專利名稱：一種基于變頻壓縮機的機房空調控制方法
技術領域：
本發明涉及制冷系統，更具體地說，涉及一種基于變頻壓縮機的機房空調控制方法。
背景技術：
機房精密空調是針對現代電子設備機房設計的專用空調，它的工作精度和可靠性都要比普通空調高得多。計算機機房中擺放計算機設備及程控交換機產品等，由大量密集電子元件組成。要提高這些設備使用的穩定及可靠性，需將環境的溫度濕度嚴格控制在特定范圍。機房專用空調在設計上采用嚴格控制蒸發器內蒸發壓力，增大送風量使蒸發器表面溫度高于空氣露點溫度而不除濕，產生的冷量全部用來降溫，提高了工作效率，降低了濕量損失(送風量大，送風焓差減小)。因大多數機房內的電子設備均是連續運行的，工作時間長，因此要求機房專用空調在設計上可大負荷常年連續運轉，并要保持極高的可靠性。舒適性空調較難滿足要求， 尤其是在冬季，計算機機房因其密封性好而發熱設備又多，仍需空調機組正常制冷工作，此時，一般舒適性空調由于室外冷凝壓力過低已很難正常工作，機房專用空調通過可控的室外冷凝器，仍能正常保證制冷循環工作。空調制冷技術屬于普通制冷范圍，主要是采用液體氣化制冷法，利用液體氣化過程要吸收熱量，而且液體表面壓力不同，其沸點也不同，壓力越低，沸點越低。其工作原理就是使制冷劑在壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器等熱力設備中進行壓縮、放熱、接流和吸熱四個主要的熱力過程，以完成制冷循環。空調的制冷過程是將熱量從一個環境搬移到另一個環境的過程。我國的電網電壓為220伏、50赫茲，在這種條件下工作的空調稱之為“定頻空調”。由于供電頻率不能改變，傳統的定頻空調的壓縮機轉速基本不變，依靠其不斷地 “開、停”壓縮機來調整室內溫度，其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能，如圖1所示，室溫變化波動大，這樣對那些精密電子設備是非常不利，影響使用壽命。在傳統的空調控制中，通過檢測系統的吸氣壓力和吸氣溫度，可以通過查表的方式得到系統的過熱度，單獨的通過系統的過熱度控制電子膨脹閥的開度，會使系統過熱度的控制相對滯后，很難使過熱度穩定在預期的目標值附近。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的定頻空調調節溫度容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能，及單獨依靠過熱度控制電子膨脹閥的開度，使系統的過熱度的控制相對滯后的缺陷，提供一種可解決以上問題的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，所述機房空調包括變頻壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器，所述方法包括以下步驟
Si、機房空調初始化，對電子膨脹閥進行歸零操作；S2、開啟蒸發器，根據吸氣壓力I^s調整蒸發器的風機風速；S3、開啟變頻壓縮機，每隔時間t，根據室內溫度Ttl和預設溫度TA，調節變頻壓縮機的頻率H ；S4、在變頻壓縮機開啟后經過時間T2開啟冷凝器，并同時開啟霧化馬達；每隔時間T3，根據排氣壓力Pd和進風溫度Td對冷凝器的風機風速進行控制；S5、控制電子膨脹閥的開度Rn，采用PI控制電子膨脹閥的開度，同時，對變頻壓縮機頻率的改變，對電子膨脹閥的開度1 作出相應的補償。在本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法中，所述步驟1中還包括對所述機房空調的溫度傳感器、壓力傳感器、故障輸入進行檢測，如有異常，則作出相應報警及動作。在本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法中，所述步驟S2具體包括當吸氣壓力I^s低于PLl時，蒸發器開啟最大送風量，即蒸發器的風機風速調至最高速；當吸氣壓力I^s高于PLl低于PL2時，每隔Tl時間，蒸發器增大一定的送風量，即蒸發器的風機風速上升一級，使吸氣壓力I3S提升到一個合理的值；當吸氣壓力I^s高于PL3時，蒸發器的風速根據變頻壓縮機的頻率進行切換，每隔 Tl時間判斷一次，低頻開低速，高頻開高速，風機和頻率控制成正比；所述PLl < PL2 < PL3、Tl是預設時間。在本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法中，所述步驟S3具體包括變頻壓縮機在特定頻率Hl下運行一段時間后，方可進行頻率H調節，變頻壓縮機的頻率H計算如下H = Hl+Kp*Error+Ki*I(Error)，Hl是特定頻率，Kp是比例系數，ki是積分時間常數，Error為室內溫度Ttl與預設溫度Ta的誤差值，I(Error)為誤差值在過去一段時間的誤差和。
