一种集成储能功能的自然冷却空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种集成储能功能的自然冷却空调系统及其控制方法。

背景技术：

目前的自然冷空调产品，常见有两种形式，一种是压缩机系统与自然冷系统相互独立，相互控制运行，具备三种运行模式；另一种形式为压缩机系统集成自然冷系统，共用蒸发器与泵循环冷凝器，具备两种运行模式。自然冷系统在室内外温差达到一定的条件时，才能开启运行，不满足运行条件时，自然冷系统停止工作，一年中，全国大部分地区能够利用到自然冷却设备的时间仅为2个季度，对于客户的投入与回报周期产生一定的影响。

在数据中心行业的诸多机房中，普遍存在it负载功率与空调的制冷量输出不匹配的问题，这种情况将对it服务器的正常运行产生不良影响。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成储能功能的自然冷却空调系统及其控制方法，旨在解决现有空调的自然冷系统无法全年运行以及空调制冷量与机房it负载功率不匹配的问题。

本发明的技术方案如下：

一种集成储能功能的自然冷却空调系统，其中，包括控制器以及与所述控制器分别电连接的压缩机组件、储能组件和泵循环组件，所述泵循环组件包括泵循环蒸发器、动力泵以及泵循环冷凝器，所述储能组件包括存储有储能材料的储能器、单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀以及温度传感器；所述泵循环蒸发器、动力泵、储能器以及泵循环冷凝器依次通过管路连通并形成循环通路，所述温度传感器设置在连通泵循环蒸发器与动力泵之间的管路上，所述单向阀设置在连通储能器与泵循环冷凝器之间的管路上，所述第二电磁阀设置在连通泵循环蒸发器和泵循环冷凝器之间的管路上，所述第一电磁阀一端通过管路与连接单向阀和储能器的管路连通，所述第一电磁阀的另一端通过管路与连接泵循环蒸发器和第二电磁阀的管路连通。

所述的集成储能功能的自然冷却空调系统，其中，所述压缩机组件包括压缩机蒸发器，所述压缩机蒸发器和泵循环蒸发器并排设置在空调室内机内部。

所述的集成储能功能的自然冷却空调系统，其中，所述泵循环蒸发器的出口端通过管路与泵循环冷凝器的进口端连通，所述泵循环冷凝器的出口端通过管路与储能器的进口端连通，所述储能器的出口端与动力泵的进口端连通，所述动力泵的出口端与泵循环蒸发器的进口端连通。

所述的集成储能功能的自然冷却空调系统，其中，所述单向阀、第一电磁阀和第二电磁阀的安装方向均与管路中储能材料的流动方向一致。

所述的集成储能功能的自然冷却空调系统，其中，所述储能材料为相变材料或乙二醇液态材料。

一种集成储能功能的自然冷却空调系统的控制方法，其中，包括步骤：

a、当数据中心机房室内外环境温差大于或等于第一阈值时，则启动泵循环组件进入第一运行模式，所述第一运行模式的流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第二电磁阀-泵循环冷凝器-单向阀-储能器-动力泵；

b、当数据中心机房室内外环境温差小于第一阈值时，则启动压缩机组件并通过检测机房回风温度的变化判断机房it负载功率与压缩机组件制冷量是否匹配；

c、当判定压缩机组件制冷量大于机房it负载功率时，则启动泵循环组件进入第二运行模式，进行能量储存，所述第二运行模式的流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第一电磁阀-储能器-动力泵；

d、当温度传感器检测到储能材料的温度低于18℃时，则关闭压缩机组件，泵循环组件继续进行第二运行模式，输出制冷量对机房服务器进行降温；

e、当检测到数据中心机房室内温度大于或等于26℃时，则返回步骤b重启压缩机组件进行制冷。

所述的集成储能功能的自然冷却空调系统的控制方法，其中，所述第一阈值为10℃。

有益效果：本发明提供的集成储能功能的自然冷却空调系统，不仅有效降低了压缩机组件的运行时间，同时还避免了压缩机组件的频繁启停，以及压缩机组件停机时，数据中心服务器凝露问题的发生；进一步地，本发明还有效解决了机房it负载功率与空调系统制冷量不匹配的问题，在自然冷无法开启的季度，通过低功率动力泵的运行替代压缩机组件的高功率运行，有效的进行了节能，缩短了客户的回报周期。

