空調系統及其控制方法與流程

本發明涉及空調技術領域，具體地涉及一種空調系統及其控制方法。

背景技術：

隨著數據中心朝著大型化、規模化方向發展，數據中心及類似場所因內部設備長期工作而產生較穩定的發熱量，這會造成數據中心及類似場所的溫度上升，相對濕度下降，不利于其內部設備的穩定運行。為維持數據中心及類似場所內設備工作的可靠性，這些場所配置的空調裝置要常年制冷運行。

空調裝置是數據中心及類似場所內設備穩定運行的保障，同時也是數據中心及類似場所主要耗電設備之一，因此數據中心及類似場所空調設備運行的可靠性和經濟性受到了業內人士極大的關注。

當室外氣溫較低時，制冷劑運動粘度高，運行阻力大，運輸性能差，無形中增加了壓縮機的運行時間，造成空調系統的運行能效比和可靠性低。另外，當空調系統的室內機和室外機之間的距離較遠、高度差較大時，制冷劑的運行緩慢，因高度差形成的壓降較大，造成空調系統的運行效率低。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的一個目的是提供一種空調系統，以解決現有技術中空調系統因外界環境溫度低，造成空調系統的壓縮機運行能效比和可靠性低的問題。

有鑒于此，本發明的另一個目的是提供一種空調系統的控制方法，在室外溫度較低的情況下，能夠有效減少壓縮機的使用損耗，以提高空調系統運行過程中的經濟性和可靠性。

根據本發明的一個方面，提供一種空調系統包括冷媒循環回路，在所述冷媒循環回路上設置有室內換熱器、室外換熱器和壓縮機，所述冷媒循環回路上還設置有用于驅動制冷劑循環的增壓裝置，所述增壓裝置能夠與所述壓縮機形成串聯。

優選地，所述壓縮機的兩端并聯有第一支路，所述壓縮機與所述第一支路能夠切換接入所述空調系統中；和/或，

所述增壓裝置的兩端并聯有第二支路，所述增壓裝置與所述第二支路能夠切換接入所述空調系統中。

優選地，所述第一支路上設置有第一開關裝置；和/或，

所述第二支路上設置有第二開關裝置。

優選地，所述壓縮機設置于所述室外換熱器的第一端與所述室內換熱器的第一端之間，所述增壓裝置設置于所述室外換熱器的第二端與所述室內換熱器的第二端之間。

優選地，所述增壓裝置為制冷劑泵。

優選地，所述空調系統的制冷劑循環回路上設置有第三開關裝置，所述第三開關裝置用于控制所述制冷劑循環回路中制冷劑的通斷。

優選地，所述第三開關裝置包括第二電磁閥、第三電磁閥、第五電磁閥和第六電磁閥，其中，

所述第二電磁閥和第三電磁閥分別設置在壓縮機與室外換熱器之間的液管和氣管上；

第五電磁閥和第六電磁閥分別設置在增壓裝置與室內換熱器之間的液管和氣管上。

優選地，在所述室外換熱器上設置有加熱裝置，所述加熱裝置設置在所述室外換熱器的進風口位置處。

根據本發明的第二方面，提供一種空調系統的控制方法，所述空調系統包括室內換熱器、室外換熱器、壓縮機以及能夠與所述壓縮機串聯的增壓裝置，所述室內換熱器與室外換熱器之間的連接管長度大于預定長度L，且室內換熱器與室外換熱器之間的高度差大于預定高度H，所述控制方法包括：