在本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法中，所述步驟S4具體包括以下當排氣壓力Pd高于PHl時或者進風溫度Td高于Tempi時，開啟高速冷凝風機，否則開啟低速冷凝風機。在本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法中，所述步驟5中電子膨脹閥的 Pm具體算法如下Pm = E1+Kp*Error+Ki*I(Error)+Kx氺(Δ CompressorHz)其中，El = 600為電子膨脹閥控制的開度，Kp是比例系數，ki是積分時間常數， Error為前后兩次過熱度的誤差值，I (Error)為過熱度誤差值在過去一段時間的誤差和， Δ CompressorHz為兩次控制中變頻壓縮機頻率差值，Kx* ( Δ CompressorHz)是電子膨脹閥開度對壓縮機頻率改變的校正，Kp*Error+Ki*I (Error)為電子膨脹閥進行PI控制的主函數。實施本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，具有以下有益效果根據室內溫度和預設溫度調節變頻壓縮機的頻率，調節變頻壓縮機的轉速，依靠變頻壓縮機轉速的快慢達到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消耗少，舒適度大大提高；同時對壓縮機頻
4率的改變，對電子膨脹閥的開度作出相應的補償，使過熱度穩定在設置點，提高機房空調的制冷效率COP。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是現有的定頻機房空調溫度曲線圖；圖2是本發明實施例的基于變頻壓縮機的機房空調的結構圖；圖3是本發明實施例的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法流程圖；圖4是本發明實施例的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法的室內溫度曲線圖；圖5是本發明實施例的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法的過熱度曲線圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖2所示，使用本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法的機房空調包括變頻壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發器4，形成一個“壓縮、冷凝、膨脹降壓、吸熱蒸發”反復循環的制冷系統，在機房空調中采用變頻壓縮機1，通過改變頻壓縮機1的供電頻率，調節變頻壓縮機1轉速，，依靠變頻壓縮機1轉速的快慢達到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消耗少，其舒適度大大提高。在蒸發器4上設置有吸氣壓力傳感器，用于測量蒸發器4的吸氣壓力I^s ；在蒸發器4上還設置有吸氣溫度傳感器，用于測量蒸發器4的吸氣溫度Ts。冷凝器2上設置有排氣壓力傳感器，用于測量冷凝器2的排氣壓力Pd，冷凝器2上還設置有進風溫度傳感器，用于測量冷凝器2的進風溫度Td。如圖3所示，本發明實施例的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法流程圖，包括以下步驟Si、機房空調初始化，對電子膨脹閥3進行歸零操作。初始化的過程主要是對電子膨脹閥進行歸零操作，歸零操作可消除電子膨脹閥3 因為步進電機缺步而產生的位置偏差，以后電子膨脹閥3的開度控制以此零點調整至具體的開度Rii。初始化中還對機房空調的其他部件如溫度傳感器、壓力傳感器、故障輸入等進行檢測，如有異常，則作出相應報警及動作。Rii為電子膨脹閥3控制的具體開度。S2、開啟蒸發器風機4，根據吸氣壓力I^s調整蒸發器3的風機風速。