14、蒸发装置15。该空调系统例如为应用于数据中心的制冷系统。
71.动力装置11具有压缩模式和气泵模式两种运行模式，其为压缩和气泵一体化装置或者压缩机和气泵并联的装置。动力装置11为压缩和气泵一体化装置时，其包括气缸上设置有两个压力比(排气口的排气压力与气缸吸气压力的压力比)不同的排气口的压缩机，通过开启不同的排气口能够实现压缩模式或气泵模式。冷凝装置12将从动力装置11出来的高温、高压的气态制冷剂转变为液态制冷剂。储液装置13通过储存系统中多余的制冷剂而对系统流量进行调节。节流装置14可调节流量开度，从而控制系统的制冷剂流量，从节流装置14输出的液态冷媒的压力变小，其输出至蒸发装置15。蒸发装置15，将低温低压的液态冷媒或者气液混合冷媒通过吸收外部热量变成低温低压的气态冷媒再送回动力装置11。如此循环往复，达到温度控制。以上这些装置可以独立存在，也可以相互集成，在此不做赘述。
72.在一些实施方式中，该空调系统还可以具有重力热管运行模式。作为一个实现方式，可将冷凝装置11的安装高度高于蒸发装置15的安装高度，且二者的安装高度差高于预定值，从而可确保空调系统在满足重力热管模式运行条件时按重力热管模式运行。
73.为了确定空调系统的工作模式，可选地，检测室内环境温度tin和室外环境温度tout，基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，空调系统控制上述各装置工作于重力热管模式、压缩模式和气泵模式之一。
74.在一些实施方式中，周期性地重复检测室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，例如，每运行t1时长后重复检测，并基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout的变化，空调系统在压缩模式、气泵模式和重力热管模式之间切换。
75.作为一个实现方式，当tout高于第一温度阈值t1，空调系统工作于压缩模式。进一步地，当空调系统工作于压缩模式时，动力装置11运行于压缩模式，冷凝装置12、储液装置13、节流装置14和蒸发装置15运行以支持压缩模式。
76.作为一个实现方式，当tout不高于t1且不低于第二温度阈值t2，或者，当tout低于t2且t2低于tin且室内外温差即tout与tin之间的差值不大于预定温差阈值时，空调系统工作于气泵模式。进一步地，当空调系统工作于气泵模式时，动力装置11运行于气泵模式，冷凝装置12、储液装置13和蒸发装置15运行以支持气泵模式，节流装置14根据流量需要选择性开启或关闭。
77.进一步地，节流装置14例如为电子膨胀阀或毛细管等各种形式，并可根据系统所需流量来调节节流装置14的流量开度。然而在某些情况下，节流装置14哪怕将开度调节至最大，可能也无法满足系统的过热度要求(即流量要求)，此时需要开启通径更大的旁通机构来进行正常工作。可选地，在节流装置的两端并联旁通机构，当空调系统工作于气泵模式时，该旁通机构可根据流量需要选择性开启或关闭。当节流装置14关闭且该旁通机构开启时，制冷剂可从该旁通机构直接流过。当节流装置14和该旁通机构都开启时，制冷剂可从两者同时经过起到分流作用。
78.作为一个实现方式，当tout小于t2且室内外温差即tout与tin之间的差值大于预定温差阈值，空调系统工作于重力热管模式。进一步地，当空调系统工作于重力热管模式时，动力装置11关闭。可选地，在所述动力装置的两端可并联旁通机构，使制冷剂不流经动力装置而从该旁通机构直接流过。动力装置11中剩余的高压制冷剂在该旁通机构以及冷凝装置12、储液装置13、节流装置14和蒸发装置15中循环运行以实现重力热管模式。
79.进一步地，在重力热管模式下，利用自然重力和制冷剂相变潜热完成系统流路的运行和制冷，因此重力热管模式可不需要节流，从而在运行重力热管模式时，可同时开启节流装置14及其两端的旁通机构，使制冷剂全部或者部分地通过旁通机构进行循环，可选地，在重力热管模式下，可将节流装置14的流量开度开至最大，从而不会被完全短路掉，分担一定的流量。
80.图2示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图。
81.与图1的空调系统有两点不同：
82.第一，在动力装置11的两端并联第一旁通机构16，从而当动力装置11关闭时，制冷剂可从第一旁通机构16直接流过。例如，当系统满足重力热管模式运行条件时，即可关闭动力装置11，从而制冷剂在第一旁通机构16以及系统内其余装置中循环以按重力热管模式运行。第一旁通机构16例如为电磁阀，当然不限于此。
83.第二、在节流装置14的两端并联第二旁通机构17，可根据系统流量需要控制第二旁通机构17和节流装置14开启或关闭，从而在需要时，将制冷剂从节流装置14旁路至第二旁通机构17或将制冷剂在第二旁通机构17和节流装置14间分流。
