基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法與流程

本發明涉及空調控制方法，具體地說，是涉及一種解決高濕低溫地區機房電子設備可靠運行的溫濕度保障的基于多聯式機房空調的控制系統及方法。

背景技術：

工業機房尤其是通信機房內安裝有大量的電子設備，其正常運行需要有一個穩定的機房溫濕度環境，機房精密空調便是根據機房內的各類電子設備對環境溫濕度的要求而專門設計的空調系統，其基本工作原理與家庭及辦公場所使用的舒適性空調相似，但由于其高可靠性的硬件配置，使其能夠完成對機房環境溫濕度的高精度控制。如果機房內的環境參數達不到通信設備運行的要求，將會對設備的正常運行造成影響，例如：數據存儲出錯、運行速度偏慢等，甚至直接宕機或造成設備硬件損壞。

一般機房精密空調在溫濕度的調節過程中，一旦檢測到周圍溫度超過合理設定范圍便會立即啟動，而當周圍溫度低于設定溫度一定范圍時制冷主機則會立即關閉，而一般空調主機開停機需要3分鐘左右恢復等待的時間，這種間歇性的開停機很容易造成機房內溫濕度的劇烈波動，尤其對于國內外的高濕低溫地區，在機房精密空調間隙停機期間環境的高濕度很容易造成機房電子設備濕度過大，以至于表面結露，進而造成電子設備的故障和損害，這給設備的可靠運行帶來非常大的隱患。如果這些地區的環溫比較低，比如南美的常年潮濕溫暖地區，機房空調的主機很難啟動運行，因為主機的啟動是依靠設定的溫度啟動與停機的，與環境的相對濕度關系不大，這種情況下環境濕度對機房設備的 損害就會更加嚴重。而本發明在一般機房精密空調的基礎上單獨增加了獨立除濕降溫模塊同時運用了多聯機空調系統，當環境溫度達到設定溫度時多末端空調設備的電子膨脹閥會關閉進而使得多末端空調設備停止工作，而多聯機主機則不會停機，通過主機變頻壓縮機的低頻率運行來維持獨立小負荷的除濕末端單獨工作。這時候的獨立除濕降溫模塊末端的電子膨脹閥一直保持一定的開度工作，來保證多聯機主機不停機，同時維持機房濕度在合理范圍，避免了因主機開停機造成的機房內濕度波動對機房電子設備的損害。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：現有的機房空調控制方法中，主機的啟動和停機是根據設定的溫度來進行操作的，對于國內外的高濕低溫地區，主機經常難以啟動。此外，主機的間歇性開停機容易造成室內溫濕度較大的波動，主機間隙停機期間環境的高濕度很容易造成機房電子設備的故障和損害，而且主機的間歇性開停機需要消耗較多的電能(啟動電流是正常運行電流的3倍以上)，容易造成能源浪費。本發明基于以上問題，提出一種基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法，通過增加獨立除濕降溫模塊和多聯式空調系統協同工作，成功解決了在高濕低溫地區主機難以啟動和間歇性開停機所造成的溫濕度波動以及高濕度對機房設備產生損耗的問題，很好的彌補了現有機房空調控制方法中存在的缺陷。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法，各機房空調末端根據環境熱、濕負荷調節電子膨脹閥開度或開停以維持機房溫度的穩定，各末端電磁閥獨立溫控系統與多聯機主機協同調節變頻壓縮機頻率以保證系統正常工作所需的制冷劑流量，獨立除濕降溫模塊的電子膨脹閥以一定的開度一直運行來保證多聯機主機的連續運行與 機房濕度的恒定。

此方法具體包括以下步驟，也就是此方法的工作模式為：

Step1：對機房空調多末端進行溫濕度設置，啟動多聯機主機；

Step2：啟動獨立除濕降溫模塊，同時啟動多模塊機房空調末端；

Step3：多末端機房模塊空調系統根據各自設置的溫濕度獨立工作；

Step4：各末端電磁閥獨立溫控系統控制電磁閥的開停和電子膨脹閥的開停；

Step5：各末端電子膨脹閥開度與變頻壓縮機頻率協同調節；

Step6：當機房設備停機后，先進行獨立除濕降溫模塊的停機，再對多聯機主機進行停機。

在本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法中，所述步驟step1包括：機房空調主機的啟動和停機是根據機房環境溫度來操作的，在一些高濕低溫地區，對機房空調末端進行溫濕度設置后，若是環溫低于設置溫度則主機不會啟動，所以首次開啟多聯機主機是根據獨立除濕降溫模塊的溫度設置要求來預先啟動多聯機主機的運行，然后再進行各末端模塊的開啟、運行和自動停止末端運行，自動調整主機運行頻率；