蒸發器的具體控制如下當蒸發器吸氣壓力值I3S低于PLl時，蒸發器3開啟最大送風量，即蒸發器3的風機風速調至最高速；當蒸發器3吸氣壓力值I^s高于PLl低于PL2時，則蒸發器3每隔Tl 時間，增大一定蒸發器3的風機送風量，即蒸發器3的風機風速上升一級，使蒸發器3吸氣壓力提升到一個合理的值；當蒸發器3吸氣壓力I^s高于PL3時，蒸發器3的風機風速根據變頻壓縮機1的頻率進行切換，每隔Tl時間判斷一次，低頻開低速，高頻開高速，風速和頻率控制成正比，達到防止蒸發器出風溫度過低，實現機房空調大風量小焓差的控制要求。在本實施例中，PLl = 0. 6MP、PL2 = 0. 7MP、PL3 = 0. 8MP Tl = 30S。S3、開啟變頻壓縮機1，每隔時間t，根據室內溫度Ttl和預設溫度TA，調節變頻壓縮機1的頻率H，預設溫度Ta是用戶根據需要設置的希望調節到的溫度。通過溫度傳感器器測量室內溫度Ttl，預設溫度Ta為用戶根據需要設置的希望調節到的溫度。變頻壓縮機1開啟時，必須在特定的頻率Hl下運行一段時間后，方可進行頻率調節控制，以達到保護變頻壓縮機1的作用，在本實施例中，采用Hl = 57HZ。變頻壓縮機1的頻率調節具體如下根據室內溫度Ttl和預設溫度Ta，每隔時間W2S)對變頻壓縮機1頻率進行調節， 當室內溫度Ttl大于預設溫度Ta時，變頻壓縮機1的頻率H上升；當室內溫度Ttl小于預設溫度Ta時，變頻壓縮機1的頻率H下降；當室內溫度Ttl和預設溫度Ta相等時，保持變頻壓縮機1的頻率H不變。變頻壓縮機1的頻率調節的可通過修改Kp和Ki兩個參數進行，具體控制算法如下H = Hl+Kp*Error+Ki*I(Error)其中Kp為比例系數，Ki為積分時間常數；Kp控制當前，誤差值和一個負常數P (表示比例)相乘，然后和預定的值相加；ki控制過去，誤差值是過去一段時間的誤差和，然后乘以一個負常數I，然后和預定值相加。I從過去的平均誤差值來找到機房空調的輸出結果和預定值的平均誤差；Error為誤差值(是室內溫度與預設溫度的差值)，I (Error)為誤差值在過去一段時間的誤差和。此算法的控制間隔為t，即機房空調每隔t執行一次此算法。在本實施例中，Kp = 0. 5、Ki = 10、t = 2s。通過調整變頻壓縮機1的頻率H，可以使控制溫度恒定，減少變頻壓縮機1起停的次數，使變頻壓縮機1最終穩定在一個特定的頻率。如圖4所示，室內溫度曲線圖，由圖中可以看出室內溫度Ttl最終穩定在預設溫度附近。S4、在變頻壓縮機1開啟后經過時間T2開啟冷凝器2，并同時開啟霧化馬達；每隔時間T3，根據排氣壓力Pd和進風溫度Td對冷凝器2的風機風速進行控制。冷凝器2具體控制如下變頻壓縮機1開啟后，每隔T3時間，根據排氣壓力Pd和冷凝器2進風溫度Td對冷凝器2的風機風速進行控制。當排氣壓力Pd高于PHl或者冷凝器2進風溫度Pd高于Tempi 時，開啟高速冷凝風機，否則開啟低速冷凝風機。在本實施例中，T2 = 5S、T3 = 30S、PH1 = 3. 2MP、Tempi = 25°C。S5、控制電子膨脹閥3的開度Rn，采用PI控制(模糊控制)電子膨脹閥3的開度， 同時，對變頻壓縮機1頻率的改變，對電子膨脹閥3的開度Rii作出相應的補償。通過控制電子膨脹閥(EEV)的開度，使過熱度(superheat)在目標值附近波動，(過熱度通過采集機房空調的吸氣壓力和吸氣溫度通過查表得到)，是提高機房空調COP的重要手段。因為此機房空調中，兩個控制對象變頻壓縮機1頻率和電子膨脹閥3開度均對過熱度有影響，所以單純的用電子膨脹閥3控制過熱度很難使過熱度穩定的預期的目標值附近。因此，我們對過熱度值采用PI控制(模糊控制)電子膨脹閥的開度，同時對變頻壓縮機1頻率的改變，對電子膨脹閥3的開度Rn作出相應的補償。電子膨脹閥3的開度Rn控制算法具體為Pm = E1+Kp*Error+Ki*I(Error)+Kx氺(Δ CompressorHz)其中E1 = 600為電子膨脹閥控制的開度，Kp為比例系數，ki為積分時間常數；Kp控制當前，誤差值和一個負常數P (表示比例)相乘，然后和預定的值相加；Ki控制過去，誤差值是過去一段時間的誤差和，然后乘以一個負常數I，然后和預定值相加。I從過去的平均誤差值來找到機房空調的輸出結果和預定值的平均誤差；Error為誤差值(室內溫度與預設溫度的差值)，I (Error)為誤差值在過去一段時間的誤差和。Error為前后兩次過熱度的誤差值；I (Error)為過熱度誤差值在過去一段時間的誤差和；CompressorHz為兩次控制中壓縮機頻率差值；Kx* ( Δ CompressorHz)是EEV開度對壓縮機頻率改變的校正；Kp^ffirror+Ki*I (Error)為EEV進行PI控制的主函數。本實施例中，Kp = 0. 