一种直接膨胀式机房节能空调系统及其控制方法

摘要

本发明提供一种直接膨胀式机房节能空调系统，包括设置于机房内的压缩机、第一节流阀、储液罐、第二节流阀、蒸发器、储气罐、传感器、控制器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、感温探头和液位感应装置以及设置于机房外的冷凝器，所述蒸发器安置于对应的服务器机柜内；压缩机、冷凝器、第一节流阀、第一阀门、储液罐、第二阀门、第二节流阀、蒸发器、储气罐以及第三阀门首尾依次连接，感温探头设于服务器机柜内，液位感应装置设于储液罐内，且感温探头与液位感应装置均连接至传感器；控制器分别与压缩机、第一阀门、第二阀门、第三阀门和传感器连接。本发明还提供一种直接膨胀式机房节能空调的控制方法，解决机房的排热问题，降低能耗，减少成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机房节能空调领域，特别涉及一种直接膨胀式机房节能 空调系统及其控制方法。

背景技术

随着网络技术的迅猛发展，数据机房与通信基站的数量和能耗与日俱 增。目前现有的机房空调普遍为直接膨胀式机房空调，直接膨胀式机房空调 是指从房间吸取热量通过冷凝器传递到室外空气中的空调，是采用舒适性空 调连续运行来调控室内的温度，常规的做法是在风机作用下，通过地板下空 间，从服务器机柜底部吹冷风，带走服务器机柜体内的热量。这种温控方式 虽然能够满足机房温控的要求，但造成一些问题：

1)机房空调采用蒸汽压缩制冷方式连续运行来调控室内的温度，其耗 能较大，造成运行成本较高；

2)机房空调多全空气系统，风机的送风管道经地板连接至服务器机柜 底部，送风向上冲刷服务器机柜，带走热量后形成的回风再被制冷机组的风 机无组织的引入机组，形成循环；在这种方式下，制冷机组与服务器机柜无 法有效分割，造成噪声很大；同时这种下送风的方式对建筑的层高提出更高 的要求；

3)常规的机房空调所承担的负荷中，不仅包括服务器机柜等设备负荷， 还承担着机房建筑围护结构的负荷；为减少机房建筑围护结构的负荷，对建 筑围护结构的保温以及封闭性提出了更高的要求。

目前已有的机房空调节能技术主要利用在过渡季或冬季室外气温较凉 时，利用室外新风的冷量来消除机房的热量。中国专利CN200820123459.0、 CN200910088535.8、CN201010221372.9均采用热管技术，利用室外新风的 冷量来消除机房的热量。这些措施虽然解决了空调设备的正常工作问题，但 在一些全封闭机房的应用场合中受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种直接膨胀式机房节能空调 系统，利用直接膨胀式热泵系统的原理，将蒸发器直接安置于对应的服务器 机柜内，传感器根据服务器机柜内温度的变化以及液位感应装置感应储液罐 内的液位变化，与控制器相配合，选择“压缩机制冷循环模式”、“非压缩机 制冷循环模式”以及“半压缩机制冷循环模式”，能够有效地降低空调负荷， 解决机房的排热问题，并且大大减少压缩机运行时间，降低能耗。

本发明要解决的技术的问题之一，是这样实现的：

一种直接膨胀式机房节能空调系统，所述机房节能空调系统包括设置于 机房内的压缩机、第一节流阀、储液罐、第二节流阀、蒸发器、储气罐、传 感器、控制器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、感温探头和液位感应装置 以及设置于机房外的冷凝器，所述蒸发器安置于对应的服务器机柜内；

所述压缩机的进气管与所述第三阀门的一端连接，所述压缩机的排气管 与所述冷凝器的进口连接；所述第一节流阀的一端与所述冷凝器的出口连 接，所述第一节流阀的另一端与所述第一阀门的一端连接；所述储液罐的进 口与所述第一阀门的另一端连接，所述储液罐的出口与所述第二阀门的一端 连接；所述第二节流阀的一端与第二阀门的另一端连接，所述第二节流阀的 另一端与所述蒸发器的进口连接；所述蒸发器的出口与所述储气罐的进口连 接；所述储气罐的出口与所述第三阀门的另一端连接；所述感温探头设于所 述服务器机柜内，所述液位感应装置设于所述储液罐内，且所述感温探头与 所述液位感应装置均连接至所述传感器；所述控制器分别与所述压缩机、所 述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述传感器连接。