首先控制空調系統的壓縮機單獨運行，并在所述壓縮機運行第一預定時間后，控制使得所述增壓裝置與所述壓縮機串聯，并啟動所述增壓裝置，使所述壓縮機和增壓裝置同時運行。

優選地，所述預定長度L為50至70m；和/或，

所述預定高度H為20至35m；和/或，

所述預定時間為5至10min。

根據本發明的第三方面，提供一種空調系統的控制方法，所述空調系統包括室內換熱器、室外換熱器、壓縮機以及能夠與所述壓縮機串聯的增壓裝置，所述控制方法包括：

當室外換熱器所處的環境溫度大于等于第一預定溫度時，控制空調系統的壓縮機單獨運行；和/或，

當室外換熱器所處的環境溫度大于第二預定溫度且小于第一預定溫度時，控制使得所述空調系統的壓縮機與增壓裝置交替運行；和/或，

當室外換熱器所處的環境溫度小于等于第二預定溫度時，空調系統的制冷劑泵單獨運行。

優選地，所述第一預定溫度為8至12℃；和/或，所述第二預定溫度為-2至2℃。

優選地，在所述室外換熱器上設置有加熱裝置，當所述室外換熱器所處的環境溫度小于第三預定溫度時，控制使得所述加熱裝置先運行第二預定時間后再啟動所述壓縮機。

優選地，所述第三預定溫度為-23至-27℃；和/或，所述第二預定時間為1至5min。

優選地，當所述增壓裝置以及所述壓縮機均停止工作后，將空調系統的制冷劑循環回路切斷。

優選地，在所述室外換熱器上設置有加熱裝置，當室外換熱器所處的環境溫度小于等于第四預定溫度時，控制使得所述加熱裝置先運行第三預定時間后啟動所述增壓裝置。

優選地，所述第四預定溫度為-28至-32℃；和/或，所述第三預定時間為1至5min。

本發明提供的空調系統在冷媒循環回路上設置用于驅動制冷劑循環的增壓裝置，增壓裝置能夠與壓縮機形成串聯結構，使用本發明中的空調系統能夠根據室外換熱器所處的不同室外環境，實現壓縮機和制冷劑泵分別單獨工作、共同工作以及交替工作的狀態，解決因為環境溫度過低以及室內外機距離較遠等原因造成的壓縮機工作效率和能效比低的問題，有效防止壓縮機長時間抽空運行或極低吸氣壓力狀態下運行等狀況的出現，提高了空調系統運行的可靠性和經濟性。

使用本發明提供的空調系統控制方法對空調系統進行控制，能夠提高空調系統運行過程中的能效比，利用制冷劑泵輔助制冷劑循環，減輕壓縮機的運行壓力，提高空調系統運行的穩定性。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出本發明中的空調系統的一個實施例的示意圖；

圖2示出本發明中的空調系統的另外一個實施例的示意圖。

圖中，1、壓縮機；2、第一電磁閥；3、第二電磁閥；4、第一截止閥；5、第二截止閥；6、第三電磁閥；7、室外風機；8、室外換熱器；9、室外機加熱裝置；10、感溫裝置；11、第一單向閥；12、制冷劑泵；13、第四電磁閥；14、第五電磁閥；15、第三截止閥；16、第四截止閥；17、第六電磁閥；18、第七電磁閥；19、電子膨脹閥；20、室內換熱器；21、室內機加熱裝置；22、加濕裝置；23、室內風機；24、第二單向閥。

具體實施方式

以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件并沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本發明公開了一種空調系統，包括冷媒循環回路，在冷媒循環回路上設置有室內換熱器、室外換熱器和壓縮機，冷媒循環回路上還設置有用于驅動制冷劑循環的增壓裝置，增壓裝置能夠與壓縮機形成串聯。增壓裝置可以是能夠對汽態進行加壓的汽態增壓裝置，也可以是能夠對液態進行加壓的液態增壓裝置。當空調系統在進行制冷工作時，由于從壓縮機出口出來的制冷劑為汽態，從室外換熱器出口出來的制冷劑為液態，因此當增壓裝置為汽態增壓裝置時，增壓裝置設置在壓縮機出口與室外換熱器之間；當增壓裝置為液態增壓裝置時，增壓裝置設置在室外換熱器的出口與室內換熱器的入口之間。當室外溫度較低時，利用增壓裝置，能夠輔助制冷劑加快運動，充分利用自然冷源，降低壓縮機的運行時間。通常情況下，選擇泵體作為常用的增壓裝置。