附图说明

图1为本发明一种集成储能功能的自然冷却空调系统较佳结构示意图。

图2为本发明一种集成储能功能的自然冷却空调系统的控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种集成储能功能的自然冷却空调系统及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种集成储能功能的自然冷却空调系统示意图，其中，如图所示，包括控制器（未标出）以及与所述控制器分别电连接的压缩机组件、储能组件和泵循环组件，所述泵循环组件包括泵循环蒸发器10、动力泵20以及泵循环冷凝器30，所述储能组件包括存储有储能材料的储能器41、单向阀42、第一电磁阀43、第二电磁阀44以及温度传感器45；所述泵循环蒸发器10、动力泵20、储能器41以及泵循环冷凝器30依次通过管路连通并形成循环通路，所述温度传感器45设置在连通泵循环蒸发器10与动力泵20之间的管路上，所述单向阀42设置在连通储能器41与泵循环冷凝器30之间的管路上，所述第二电磁阀44设置在连通泵循环蒸发器10和泵循环冷凝器30之间的管路上，所述第一电磁阀43一端通过管路与连接单向阀42和储能器41的管路连通，所述第一电磁阀43的另一端通过管路与连接泵循环蒸发器10和第二电磁阀44的管路连通。

进一步地，如图1所示，所述压缩机组件包括压缩机蒸发器50，所述压缩机蒸发器50与所述泵循环蒸发器10并排设置在空调室内机内部。

具体来说，所述泵循环蒸发器安装在压缩机蒸发器之后，即空调回风先经过压缩机蒸发器，再经过泵循环蒸发器。

进一步地，所述泵循环冷凝器安装在室外侧，所述储能组件安装在数据中心机房内。

更进一步地，如图1所示，在本实施方式中，所述泵循环蒸发器的出口端通过管路与泵循环冷凝器的进口端连通，所述泵循环冷凝器的出口端通过管路与储能器的进口端连通，所述储能器的出口端与动力泵的进口端连通，所述动力泵的出口端与泵循环蒸发器的进口端连通。

所述单向阀安装在泵循环冷凝器出口端到储能器进口端的管路中，所述单向阀的安装方向与管路中储能材料的流动方向一致。所述第一电磁阀一端与泵循环蒸发器出口端到泵循环冷凝器进口端的连接管路相接，通过三通管引出，所述第一电磁阀另一端与泵循环冷凝器出口端到储能器进口端的连接管路相接，通过三通管引出，所述第一电磁阀的安装方向与泵循环蒸发器出口端到泵循环冷凝器进口端连接管的储能材料的流动方向一致。进一步地，所述第一电磁阀的出口端三通管引出位置安装在单向阀的出口连接管上。所述第二电磁阀安装在泵循环蒸发器出口端到泵循环冷凝器进口端的连接管路上，其安装方向与储能材料的流动方向一致。

优选地，所述储能材料为相变材料或乙二醇液态材料，但不限于此。

基于上述集成储能功能的自然冷空调系统，本发明还提供一种集成储能功能的自然冷空调系统的控制方法，其中，如图2所示，包括如下步骤：

s10、当数据中心机房室内外环境温差大于或等于第一阈值时，则启动泵循环组件进入第一运行模式，所述第一运行模式的流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第二电磁阀-泵循环冷凝器-单向阀-储能器-动力泵；

在本实施方式中，对数据中心机房室内及室外温度进行实时检测，当数据中心机房室内外环境温差大于或等于第一阈值（例如10℃）时，即判定达到自然冷系统开启条件；此时，泵循环组件开启进入第一运行模式，所述第一运行模式为强制冷模式，此时通过控制器发出指令控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀和单向阀打开，其运行流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第二电磁阀-泵循环冷凝器-单向阀-储能器-动力泵。在泵循环组件开启过程中，对数据中心机房中的回风温度进行实时检测，当回风温度能够稳定在设定值（例如15℃）时，则不需要开启压缩机组件；当回风温度上升到超过所述设定值时，则进一步开启压缩机组件，进行制冷量补偿，使数据中心机房中的回风温度稳定在设定值。

s20、当数据中心机房室内外环境温差小于第一阈值时，则启动压缩机组件并通过检测机房回风温度的变化判断机房it负载功率与压缩机组件制冷量是否匹配；

在本实施方式中，同样对数据中心机房室内及室外温度进行实时检测，当数据中心机房室内外环境温差小于第一阈值时，即判定未达到自然冷系统开启条件。此时，泵循环组件停止运行，压缩机组件启动运行并通过检测机房回风温度变化判断机房it负载功率与压缩机组件制冷量是否匹配，所述控制器根据判定结果输出相应的泵循环组件动作指令。