进一步地，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门均为电磁阀。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种直接膨胀式机房节能空调 的控制方法，利用直接膨胀式热泵系统的原理，将蒸发器直接安置于对应的 服务器机柜内，传感器根据服务器机柜内温度的变化以及液位感应装置感应 储液罐内的液位变化，与控制器相配合，选择“压缩机制冷循环模式”、“非 压缩机制冷循环模式”以及“半压缩机制冷循环模式”，能够有效地解决机 房的排热问题，并且大大减少压缩机运行时间，降低能耗。

本发明的问题之二，是这样实现的：

一种直接膨胀式机房节能空调的控制方法，所述方法需要提供上述的一 种直接膨胀式机房节能空调系统，所述方法具体包括如下步骤：

步骤10、设定所述服务器机柜内的温度T_in边界值T_o；设定所述储液罐 内的液位V_in的边界值V_l1和阈值V_l2；设定所述机房节能空调系统的三种制 冷循环模式，即压缩机制冷循环模式、非压缩机制冷循环模式与半压缩机制 冷循环模式；

步骤20、所述传感器连续检测所述服务器机柜内的温度T_in以及所述储 液罐内的液位V_in，当T_in＞T_o时，进入所述压缩机制冷循环模式，所述传 感器给所述控制器一信号指令，所述控制器开启所述压缩机、所述第一阀门、 所述第二阀门和所述第三阀门，所述压缩机吸取所述储气罐内的低温低压的 制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽后，经机房外的所述冷凝器散热 冷凝为高温高压制冷剂液体后，经所述第一节流阀节流为低温低压的制冷剂 液体后，进入所述储液罐，再经所述第二节流阀节流后，低温低压的制冷剂 液体进入所述蒸发器吸热汽化成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐， 再被所述压缩机吸入，反复循环；此时，所述服务器机柜内的温度T_in不断 下降，随着所述服务器机柜内的温度下降，所述储液罐内的制冷剂液体中用 于所述服务器机柜蒸发的量就越少，而储存在所述储液器内的量就越多，使 得所述储液罐内的液位V_in不断上升，直至所述传感器检测到所述服务器机 柜内的温度T_in≤T_o且所述储液罐内的液位V_in满足范围V_l1＜V_in＜V_l2时， 进入步骤30；

步骤30、进入所述非压缩机制冷循环模式，所述传感器给所述控制器 一信号指令，所述控制器关闭所述压缩机、所述第一阀门和所述第三阀门， 开启所述第二阀门，所述储液罐内的低温低压的制冷剂液体经所述第二节流 阀节流后，进入所述蒸发器吸热汽化成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储 气罐，反复循环；此时，所述服务器机柜内的温度T_in不断上升，随着所述 服务器机柜内的温度上升，所述储液罐内的制冷剂液体中用于所述服务器机 柜蒸发的量就越多，而储存在所述储液器内的量就越少，使得所述储液罐内 的液位V_in不断下降，当所述传感器检测到所述服务器机柜内的温度T_in≤ T_o且所述储液罐内的液位V_in满足范围0＜V_in≤V_l1时，进入步骤40；否则， 进入步骤20；

步骤40、进入所述半压缩机制冷循环模式，所述传感器给所述控制器 一信号指令，所述控制器开启所述压缩机、所述第一阀门、所述第三阀门， 调小所述第二阀门开度，所述压缩机吸取所述储气罐内的低温低压的制冷剂 蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽后，经机房外的所述冷凝器散热冷凝为 高温高压制冷剂液体后，经所述第一节流阀节流为低温低压的制冷剂液体 后，进入所述储液罐，其中一部分低温低压的制冷剂液体留在所述储液罐， 另一部分低温低压的制冷剂液体再经所述第二节流阀节流后，这部分低温低 压的制冷剂液体进入所述蒸发器吸热汽化成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所 述储气罐，所述储气罐内的制冷剂蒸汽再被所述压缩机吸入，反复循环；此 时，所述服务器机柜内的温度T_in不断下降，随着所述服务器机柜内的温度 下降，所述储液罐内的制冷剂液体中用于所述服务器机柜蒸发的量就越少， 而储存在所述储液器内的量就越多，使得所述储液罐内的液位V_in不断上升， 当所述传感器检测到所述服务器机柜内的温度T_in≤T_o且所述储液罐内液位 V_in满足范围V_in＝V_l2时，进入步骤30；否则，进入步骤20。