壓縮機的兩端并聯有第一支路，壓縮機與第一支路能夠切換接入空調系統中；和/或，增壓裝置的兩端并聯有第二支路，增壓裝置與第二支路能夠切換接入空調系統中。通過對壓縮機、增壓裝置、第一支路和第二支路的通斷情況進行控制，能夠實現壓縮機與增壓裝置分別單獨工作、交替工作等工作狀態。

第一支路上設置有第一開關裝置；和/或，第二支路上設置有第二開關裝置。通常選用電磁閥作為第一開關裝置和第二開關裝置，實現對第一支路和第二支路通斷情況進行控制。

壓縮機設置于室外換熱器的第一端與室內換熱器的第一端之間，增壓裝置設置于室外換熱器的第二端與室內換熱器的第二端之間。

空調系統的制冷劑循環回路上設置有第三開關裝置，第三開關裝置用于控制制冷劑循環回路中制冷劑的通斷。第三開關裝置包括管路電磁閥。制冷劑循環回路根據壓縮機的啟停情況，控制管路電磁閥的通斷，避免空調系統的制冷劑循環回路中的制冷劑出現不必要的遷移。

室外換熱器的進風口處設置有室外機加熱裝置和感溫裝置。感溫裝置用于檢測室外換熱器所處的室外環境中的溫度，室外機加熱裝置開啟，從而減小制冷劑的運動粘度，加快制冷劑的流速。

下面通過具體的實施例并結合附圖，對本發明中的技術方案進行說明。

實施例一

如圖1所示，是本實施例公開的空調系統，包括依次串聯的壓縮機1、室外換熱器8、制冷劑泵12、室內換熱器20。壓縮機1的入口處串聯第二單向閥24，再將壓縮機1和第二單向閥24與第一電磁閥2并聯，第一電磁閥2所在的支路構成第一支路，第一電磁閥2為第一開關裝置，通過控制第一電磁閥2的開關能夠將壓縮機1切換接入空調系統中，當第一電磁閥2打開時，冷媒將不經過壓縮機1而經過第一電磁閥2所在的第一支路，當第一電磁閥2關閉時，冷媒將經過壓縮機1，由壓縮機1對冷媒進行增溫加壓。制冷劑泵12的入口處串聯第一單向閥11，再將制冷劑泵12和第一單向閥11與第四電磁閥13并聯，第四電磁閥13所在的支路構成第二支路，第四電磁閥13為第二開關裝置，通過控制第四電磁閥13的開關能夠將制冷劑泵12切換接入空調系統中。

壓縮機1的出口與室外換熱器8的入口之間依次串聯有第二電磁閥3、第一截止閥4、第二截止閥5和第三電磁閥6。制冷劑泵12的出口與室內換熱器20的入口之間依次串聯有第五電磁閥14、第三截止閥15、第四截止閥16、第六電磁閥17和電子膨脹閥19，在電子膨脹閥19的兩端并聯有第七電磁閥18。

在上述結構中，第二電磁閥3、第三電磁閥6、第五電磁閥14和第六電磁閥17均是管道電磁閥，這些電磁閥構成本申請中的第三開關裝置，上述4個電磁閥均設置在制冷劑循環回路的接口位置處。上述4個電磁閥中，第二電磁閥3和第三電磁閥6為一組，設置在壓縮機1與室外換熱器8之間，兩個管路電磁閥3和6分別安裝在壓縮機1與室外換熱器8之間的液管和氣管上。第五電磁閥14和第六電磁閥17為一組，設置在制冷劑泵12與室內換熱器20之間，也分別設置在液管和氣管上。上述4個管路電磁閥均為常開型電磁閥，在空調系統正常工作時，4個管路電磁閥均正常開啟，當室外換熱器8所處的室外環境溫度較低時，且壓縮機1和制冷劑泵12無法正常工作時，4個管路電磁閥同時關閉，以避免制冷劑過多的從室內側遷移至室外側，避免壓縮機1在啟動時在極低的吸氣壓力下運行，提高壓縮機1和制冷劑循環系統的可靠性。另外，在一個大型數據中心同時設置有多套交替使用的制冷劑循環系統時，當其中的某一套或某幾套不工作時，不工作的制冷劑循環系統中的管路電磁閥也關閉，能夠防止不必要的制冷劑遷移。

