机房和热水系统的组合空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及空调技术领域。

背景技术：

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％～50％。机房、基站的显热负荷比大，一年四季需连续运行，在室内侧设定温度低于室外侧温度的季节，常规的空调系统仍需继续运行压缩式制冷系统，制冷系统工作效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差低成本输送热量或为室内侧提供冷量，将大大减小空调系统的能耗和运行成本。在夏季等高温季节通过利用地冷可实现制冷系统高效运行。大幅度提升系统能效。利用室外低温空气为室内侧提供冷量的方法已得到业内学者和工程技术人员的关注，并以不同的形式展开工程技术研究，如目前采用的新风系统，此外还有不同形式的气-气、气-水热交换系统，以及应用热管技术的复合型空调。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供机房和热水系统的组合空调系统及其控制方法，提高系统运行效率，实现节能减排。

实现上述目的的技术方案是：

一种机房和热水系统的组合空调系统，包括机房压缩机、制冷冷凝器、第一节流装置、气分储液器、液泵、机房蒸发器、热管阀、热管冷凝器、制冷阀、第二节流装置、单向阀、冷凝蒸发器、水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第三节流装置、第四节流装置和室外换热器，其中，

所述制冷冷凝器的入口连通所述机房压缩机的出口；所述制冷冷凝器的出口连通所述第一节流装置的入口；

所述气分储液器分别与所述机房压缩机的入口、所述热管冷凝器的出口、所述第一节流装置的出口以及液泵的入口相连通；

所述液泵的出口通过单向阀连通所述机房蒸发器的入口；

所述冷凝蒸发器的第一接口通过所述热管阀连通所述机房蒸发器的出口，第二接口连通所述热管冷凝器的入口，第三接口通过第四节流装置连通所述室外换热器，第四接口通过第三节流装置连通所述水侧换热器；

所述制冷阀的两端分别与所述机房蒸发器的出口以及所述热管冷凝器的出口连通；

所述第二节流装置的两端分别与所述制冷冷凝器的出口以及所述机房蒸发器的入口连通；

所述四通阀的四个端口分别与所述水侧压缩机的两端、所述室外换热器以及所述水侧换热器相互连通。

优选的，所述制冷冷凝器是水冷冷凝器、风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

一种机房和热水系统的组合空调系统的控制方法，其特征在于，

当室外温度t0大于设定温度t2，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，即机房空调系统运行制冷模式，热水系统运行制热模式，此时制冷阀打开，热管阀关闭，第一节流装置关闭，机房空调系统由机房压缩机、制冷冷凝器、第二节流装置、机房蒸发器、制冷阀和气分储液器构成回路；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第三节流装置、冷凝蒸发器、第四节流装置和室外换热器构成热水回路，通过运行制热模式提供热水；

当室外温度t0大于设定温度t1并且小于等于设定温度t2，热水需要供热，机房空调需要供冷，即热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行耦合模式，此时制冷阀关闭，热管阀打开，第二节流装置关闭，机房空调系统由机房压缩机、制冷冷凝器、第一节流装置、气分储液器、液泵、机房蒸发器、热管阀、冷凝蒸发器和热管冷凝器构成回路；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第三节流装置、冷凝蒸发器、第四节流装置和室外换热器构成热水回路；通过运行制热模式提供热水，通过机房热量为房间供暖；

当室外温度t0小于等于设定温度t1，热水需要供热，机房空调需要供冷，即热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行液相热管模式，此时制冷阀关闭，热管阀打开，第一节流装置、第二节流装置关闭，机房空调系统由气分储液器、液泵、机房蒸发器、热管阀、冷凝蒸发器和热管冷凝器构成回路；热水系统由水侧压缩机、四通阀、水侧换热器、第一节流装置、冷凝蒸发器、第二节流装置和室外换热器构成热水回路，通过运行制热模式提供热水，通过机房热量为房间供暖。

本发明的有益效果是：本发明将热水系统与机房空调系统实现一体，不仅在冬季需要提供热水时刻利用机房热量提供热水，还能化解常规热泵热水空调制热量衰减、结霜除霜等问题，大幅提高系统运行效率，实现节能减排。