进一步地，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门的控制方式为 电动或液压传动。

本发明具有如下优点：

1、本发明的一种直接膨胀式机房节能空调系统及其控制方法可靠，减 少了压缩机运行时间，能够保障机房空调正常高效工作；

2、操作简单，根据储液罐内液位改变，以及运行工况的设定，通过调 节阀门的开关实现切换相应的管路系统；

3、安装施工简单，安装调试后运行成本低；

4、本发明的控制方式可以手动控制，又可以自动控制，适用性强；

5、本发明是将蒸发器直接安置于对应的服务器机柜内，其负荷仅仅包 括服务器机柜的负荷，降低了对于机房建筑围护结构的严格要求；

6、本发明针对性强，空调服务对象针对于服务器机柜。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种直接膨胀式机房节能空调系统的结构示意图。

图2为本发明一种直接膨胀式机房节能空调的控制方法的执行流程图。

图中：1-压缩机、2-冷凝器、3-第一节流阀、4-储液罐、5-第二节流阀、 6-蒸发器、7-储气罐、8-传感器、9-控制器、10-第一阀门、11-第二阀门、12- 第三阀门、13-感温探头、14-液位感应装置、15-服务器机柜。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明的一种直接膨胀式机房节能空调系统， 所述机房节能空调系统包括设置于机房内的压缩机1、第一节流阀3、储液 罐4、第二节流阀5、蒸发器6、储气罐7、传感器8、控制器9、第一阀门 10、第二阀门11、第三阀门12、感温探头13和液位感应装置14以及设置 于机房外的冷凝器2，所述蒸发器6安置于对应的服务器机柜15内；

所述压缩机1的进气管与所述第三阀门12的一端连接，所述压缩机1 的排气管与所述冷凝器2的进口连接；所述第一节流阀3的一端与所述冷凝 器2的出口连接，所述第一节流阀3的另一端与所述第一阀门10的一端连 接；所述储液罐4的进口与所述第一阀门10的另一端连接，所述储液罐4 的出口与所述第二阀门11的一端连接；所述第二节流阀5的一端与第二阀 门10的另一端连接，所述第二节流阀5的另一端与所述蒸发器6的进口连 接；所述蒸发器6的出口与所述储气罐7的进口连接；所述储气罐7的出口 与所述第三阀门12的另一端连接；所述感温探头13设于所述服务器机柜 15内，所述液位感应装置14设于所述储液罐4内，且所述感温探头13与 所述液位感应装置14均连接至所述传感器8；所述控制器9分别与所述第 一阀门10、所述第二阀门11、所述第三阀门12和所述传感器8连接。

进一步地，所述第一阀门10、所述第二阀门11和所述第三阀门12均 为电磁阀。

本发明的一种直接膨胀式机房节能空调的控制方法，所述方法需要提供 上述的一种直接膨胀式机房节能空调系统，所述方法具体包括如下步骤：

步骤10、设定所述服务器机柜15内的温度边界值T_o；设定所述储液罐 4内的液位V_in的边界值V_l1和阈值V_l2；设定所述机房节能空调系统的三种 制冷循环模式，即压缩机制冷循环模式、非压缩机制冷循环模式与半压缩机 制冷循环模式；