8、Ki = 25、Kx = 5。通過本算法，得到如圖5所示的過熱度曲線圖，在電子膨脹閥和變頻壓縮機的共同調節下，過熱度穩定在預期的目標值附近。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，所述機房空調包括變頻壓縮機(1)、冷凝器O)、電子膨脹閥(3)、蒸發器G)，其特征在于，所述方法包括以下步驟51、機房空調初始化，對電子膨脹閥(3)進行歸零操作；52、開啟蒸發器，根據吸氣壓力I^s調整蒸發器的風機風速；53、開啟變頻壓縮機(1)，每隔時間t，根據室內溫度Ttl和預設溫度Ta，調節變頻壓縮機 (1)的頻率H ；54、在變頻壓縮機(1)開啟后經過時間T2開啟冷凝器O)，并同時開啟霧化馬達；每隔時間T3，根據排氣壓力Pd和進風溫度Td對冷凝器O)的風機風速進行控制；55、控制電子膨脹閥的開度Rn，采用PI控制電子膨脹閥的開度，同時，對變頻壓縮機 ⑴頻率的改變，對電子膨脹閥⑶的開度Rii作出相應的補償。
2.根據權利要求1所述的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，其特征在于，所述步驟1中還包括對所述機房空調的溫度傳感器、壓力傳感器、故障輸入進行檢測，如有異常， 則作出相應報警及動作。
3.根據權利要求2所述的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括當吸氣壓力I3S低于PLl時，蒸發器(4)開啟最大送風量，即蒸發器的風機風速調至最高速；當吸氣壓力I3S高于PLl低于PL2時，每隔Tl時間，蒸發器(4)增大一定的送風量，即蒸發器的風機風速上升一級，使吸氣壓力I3S提升到一個合理的值；當吸氣壓力I3S高于PL3時，蒸發器的風速根據變頻壓縮機(1)的頻率進行切換， 每隔Tl時間判斷一次，低頻開低速，高頻開高速，風速和頻率控制成正比；所述PLl < PL2 < PL3、Tl是預設時間。
4.根據權利要求3所述的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括變頻壓縮機(1)在特定頻率Hl下運行一段時間后，方可進行頻率H調節， 變頻壓縮機的頻率H計算如下H = H1+Kp*Error+K i *I(Error),Hl是特定頻率，Kp是比例系數，Ki是積分時間常數，Error為室內溫度Ttl與預設溫度 Ta的誤差值，I(Error)為誤差值在過去一段時間的誤差和。
5.根據權利要求4所述的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括以下當排氣壓力Pd高于PHl時或者進風溫度Td高于Tempi時，開啟高速冷凝風機，否則開啟低速冷凝風機。
6.根據權利要求5所述的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，其特征在于，所述步驟5中電子膨脹閥的開度Pm具體算法如下Pm = El+Kp*Error+Ki*I(Error)+Kx*(Δ CompressorHz)其中，El = 600為電子膨脹閥控制的開度，Kp是比例系數，ki是積分時間常數， Error為前后兩次過熱度的誤差值，I(Error)為過熱度誤差值在過去一段時間的誤差和， Δ CompressorHz為兩次控制中變頻壓縮機頻率差值，Kx* (Δ CompressorHz)是電子膨脹閥開度對壓縮機頻率改變的校正，Kp*Error+Ki*I (Error)為電子膨脹閥進行PI控制的主函數。
全文摘要
本發明涉及基于變頻壓縮機的機房空調控制方法，所述方法包括以下步驟S1、機房空調初始化，對電子膨脹閥進行歸零操作；S2、開啟蒸發器，根據吸氣壓力Ps調整蒸發器的風機風速；S3、開啟變頻壓縮機，根據室內溫度T0和預設溫度TA，調節變頻壓縮機的頻率H；S4、在變頻壓縮機開啟后經過時間T2開啟冷凝器，根據排氣壓力PD和進風溫度TD對冷凝器的風機風速進行控制；S5、控制電子膨脹閥的開度Pm，通過變頻壓縮機頻率對電子膨脹閥的開度Pm作出相應的補償。采用本發明的基于變頻壓縮機的機房空調控制方法可以使溫度控制更加穩定、波動小，通過變頻壓縮機的對膨脹閥開度的進行補償，使過熱度更加穩定，在預期的目標值附近。
文檔編號F24F11/00GK102425841SQ20111039590
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者林彬, 林榮皓, 羅志標 申請人:深圳市森控科技有限公司