本實施例所選用的制冷劑泵12是用于對液態物質進行增壓的設備，因此，制冷劑泵12設置在室外換熱器8的出口與室內換熱器20的入口之間。同時，對液態的制冷劑進行增壓的效果比對氣態制冷劑進行增壓的效果好，因此本實施例中選用制冷劑泵12作為增壓設備。并且，將制冷劑泵12設置在室外換熱器8與室內換熱器20之間，當制冷劑泵12工作時能夠在一定程度上抵消由于室內外機之間的高度差過大引起的制冷劑流動過程中的壓降。作為更進一步的實施方式，將制冷劑泵12設置在室外換熱器8的制冷劑的出管處，以保證制冷劑泵12在使用過程中發揮最大的作用。

在一個優選實施例中，空調系統的室外機中還設置有室外風機7、室外機加熱裝置9和感溫裝置10，其中，室外機加熱裝置9和感溫裝置10設置在室外換熱器8的進風口位置處。通過室外機加熱裝置9開啟進行加熱，能夠有效降低制冷劑的運動粘度，減小制冷劑移動過程中的阻力，提高制冷劑的運輸性能。優選地，室外機加熱裝置9采用電加熱器，電加熱器并不局限于一種產品，只要是采用電力作為加熱源的產品均可以考慮作為室外機加熱裝置9。

空調系統的室內機中還包括室內機加熱裝置21、加濕裝置22和室內風機23，以實現整個空調系統對大型數據中心內部進行降溫除濕的功效。

下面結合上述實施例一中的空調系統和圖1，對本實施例中的空調系統的控制方法進行詳細描述。

空調系統控制方法包括：

空調系統的感溫裝置檢測到室外換熱器所處的環境溫度x≥第一預定溫度時，空調系統的壓縮機單獨運行；和/或，

空調系統的感溫裝置檢測到室外換熱器所處的環境溫度第二預定溫度＜x＜第一預定溫度時，空調系統的壓縮機與制冷劑泵交替運行；和/或，空調系統的感溫裝置檢測到室外換熱器所處的環境溫度x≤第二預定溫度時，空調系統的制冷劑泵單獨運行。

上述控制方法尤其適用于空調系統的室內換熱器20與室外換熱器8之間的連接管長度小于預定長度L，且室內換熱器與室外換熱器之間的高度差小于預定高度H的情況。由于室內換熱器20與室外換熱器8之間的連接管長度不易具體測量，在具體實施過程中可以以第一截止閥4與第二截止閥5之間的長度或是第三截止閥15與第四截止閥16之間的長度作為參考。例如，當第一截止閥4與第二截止閥5之間的距離≤l₁或第三截止閥15與第四截止閥16之間的距離≤l₂時，且室內換熱器20與室外換熱器8之間的高度差≤H，空調系統根據不同的外界溫度環境選擇壓縮機1或者制冷劑泵12的運行方式。上述第一截止閥4與第二截止閥5之間的距離和第三截止閥15與第四截止閥16之間的距離均在整個空調系統安裝完成后測量獲得。l₁的取值范圍為50米至70米，l₂的取值范圍為50米至70米，H的取值范圍為20米至35米。第一預定溫度為8℃至12℃，進一步優選為10℃；第二預定溫度為-2℃至2℃，進一步優選為0℃。

上述l₁、l₂和H的值，根據空調系統安裝位置和區域不同，以及空調系統型號不同有所區別。第一預定溫度和第二預定溫度的值會由于空調系統所處的室外環境不同、壓縮機型號不同或是空調系統所應用的室內環境對溫度要求不同等因素，而有所區別。