步骤20、所述传感器8连续检测所述服务器机柜15内的温度T_in以及 所述储液罐4内的液位V_in，当T_in＞T_o时，进入所述压缩机制冷循环模式， 所述传感器8给所述控制器9一信号指令，所述控制器9开启所述压缩机1、 所述第一阀门10、所述第二阀门11和所述第三阀门12，所述压缩机1吸取 所述储气罐7内的低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽 后，经机房外的所述冷凝器2散热冷凝为高温高压制冷剂液体后，经所述第 一节流阀3节流为低温低压的制冷剂液体后，进入所述储液罐4，再经所述 第二节流阀5节流后，低温低压的制冷剂液体进入所述蒸发器6吸热汽化成 低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，再被所述压缩机1吸入，反复 循环；此时，所述服务器机柜15内的温度T_in不断下降，随着所述服务器机 柜15内的温度下降，所述储液罐4内的制冷剂液体中用于所述服务器机柜 15蒸发的量就越少，而储存在所述储液器4内的量就越多，使得所述储液 罐4内的液位V_in不断上升，直至所述传感器8检测到所述服务器机柜15 内的温度T_in≤T_o且所述储液罐4内的液位V_in满足范围V_l1＜V_in＜V_l2时， 进入步骤30；

步骤30、进入所述非压缩机制冷循环模式，所述传感器8给所述控制 器9一信号指令，所述控制器9关闭所述压缩机1、所述第一阀门10和所 述第三阀门12，开启所述第二阀门11，所述储液罐4内的低温低压的制冷 剂液体经所述第二节流阀5节流后，进入所述蒸发器6吸热汽化成低温低压 的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，反复循环；此时，所述服务器机柜15 内的温度T_in不断上升，随着所述服务器机柜15内的温度上升，所述储液罐 4内的制冷剂液体中用于所述服务器机柜15蒸发的量就越多，而储存在所 述储液器4内的量就越少，使得所述储液罐4内的液位V_in不断下降，当所 述传感器8检测到所述服务器机柜15内的温度T_in≤T_o且所述储液罐4内的 液位V_in满足范围0＜V_in≤V_l1时，进入步骤40；否则，进入步骤20；

步骤40、进入所述半压缩机制冷循环模式，所述传感器8给所述控制 器9一信号指令，所述控制器9开启所述压缩机1、所述第一阀门10、所述 第三阀门12，调小所述第二阀门11开度，所述压缩机1吸取所述储气罐7 内的低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽后，经机房外的 所述冷凝器2散热冷凝为高温高压制冷剂液体后，经所述第一节流阀3节流 为低温低压的制冷剂液体后，进入所述储液罐4，其中一部分低温低压的制 冷剂液体留在所述储液罐4，另一部分低温低压的制冷剂液体再经所述第二 节流阀5节流后，这部分低温低压的制冷剂液体进入所述蒸发器6吸热汽化 成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，所述储气罐7内的制冷剂蒸 汽再被所述压缩机1吸入，反复循环；此时，所述服务器机柜15内的温度 T_in不断下降，随着所述服务器机柜15内的温度下降，所述储液罐4内的制 冷剂液体中用于所述服务器机柜15蒸发的量就越少，而储存在所述储液器 4内的量就越多，使得所述储液罐4内的液位V_in不断上升，当所述传感器 8检测到所述服务器机柜15内的温度T_in≤T_o且所述储液罐4内液位V_in满 足范围V_in＝V_l2时，进入步骤30；否则，进入步骤20。

进一步地，所述第一阀门10、所述第二阀门11和所述第三阀门12的 控制方式为电动或液压传动。

以下结合实施例对本发明的一种直接膨胀式机房节能空调的控制方法 作进一步详细说明。

以制冷量2000kW的机房节能空调为具体实例，制冷剂采用R134a。

所述方法需要提供上述的一种直接膨胀式机房节能空调系统，所述方法 具体包括如下步骤：

步骤S1、设定所述服务器机柜15内的温度边界值T_o为26℃；设定所 述储液罐4内的液位V_in的边界值V_l1为0.2L和阈值V_l2为0.9L(所述储液 罐4的最大容积为0.9L)；设定所述机房节能空调系统的三种制冷循环模 式，即压缩机制冷循环模式、非压缩机制冷循环模式与半压缩机制冷循环模 式；