所述獨立除濕降溫模塊的溫度設置低于對應的機房空調多末端溫度，在實際工作中，獨立除濕降溫模塊的溫度傳感器外置感應環境溫度，獨立除濕降溫模塊的停機溫度比相應的環境溫度要低5℃～10℃，但比對應的制冷系統蒸發溫度要高5℃～10℃，多聯式空調系統對應的蒸發溫度一般低于－5℃。

在本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法中，所述步驟step2具體包括：在多聯機主機啟動之后，啟動獨立除濕降溫模塊來調節機房濕度，根據機房濕度實時調節控制此獨立除濕降溫模塊的電子膨脹閥的開度以維持機房濕度的穩定，此獨立除濕降溫模塊的電子膨脹閥一直以一定開度運行來保證 多聯機主機的運行。同時啟動各機房空調末端模塊進行機房溫度的調節，根據機房溫度實際情況來增大(或減小)變頻壓縮機頻率從而增大(或減小)制冷劑流量來調節各區域溫度。

在本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法中，所述步驟step3還包括：各機房空調末端模塊分布在機房的不同區域，因各區域電子元器件、照明設備、圍護結構等所散發熱量不同而造成的區域熱負荷不均勻的現象會導致各末端所需要的送風溫度有所差異，這就使得控制各機房空調末端模塊的電子膨脹閥需根據各自區域的溫濕度情況來調節各自的開度。當機房溫度低于對應的末端電磁閥獨立溫控系統溫度設定值時，各機房空調末端模塊的電磁閥預先關閉，進而關閉對應的電子膨脹閥，這時對應的主機頻率會根據電子膨脹閥的開度和開停數量來自動調節其工作頻率，末端數量越少，主機的工作頻率就越低，系統所消耗的能量就越少，而此時獨立除濕降溫模塊的電子膨脹閥仍然按照相應開度繼續工作，多聯式主機就不會停機，保證機房濕度環境符合電子設備的運行要求；當各末端對應的電子設備散熱量增加，使得對應末端溫度超過所設定的溫度，這時控制系統所述的電子膨脹閥和電磁閥就自動啟動運行，可以進一步減少各末端設備的溫度波動，溫度控制精度可以很容易地到達±0.5℃范圍，進一步保障了機房的穩定可靠運行，也保證了通訊設備的可靠全天候全年不間斷的運行。

在本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法中，所述步驟step4具體包括：各末端電磁閥獨立溫控系統根據各自區域實際熱負荷來調節電子膨脹閥開度(或開停)以保證適當制冷劑流量來維持本區域溫濕度的恒定。獨立除濕降溫模塊根據機房內濕度的情況來進行其電子膨脹閥的開度調節，其不受其他機房空調末端模塊的影響，只隨機房濕度的變化而變化。

在本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法中，所述步驟step5具體包括：因各區域熱負荷的不同而導致控制各機房空調末端模塊電子膨脹閥的開度不同，各末端模塊所需制冷劑流量也就相應增大或減少，運行頻率增加，制冷劑流量也就相應增大，反之亦然；對于多聯機主機中的變頻壓縮機而言，其運行頻率需根據各末端實際制冷劑流量之和來進行調節，故當各末端電磁閥獨立溫控系統將各自電子膨脹閥開度反饋給壓縮機主機后，主機進行處理再進行變頻壓縮機頻率的調節，以保證系統循環的穩定。

所述基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法，包括四大部件，第一大部件為多聯機主機系統；第二大部件為多聯機多模塊末端系統；第三大部件為獨立除濕降溫模塊；第四大部分為控制系統，前三大部件之間通過相應的管道、多級進液叉形和梳型分歧管、電子膨脹閥、電磁閥以及其他的輔助裝置等連接而成。