84.作为一种实现方式，第一旁通机构例如为电磁阀、电动流量调节阀等至少之一，和/或第二旁通机构例如为电子膨胀阀、电磁阀、电动流量调节阀等至少之一，只要能够起到流量旁通作用，不限于此。
85.在该实现方式中，当空调系统运行重力热管模式时，依靠重力作用使冷凝工质回流到蒸发段。具体的，动力装置11停机后，剩余的高压制冷剂经过节流装置14进入蒸发装置15的低处入口，蒸发装置15内的制冷剂在外部空气的加热下继续蒸发从出口流出，经第一旁通机构16旁通动力装置11后返回冷凝装置12的高处入口，进入冷凝装置12的制冷剂蒸汽在外部冷空气的冷却下液化成液体受重力作用往下流动，从出口流出再次进入蒸发装置15
的低处入口，形成一个完整的重力热管工作循环。
86.图3示出了本技术的一种空调系统的一实施例的示意图。
87.与图1的空调系统不同的是，示出了动力装置11的一种实现方式：压缩机和气泵并联的装置。
88.如图所示，111-压缩机，112-气泵，181、182-截止阀，当动力装置11运行不同的运行模式时，开启和关闭相应的截止阀。例如，当运行压缩模式时，开启截止阀181，关闭截止阀182，从而让压缩机111工作，气泵112不工作；反之则反。此外，当不需要运行动力装置11时，则关闭所有截止阀181和182。
89.图4示出了本技术的一种空调系统的控制方法的一实施例的示意图。
90.以图2的空调系统为例，图4举例了对应的控制方法。
91.步骤s1，开启空调系统的机组。
92.步骤s2，检测室内环境温度tin和室外环境温度tout，从而基于室内环境温度tin和/或室外环境温度tout，空调系统控制各装置工作于压缩模式、气泵模式和重力热管模式之一。这里可以通过空调系统的温度传感器或者独立的温度传感器进行温度检测。
93.步骤s3，判断tout是否高于第一温度阈值t1(即：tout》t1)。
94.步骤s4，判断tout是否不高于第一温度阈值t1且不低于第二温度阈值t2(即：t1》＝tout》＝t2)，或者tout低于t2且室内外温差不高于预定温差阈值
△
t(即：(tout《t2)&(tin-tout《
△
t))。
95.步骤s5，tout是否小于t2且室内外温差大于预定温差阈值
△
t(即：tout《t2&tin-tout》
△
t)。
96.其中，第一温度阈值t1、第二温度阈值t2、预定温差阈值
△
t，均可以根据经验设定，也可以通过统计或者人工智能等其他方法学习得到。
97.当步骤s3判断结果为是，执行步骤s31和s32。当步骤s3判断结果为否，执行步骤s4。
98.步骤s31，关闭第一旁通机构16和第二旁通机构17，开启节流装置14。
99.步骤s32，动力装置11运行压缩模式。
100.当步骤s4判断结果为是，执行步骤s41、s42和s43。当步骤s4判断结果为否，执行步骤s5。
101.步骤s41，关闭第一旁通机构16。
102.步骤s42，节流装置14和第二旁通机构17按需开启。
103.步骤s43，动力装置11运行气泵模式。
104.当步骤s5判断结果为是，执行步骤s51和s52。
105.步骤s51，关闭动力装置11，空调系统运行重力热管模式。
106.步骤s52，开启第一旁通机构16、第二旁通机构17和节流装置14以实现重力热管模式。
107.步骤s6，当前运行模式运行时长t1，再次回到步骤s2，然后根据检测到的温度，执行当前运行模式的保持或者切换。
108.本技术空调系统可以切换压缩模式、气泵循环模式和重力热管模式，尤其是用于室外数据中心，提高了对昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源的利用，降低了空调系统的
机组成本，简化了系统的结构，降低维护难度，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。
109.由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述设备的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
110.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
111.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
112.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
113.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。