步骤S2、所述传感器8连续检测所述服务器机柜15内的温度T_in以及 所述储液罐4内的液位V_in，当T_in＞26℃时，进入所述压缩机制冷循环模 式，所述传感器8给所述控制器9一信号指令，所述控制器9开启所述压缩 机1、所述第一阀门10、所述第二阀门11和所述第三阀门12，所述压缩机 1吸取所述储气罐7内的低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂 蒸汽后，经机房外的所述冷凝器2散热冷凝为高温高压制冷剂液体后，经所 述第一节流阀3节流为低温低压的制冷剂液体后，进入所述储液罐4，再经 所述第二节流阀5节流后，低温低压的制冷剂液体进入所述蒸发器6吸热汽 化成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，再被所述压缩机1吸入， 反复循环；此时，所述服务器机柜15内的温度T_in不断下降，随着所述服务 器机柜15内的温度下降，所述储液罐4内的制冷剂液体中用于所述服务器 机柜15蒸发的量就越少，而储存在所述储液器4内的量就越多，使得所述 储液罐4内的液位V_in不断上升，直至所述传感器8检测到所述服务器机柜 15内的温度T_in≤26℃且所述储液罐4内的液位V_in满足范围0.2L＜V_in＜ 0.9L时，进入步骤S3；

步骤S3、进入所述非压缩机制冷循环模式，所述传感器8给所述控制 器9一信号指令，所述控制器9关闭所述压缩机1、所述第一阀门10和所 述第三阀门12，开启所述第二阀门11，所述储液罐4内的低温低压的制冷 剂液体经所述第二节流阀5节流后，进入所述蒸发器6吸热汽化成低温低压 的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，反复循环；此时，所述服务器机柜15 内的温度T_in不断上升，随着所述服务器机柜15内的温度上升，所述储液罐 4内的制冷剂液体中用于所述服务器机柜15蒸发的量就越多，而储存在所 述储液器4内的量就越少，使得所述储液罐4内的液位V_in不断下降，当所 述传感器8检测到所述服务器机柜15内的温度T_in≤26℃且所述储液罐4内 的液位V_in满足范围0＜V_in≤0.2L时，进入步骤S4；否则进入步骤S2；

步骤S4、进入所述半压缩机制冷循环模式，所述传感器8给所述控制 器9一信号指令，所述控制器9开启所述压缩机1、所述第一阀门10、所述 第三阀门12，调小所述第二阀门11开度(调小的程度与所述服务器机柜15 内的温度有关，温度越低，调节的越小，所述第二阀门11关闭的越紧，所 述储液罐4内制冷剂液体留下的量越多，进入所述蒸发器6的量越少；温度 越高，调节的越大，所述第二阀门11关闭的越小，所述储液罐4内制冷剂 液体留下的量越少，进入所述蒸发器6的量越多)，所述压缩机1吸取所述 储气罐7内的低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽后，经 机房外的所述冷凝器2散热冷凝为高温高压制冷剂液体后，经所述第一节流 阀3节流为低温低压的制冷剂液体后，进入所述储液罐4，其中一部分低温 低压的制冷剂液体留在所述储液罐4，另一部分低温低压的制冷剂液体再经 所述第二节流阀5节流后，这部分低温低压的制冷剂液体进入所述蒸发器6 吸热汽化成低温低压的制冷剂蒸汽，进入所述储气罐7，所述储气罐7内的 制冷剂蒸汽再被所述压缩机1吸入，反复循环；此时，所述服务器机柜15 内的温度T_in不断下降，随着所述服务器机柜15内的温度下降，所述储液罐 4内的制冷剂液体中用于所述服务器机柜15蒸发的量就越少，而储存在所 述储液器4内的量就越多，使得所述储液罐4内的液位V_in不断上升，当所 述传感器8检测到所述服务器机柜15内的温度T_in≤T_o且所述储液罐4内液 位V_in满足范围V_in＝V_l2时，进入步骤S3；否则，进入步骤S2。

进一步地，所述第一阀门10、所述第二阀门11和所述第三阀门12的 控制方式为电动或液压传动。

所述压缩机制冷循环模式、所述非压缩机制冷循环模式与所述半压缩机 制冷循环模式是直接膨胀式供液制冷的，高压液体直接向所述蒸发器6供液 制冷，吸热汽化后直接由所述压缩机1吸入，从而降低所述服务器机柜15 内的温度，将所述服务器机柜15内的冷空气传到机房内，从而机房内产生 制冷效果。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人 员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发 明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的 修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。