所述控制系統包括多聯機主機控制模塊、電子膨脹閥控制模塊、各機房空調末端電磁閥獨立溫控系統、獨立除濕降溫模塊溫控系統，及其傳感器、溫控器等組成。

所述機房空調末端電磁閥獨立溫控系統工作模式為電子膨脹閥和電磁閥協同工作，電子膨脹閥的溫控系統控制電子膨脹閥的開度大小，電磁閥及其對應的溫控系統控制機房電子設備末端的設定溫度，當電子設備實際溫度超過設定溫度0.5℃～2℃時，膨脹閥打開，對應的電子膨脹閥也開啟；當電子設備實際溫度低于設定溫度0.5℃～2℃時，電磁閥電源關閉，對應的電子膨脹閥也關閉，這時主機的總體負荷減少，主機運行頻率相應降低，減少主機工作能耗，其中的溫度范圍0.5℃～2℃可以由用戶根據所控制對象的精度要求進行設定與改變。

所述獨立除濕降溫模塊溫控系統可以只包含電子膨脹閥溫控系統，不需要 配置電磁閥溫控系統，也可以把電子膨脹閥與電磁閥溫控系統協同配置，其對應的電子膨脹閥溫度傳感器也不感應機房電子設備本身的溫度，處于外置狀態，這樣就可以保障對應的電子膨脹閥一直處于開啟工作狀態，對應的多聯機主機也就一直處于開機運行狀態，主機的運行頻率與總體負荷直接相關，共同接受主機控制系統的控制，當只有獨立除濕降溫模塊工作時，這時主機運行頻率很低，這樣也就保障了機房多末端空調系統不工作時，在低溫高濕的環境下，獨立除濕降溫模塊起到獨立除濕及一定的機房設備降溫的目標，機房設備不會因環境溫度低于所設定的溫度時，相對濕度過大，使得機房電子設備表面濕度過大，嚴重情況下表面結露，降低機房設備的運行可靠性和工作壽命。

所述多聯機主機控制模塊和電子膨脹閥控制模塊與常規的多聯式空調控制系統基本一致。

所述機房多聯機多模塊末端系統的數量與主機的總體負荷大小相關，根據機房末端設備的熱濕負荷大小確定每個末端系統的制冷負荷大小，數個到數十個末端系統構成整個多聯機末端及其主機系統。

所述機房空調電子膨脹閥控制模塊的溫控系統工作模式與一般的多聯式空調系統多末端溫控系統工作模式一致，也就是由電子膨脹閥進出口溫度傳感器和設備末端溫度傳感器，即3個溫度傳感器的感應溫度共同作用，并在電子膨脹閥空調線路的作用下反饋給主機控制系統，進而根據末端負荷的變化來調節主機工作頻率。

實施本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法，具有以下有益效果：

1、保證空調主機正常開機運行：在高濕低溫地區，當環溫低于設定溫度時，空調主機難以啟動，本發明通過獨立除濕降溫模塊的連續運行保證多聯機主機 不間斷開機運行，有效避免了空調主機因溫度難以啟動的問題；

2、有效降低機房溫度波動：本發明運用多聯式空調系統對機房溫度進行調節，多聯機主機24h不間斷運行，有效避免了因空調主機開停機所造成的機房溫度波動問題；

3、有效除濕：本發明設置獨立除濕降溫模塊，專門負責機房濕度的調節，可根據機房濕度的變化自動調節電子膨脹閥開度并連續工作以維持機房濕度的穩定；

4、節約能源：空調主機間歇性的開停機會消耗更多的電能，本發明采用多聯式空調系統，多聯機主機能連續不斷工作，可以節省因空調主機間歇性開停機所消耗的電能。

附圖說明

圖1是本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法流程圖。

圖2是本發明的基于多聯式空調的機房空調控制系統及方法系統圖。

圖中：1、多聯機主機；2、三級回氣分歧管；3、三級進液梳型分歧管；4、電磁閥；5、電子膨脹閥；6、獨立除濕降溫模塊；7、機房空調末端模塊一；8、機房空調末端模塊二；9、電磁閥獨立溫控系統溫度傳感器；10、電磁閥獨立溫控系統控制器；11、二級回氣分歧管；12、三級回氣分歧管；13、機房空調末端模塊三；14、機房空調末端模塊四；15、制冷劑抽空充液閥；16、制冷劑夜管；17、二級進液分歧管；18、一級進液分歧管；19、一級回氣分歧管；20、進液管；21、回氣管。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步的說明，使得本發明更加清楚明白。

Step1：對機房空調多末端進行溫濕度設置，啟動多聯機主機。如圖2所示， 即為對獨立除濕降溫模塊(6)、機房空調末端模塊一(7)、機房空調末端模塊二(8)、機房空調末端模塊三(13)、機房空調末端模塊四(14)、以及約干個機房空調末端模塊進行溫濕度設置，機房空調末端模塊制冷量大小、數量與主機容量以及總體機房設備負荷直接相關，然后再啟動多聯機主機(1)。