當空調系統處于壓縮機單獨工作模式狀態進行降溫除濕時，第一電磁閥2、制冷劑泵12和第七電磁閥18關閉，空調系統中的制冷劑依次經過壓縮機1、第二電磁閥3、第一截止閥4、第二截止閥5、第三電磁閥6、室外換熱器8、第四電磁閥13、第五電磁閥14、第三截止閥15、第四截止閥16、第六電磁閥17、電磁膨脹閥19、室內換熱器20、第二單向閥24后回到壓縮機1形成一個完整的制冷劑循環。在上述制冷劑循環過程中，制冷劑循環需要的動力完全由壓縮機1提供。

當空調系統處于壓縮機1與制冷劑泵12交替運行工作模式進行降溫除濕時，壓縮機1與制冷劑泵12交替著提供制冷劑循環的動力來源。當交替到制冷劑泵12工作時，壓縮機1、第四電磁閥13和電子膨脹閥19關閉，制冷劑依次經過第一電磁閥2、第二電磁閥3、第一截止閥4、第二截止閥5、第三電磁閥6、室外換熱器8、第一單向閥11、制冷劑泵12、第五電磁閥14、第三截止閥15、第四截止閥16、第六電磁閥17、第七電磁閥18、室內換熱器20后再經過第一電磁閥2形成一個完整的制冷劑循環回路。在上述循環過程中，制冷劑泵12作為制冷劑循環過程中的單一動力來源。當交替至壓縮機1作為單一動力來源進行工作時，制冷劑循環回路與空調系統處于壓縮機單獨工作模式時相同，在此不再贅述。壓縮機1與制冷劑泵12交替運行工作模式下，是以大型數據中心及類似場所的制冷負荷作為是否交替的標準，當大型數據中心及類似場所中的溫度高于8至12℃時，進一步優選為高于10℃時，空調系統交替為壓縮機1提供制冷劑循環動力的狀態；當大型數據中心及類似場所中的溫度低于-2至2℃時，進一步優選為低于0℃時，空調系統交替為制冷劑泵12提供制冷劑循環動力的狀態。上述溫度的取值范圍，根據壓縮機或是制冷劑泵等因素不同而有所不同。

當空調系統處于制冷劑泵單獨工作模式進行降溫除濕時，制冷劑循環的路徑與空調系統處于壓縮機與制冷劑泵交替運行工作模式下制冷劑泵12運行過程相同，在此不再贅述。在制冷劑泵單獨工作模式下，空調系統對大型數據中心及類似場所進行降溫除濕的動力來源均由制冷劑泵12單獨承擔，以保證大型數據中心及類似場所內部設備的正常運行。

當所述增壓裝置以及所述壓縮機均停止工作后，將空調系統的制冷劑循環回路切斷。例如，當感溫裝置10檢測到室外換熱器8所處的環境溫度x＜-20℃時，制冷劑泵12單獨運行的情況下，當制冷劑泵12發生故障后，將空調系統的制冷劑循環回路切斷。在空調系統重新開始運行時，使空調系統的室外機加熱裝置9先運行b時間后再啟動壓縮機1，從而，能干有效防止制冷劑從室內換熱器20一側大量不必要的轉移至室外換熱器8一側，避免壓縮機1開機后長時間處于近似真空運行狀態。同時，經過室外機加熱裝置9的加熱過程，降低了制冷劑的粘度，提高了制冷劑運輸性能，提高了整個空調系統運行的經濟性和可靠性。其中，b的數值范圍為1至5min，第三預定溫度為-23至-27℃。

當制冷劑泵12發生故障，且壓縮機停止工作m小時后，空調系統的管路電磁閥關閉，即第二電磁閥3、第三電磁閥6、第四電磁閥13、第六電磁閥17均關閉，空調系統的制冷劑循環回路切斷，制冷劑循環回路中的制冷劑停止移動，避免制冷劑發生不必要的遷移，保護壓縮機1，提高空調系統的整體可靠性。其中，m的取值范圍為3小時至5小時，m的數值根據室內環境溫度要求而有所不同。