附图说明

图1是本发明的机房和热水系统的组合空调系统的结构图；

图2是本发明中制冷+热水模式的循环结构图；

图3是本发明中耦合+热水模式的循环结构图；

图4是本发明中热管+热水模式的循环结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的机房和热水系统的组合空调系统，包括机房压缩机1、制冷冷凝器2、第一节流装置3、气分储液器4、液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、热管冷凝器8、制冷阀9、第二节流装置10、单向阀11、冷凝蒸发器12、水侧压缩机13、四通阀14、水侧换热器15、第三节流装置16、第四节流装置17和室外换热器18。

所述制冷冷凝器2的入口连通所述机房压缩机1的出口；所述制冷冷凝器2的出口连通所述第一节流装置3的入口；所述气分储液器4分别与所述机房压缩机1的入口、所述热管冷凝器8的出口、所述第一节流装置3的出口以及液泵5的入口相连通；所述液泵5的出口通过单向阀11连通所述机房蒸发器6的入口。

所述冷凝蒸发器12的第一接口通过所述热管阀7连通所述机房蒸发器6的出口，第二接口连通所述热管冷凝器8的入口，第三接口通过第四节流装置17连通所述室外换热器18，第四接口通过第三节流装置16连通所述水侧换热器15。

制冷阀9的两端分别与所述机房蒸发器6的出口以及所述热管冷凝器8的出口连通。第二节流装置10的两端分别与所述制冷冷凝器2的出口以及所述机房蒸发器6的入口连通；四通阀14的四个端口分别与所述水侧压缩机13的两端、所述室外换热器18以及所述水侧换热器15相互连通。制冷冷凝器2是水冷冷凝器、风冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

本发明的机房和热水系统的组合空调系统的控制方法，根据室外不同环境温度、不同季节以及供热水需求分别切换不同回路运行不同工作模式。

当为夏季时(室外温度t0大于设定温度t2)，机房空调需要供冷，热水系统需要供热水，即机房空调系统运行制冷模式，热水系统运行制热模式，如图2所示，此时制冷阀9打开，热管阀7关闭，第一节流装置3关闭，机房空调系统由机房压缩机1、制冷冷凝器2、第二节流装置10、机房蒸发器6、制冷阀9和气分储液器4构成回路；根据室内负荷大小以及室外温度高低确定压缩机的转速、膨胀阀开度以及冷凝器风机的转速，实现冷量调节。热水系统由水侧压缩机13、四通阀14、水侧换热器15、第三节流装置16、冷凝蒸发器12、第四节流装置17和室外换热器18构成热水回路，通过运行制热模式提供热水。

当室外春、秋过渡季节时(室外温度t0大于设定温度t1并且小于等于设定温度t2)，热水需要供热，机房空调需要供冷，即热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行耦合模式，如图3所示，此时制冷阀9关闭，热管阀7打开，第二节流装置10关闭，机房空调系统由机房压缩机1、制冷冷凝器2、第一节流装置3、气分储液器4、液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、冷凝蒸发器12和热管冷凝器8构成回路。根据室内负荷大小以及室外温度确定压缩机转速和冷凝器风机转速，实现冷量的精确调节。热水系统由水侧压缩机13、四通阀14、水侧换热器15、第三节流装置16、冷凝蒸发器12、第四节流装置17和室外换热器18构成热水回路；通过运行制热模式提供热水，通过机房热量为房间供暖。

当室外冬季时(室外温度t0小于等于设定温度t1)，热水需要供热，机房空调需要供冷，即热水系统需要运行制热模式，机房空调需要进行液相热管模式，如图4所示，此时制冷阀9关闭，热管阀7打开，第一节流装置3、第二节流装置10关闭，机房空调系统由气分储液器4、液泵5、机房蒸发器6、热管阀7、冷凝蒸发器12和热管冷凝器8构成回路。根据室内负荷大小以及室外温度确定液泵和冷凝器风机转速，实现冷量的精确调节，控制热管工作压力(温度)，调整热管换热能力，具体方式如下：当室外环温升高或室内负荷增加时，提升风机转速；当室外温度降低或室内负荷减小时，降低风机转速。热水系统由水侧压缩机13、四通阀14、水侧换热器15、第一节流装置16、冷凝蒸发器12、第二节流装置17和室外换热器18构成热水回路，通过运行制热模式提供热水，通过机房热量为房间供暖。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。