Step2：啟動獨立除濕降溫模塊，同時啟動多模塊機房空調末端。如圖2所示，啟動獨立除濕降溫模塊(6)，根據機房濕度的情況獨立調節電子膨脹閥(5)的開度來維持機房濕度的穩定，同時啟動機房空調末端模塊一、二、三、四(7、8、13、14)等多個機房空調末端模塊，根據各自區域熱負荷的變化自動調節各電子膨脹閥的開度以保證機房溫度的恒定。

Step3：多末端根據各自設置的溫濕度獨立工作。如圖2所示，制冷劑液體出多聯機主機(1)經進液管(20)后通過一級進液分歧管(18)分流為A1、A2兩條支路，A1支路的制冷劑液體經二級進液分歧管(17)后又分流為A11、A12兩條支路，其分別通過這兩條支路進入三級進液梳型分歧管(3)，各自分流之后再經電子膨脹閥進行絕熱節流進入機房空調末端模塊三和機房空調末端模塊四，制冷劑液體在機房空調末端模塊中定壓吸熱蒸發為制冷劑蒸汽從而實現制冷效果。之后制冷劑蒸汽經過電磁閥后通過兩個三級回氣分歧管(12)合流為B11、B12兩個回氣支路，然后再通過一個二級回氣分歧管(11)合流為B1回氣支路。A2支路的制冷劑液體經過二級進液分歧管后分流為A21、A22兩個支路，A21支路的制冷劑液體經過一個三級進液梳型分歧管(3)后再分為兩個支路，其分別通過電子膨脹閥進行絕熱節流之后進入機房空調末端模塊一和機房空調末端模塊二，在末端模塊中等壓蒸發變為制冷劑蒸汽實現制冷后，其中一條支路的制冷劑蒸汽經過電磁閥(4)后直接回到B21回氣支路，另一條支路的制冷劑蒸汽在經過電磁閥后進入三級回氣分歧管(2)。A22支路的制冷 劑液體在經過電子膨脹閥(5)后進入獨立除濕降溫模塊(6)，在此模塊中吸收環境熱量蒸發為制冷劑蒸汽實現降溫除濕作用后經過電磁閥(4)進入三級回氣分歧管(2)。兩個制冷劑蒸汽支路在三級回氣分歧管(2)中合流為一個B22回氣支路，B21和B22回氣支路經二級回氣分歧管合流為B2回氣支路，B2和B1回氣支路再經一級回氣分歧管(19)合流為同一路制冷劑蒸汽而回到多聯機主機，完成一個制冷循環。在機組正常的運行過程中，各末端根據各自區域熱負荷調節各自制冷劑流量來維持機房溫濕度的恒定。

Step4：各末端電磁閥獨立溫控系統控制電磁閥的開停和電子膨脹閥的開停。如圖2所示，電磁閥獨立溫控系統包括電磁閥獨立溫控系統溫度傳感器(9)和電磁閥獨立溫控系統控制器(10)。在機房內溫濕度發生變化的情況下，各末端傳感器會將溫濕度情況實時傳遞到電磁閥獨立溫控系統中，控制系統通過調節各機房空調末端模塊(7、8、13、14)的電子膨脹閥的開度或開停，以及獨立除濕降溫模塊(6)的電子膨脹閥的開度，可實時調整室內溫濕度情況，避免出現較大的波動。

Step5：各末端電子膨脹閥開度與變頻壓縮機頻率協同調節。如圖2所示，Step4中當機房內溫濕度發生變化的情況下，電磁閥獨立溫控系統會通過調節電子膨脹閥的開度和開停來保持室內溫濕度環境的恒定。此外，電磁閥獨立溫控系統會將各電子膨脹閥的開度情況反饋到多聯機主機控制器中，在主控制器進行整合分析后，再對變頻壓縮機的頻率進行調節，通過電子膨脹閥的開度與變頻壓縮機的運行頻率的協同配合來共同維持機房內溫濕度環境的恒定。

Step6：如圖2所示，當檢測到機房設備停機后，系統自動對獨立除濕降溫模塊(6)進行停機，然后再對多聯機主機(1)進行停機。

本發明不限定于以上說明的各實施方式，也可在不脫離本發明的宗旨范圍 內進行各種變形。