空調系統的感溫裝置10檢測到室外換熱器8所處的環境溫度x≤第四預定溫度時，此時室外環境溫度已經非常低了，為了避免造成過度的資源浪費，不再使用壓縮機1進行工作，此時空調系統處于制冷劑泵工作模式，制冷劑泵12為大型數據中心及類似場所進行降溫除濕提供動力。在上述狀態下，為了保證制冷劑泵12的工作效果，降低制冷劑流動阻力，促進制冷劑循環，降低制冷劑泵12運行過程中的功耗，空調系統的室外機加熱裝置21先運行n時間，制冷劑泵12再運行，其中，n的取值范圍為1至5min，第四預定溫度為-28至-32℃。

實施例二

如圖2所示，是本實施例公開的空調系統，包括依次串聯的壓縮機1、第二電磁閥3、第一截止閥4、第二截止閥5、第三電磁閥6、室外換熱器8、制冷劑泵12、第五電磁閥14、第三截止閥15、第四截止閥16、第六電磁閥17、電子膨脹閥19、室內換熱器20，室內換熱器20再連接至壓縮機1形成一個完整的回路。與裝置實施例一相同，本實施例中空調系統的室外機中還包括室外風機7、室外機加熱裝置9和感溫裝置10，其中，室外機加熱裝置9和感溫裝置10設置在室外換熱器8的進風口位置處。空調系統的室內機中還包括室內機加熱裝置21、加濕裝置22和室內風機23，以實現整個空調系統對大型數據中心等建筑內部進行降溫除濕的功效。

本實施例與裝置實施例一之間的區別在于，本實施例中的壓縮機1的入口位置和制冷劑泵12的入口位置不再串聯單向閥；壓縮機1和制冷劑泵12的兩端也不再并聯電磁閥；電子膨脹閥19的兩端不再并聯電磁閥。上述結構的設置，使得本實施例中的空調系統在運行過程中壓縮機1和制冷劑泵12能夠共同工作，共同為制冷劑循環提供動力，且結構簡單。

本實施例中的空調系統尤其適用于室內換熱器20與室外換熱器8之間的連接管長度＞L，其中L為50至70m，且室內換熱器與室外換熱器之間的高度差＞H，其中H為20至35m的情況，空調系統開始運行后，在空調系統的壓縮機1工作預定時間后，空調系統的制冷劑泵12啟動，壓縮機和制冷劑泵同時運行。其中，預定時間為5至10min，L和H的取值范圍以及測量方法與實施例一中相同。當壓縮機1和制冷劑泵12同時工作時，空調系統中的制冷劑依次經過壓縮機1、第二電磁閥3、第一截止閥4、第二截止閥5、第三電磁閥6、室外換熱器8、制冷劑泵12、第五電磁閥14、第三截止閥15、第四截止閥16、第六電磁閥17、電子膨脹閥19、室內換熱器20再回到壓縮機1中，形成一個完整的循環回路。

壓縮機1和制冷劑泵12共同運行過程中，制冷劑泵12對制冷劑運行過程中進行增壓，能夠有效抵消掉由于制冷劑連接管路過長和室內外機之間高度差較大而造成的制冷劑流動過程中壓降過大的問題，從而提高空調系統工作的穩定性，增強空調系統對室內外機安裝過程中制冷劑連接管長、落差高的適應性。

同樣，與方法實施例一相同，當制冷劑泵12和壓縮機停止工作m小時后，空調系統的管路電磁閥關閉，即第二電磁閥3、第三電磁閥6、第四電磁閥13、第六電磁閥17關閉，空調系統的制冷劑循環回路中的制冷劑停止移動，避免制冷劑發生不必要的遷移，保護壓縮機1，提高空調系統的整體可靠性。

本領域的技術人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各優選方案可以自由地組合、疊加。

應當理解，上述的實施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本發明的基本原理的情況下，本領域的技術人員可以針對上述細節做出的各種明顯的或等同的修改或替換，都將包含于本發明的權利要求范圍內。