在一种具体的实施方式中，压缩机组件以最小制冷量输出，持续输出时间t，当检测到机房回风温度下降变化百分率达到x%时，则判定压缩机组件的制冷量大于机房it负载功率。优选所述时间t为20min，x为40。

s30、当判定压缩机组件制冷量大于机房it负载功率时，则启动泵循环组件进入第二运行模式，进行能量储存，所述第二运行模式的流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第一电磁阀-储能器-动力泵；

具体来说，当判定压缩机组件制冷量大于机房it负载功率时，则通过控制器输出指令控制第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，同时启动泵循环组件进入第二运行模式进行能量储存；所述第二运行模式的流路为：动力泵-泵循环蒸发器-第一电磁阀-储能器-动力泵。在该运行模式中，经过压缩机蒸发器后的回风温度得到降低，低温的气流再经过泵循环蒸发器，将泵循环蒸发器内流动的储能材料温度降低，而经过泵循环蒸发器的气流温度将得到升高，这使得压缩机组件不会较快的触发停止指令；

经过泵循环蒸发器后的储能材料，由于此时的第二电磁阀已经关闭，同时由于泵循环冷凝器出口端安装有单向阀，因此储能材料无法反向进入到泵循环冷凝器中，所述储能材料只能够从第一电磁阀经过进入到储能器中，进行能量储存。

较佳地，所述储能器的容积可根据数据中心it服务器热负载进行匹配确定，如需要较长时间的储能与后备供冷功能，则储能器可设计更大的溶剂，储存更多的冷量，泵循环储能功能持续动作的时间就越长。

s40、当温度传感器检测到储能材料的温度低于18℃时，则关闭压缩机组件，泵循环组件继续进行第二运行模式，输出制冷量对机房服务器进行降温；

具体来说，泵循环组件持续进行第二运行模式过程中，当位于动力泵出口端管路上的温度传感器检测到储能材料的温度低于18℃时，则关闭压缩机组件，泵循环组件继续进行第二运行模式，输出制冷量用于机房服务器制冷降温。

s50、当检测到数据中心机房室内温度大于或等于26℃时，则返回步骤s20重启压缩机组件进行制冷.

具体来说，当检测到数据中心机房室内温度大于或等于26℃时，说明储能器中的制冷量已经不足以满足机房服务器的降温需求，此时应当重新启动压缩机组件进行制冷，循环s20-s50的步骤。

本发明针对现有空调系统存在的泵循环组件无法全年使用以及机房it负载功率与空调制冷量不匹配的问题，提供了一种集成储能功能的自然冷空调系统的控制方法，当机房it负载功率小于压缩机组件最小制冷量输出时，压缩机组件运行一段时间后停止运行，系统仍然能够保持一定时间内的冷量输出，确保数据中心冷通道的温度不会上升太快，能够有效解决机柜或服务器凝露问题，保证数据中心机房长期稳定可靠的运行。

综上所述，本发明提供的集成储能功能的自然冷却空调系统，不仅有效降低了压缩机组件的运行时间，同时还避免了压缩机组件的频繁启停，以及避免了压缩机组件停机时，数据中心服务器凝露问题的发生；进一步地，本发明还有效解决了机房it负载功率与空调系统制冷量不匹配的问题，在自然冷无法开启的季度，通过低功率动力泵的运行替代压缩机组件的高功率运行，有效的进行了节能，缩短了客户的回报周期；更进一步地，当数据中心服务器出现紧急情况时，如压缩机故障，则可通过储能器在一段时间内确保服务器的工作温度不会上升太快，给售后处理预留了一定的时间，使得数据中心机房可靠性更高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。