一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调

摘要

本发明公开了一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调，其中方法包括，根据机柜内回风的湿湿度选择开启机柜内制冷或除湿的功能；当机柜热负载小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度大于湿度阀值有除湿需求时，对压缩机进行降频调节并控制电磁阀关闭部分蒸发器盘管，当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节；当除湿过程中柜内温度达到除湿低温阀值时，开启可控的PTC加热器为机柜加热用以稳定机柜内温度。本发明通过压缩机变容量调节技术与部分盘管除湿技术的结合，结构设计简单可靠，动作部件少，机柜内温度控制稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及数据中心用空调领域，尤其涉及的是一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调。

背景技术

在数据中心领域中，环境温度、相对湿度与数据中心的服务器正常运作息息相关。IT类设备由众多芯片、元器件组成，温度因素已成为影响电子元器件失效的一个最重要的因素，对于某些电路而言，可靠性几乎完全取决于热环境；而当空气的相对湿度大于65%时，物体的表面附着一层厚度为0.001~0.01微米的水膜，相对湿度湿度为100%时，水膜的厚度为10微米。这样的水膜容易造成“导电小路”或者飞弧，严重降低电路的可靠性。

因此，对于数据中心的IT设备及服务器来说，精密空调是否具备温度与湿度的精密控制功能对于数据中心产品的正常使用具有重大意义。所以在传统的数据中心机房，为了避免湿度过高，通常会采用降风量除湿；在实验室空调或者酒窖空调等特殊应用领域，对湿度精度要求特别高的，会启用部分盘管除湿的方案。而对于机架式数据中心与模块化数据中心的应用场合，目前主要有降风量及加热补偿等方法进行除湿，但均存在一定的缺点：

降风量除湿：在机柜IT服务器负载较小时，开启除湿时，压缩机依旧在制冷，风量减少后，出风温度更低，会导致冷通道温度降的很快，压缩机频繁开停，除湿效果不佳，且会导致凝露问题出现。

除湿加热补偿：开启加热，增加压缩机开启时间，延长除湿时间，但存在的缺点是造成能源浪费，通过消耗电加热的能量，抵消部分冷量，来达到提升出风温度，延长压缩机开启时间，即除湿时间延长。

轻载除湿制冷：采用双蒸发器，消耗部分压缩机耗功，抵消部分制冷能力，但存在的缺点是设计安装复杂，占用U位空间大，导致客户机柜可用U位少；控制器件多，控制系统复杂，故障风险高，后期维护成本高等缺点。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调，通过缩机变容量调节技术与部分盘管除湿技术相结合，温湿度控制稳定，结构设计简单可靠。

本发明的技术方案如下：

一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法，包括以下步骤：

A、根据机柜内回风的湿湿度选择开启机柜内制冷或除湿的功能；;

B、当机柜热负载小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度大于湿度阀值有除湿需求时，对压缩机进行降频调节并控制电磁阀关闭部分蒸发器盘管，当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节；

C、当除湿过程中柜内温度达到除湿低温阀值时，开启可控的PTC加热器为机柜加热用以稳定机柜内温度。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法中，所述步骤A之前还包括步骤S：

设置与机柜内回风湿度参数对比的湿度阀值，及设置用于判断是否开启PTC加热器的除湿低温阀值。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法中，所述步骤B具体包括：

当机柜热负载小于缩机最低频率输出冷量，且机柜内回风的湿度高于湿度阀值时，调节压缩机降频至最小冷量输出并开启电磁阀关闭部分蒸发器盘管，使流经关闭的蒸发器盘管的回风气流与流经蒸发器盘管的低温气流混合用于控制机柜的内温度与湿度；

当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法中，所述步骤C具体还包括：

当机柜热负载小于压缩机最低频率输出冷量，除湿过程中机柜内的温度达到除湿低温阀值阀值时，开启可控硅PTC加热器、控制PTC加热器无极调节输出热量维持机柜内的温度。

一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统，包括:

对比判断模块,用于根据机柜内回风的湿湿度选择开启机柜内制冷或除湿的功能；;

调节模块,用于当机柜热负载小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度大于湿度阀值有除湿需求时，对压缩机进行降频调节并控制电磁阀关闭部分蒸发器盘管，当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节；

加热模块,用于当除湿过程中柜内温度达到除湿低温阀值时，开启可控的PTC加热器为机柜加热用以稳定机柜内温度。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，还包括预设置模块，其用于设置与机柜内回风湿度参数对比的湿度阀值，及设置用于判断是否开启PTC加热器的除湿低温阀值。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，所述调节模块包括：

第一调节单元，用于当机柜热负载小于缩机最低频率输出冷量，且机柜内回风的湿度高于湿度阀值时，调节压缩机降频至最小冷量输出并开启电磁阀关闭部分蒸发器盘管，使流经关闭的蒸发器盘管的回风气流与流经蒸发器盘管的低温气流混合用于控制机柜的内温度与湿度；

第二调节模块，用于当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节。

上述低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，所述加热模块，还用于当机柜热负载小于压缩机最低频率输出冷量，除湿过程中机柜内的温度达到除湿低温阀值时，开启可控硅PTC加热器、控制PCT加热器无极调节输出热量维持机柜内的温度。

本发明还提供一种低负荷制冷除湿空调，包括上述任一项的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统。

本发明所提供的一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调，通过压缩机变容量调节技术与部分盘管除湿技术的结合，结构设计简单可靠，动作部件少，除湿效率高；在机柜数据中心负载低，环境相对湿度高的情况下，进行智能除湿，结合压缩机变频功能，控制温度及湿度稳定在设定值范围，机柜内温度控制稳定保证机柜式数据中心及模块化数据中心产品常年可靠运行。

附图说明

图1是本发明中低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法的流程图；

图2是本发明中低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统的模块框图；

图3是本发明中低负荷制冷除湿空调的流路示意图；

图4是本发明中低负荷制冷除湿空调的内部示意图。

具体实施方式

本发明提供一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，并结合图3和图4所示，本发明的空调为机架式精密空调由压缩机1、冷凝器2、节流元件3、电磁阀4、蒸发器5、制冷管路6、室内风机7、PTC加热器8等部件组成。

本发明提供的低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法，其步骤包括：

S100、根据机柜内回风的湿湿度选择开启机柜内制冷或除湿的功能；。

机架式精密空调的控制器在正常运行时，会持续通过回风温湿度探头检测机柜内回风的温度与相对湿度；同时对比机柜数据中心热负载与压缩机1低频率输出的冷量。此时机架式精密空调的控制器会根据机柜内回风的温湿度判断温度优先或湿度优先，从而判断系统开启制冷或除湿功能。例如，机柜负载大于压缩机1低频率冷量输出，无除湿需求；机柜负载与压缩机1低频率冷量匹配，无除湿需求：机柜负载小于压缩机1最低频率冷量匹配，无除湿需求：机柜负载大于压缩机1最低频率冷量输出，有除湿需求：机柜负载小于压缩机1最低频率冷量输出，有除湿需求等。

S200、当机柜热负载小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度大于湿度阀值有除湿需求时，对压缩机进行降频调节并控制电磁阀关闭部分蒸发器盘管，当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节。

即精密空调控制器在正常运行时，将实时采集空调内回风的温度及相对湿度，当检测到机柜内无制冷需求，而回风湿度高于湿度阀值时，有除湿需求，此时控制器输出除湿指令，开启除湿功能。在低负载的情况下，通过关闭部分盘管，降低显冷量输出，加大除湿量，使相对湿度能控制在设定范围内，确保机柜式数据中心与模块化数据中心服务器设备运行稳定及可靠。当无除湿需求时，通过对压缩机1升频或降频调节输出合适冷量适应机柜内的负载需求。

S300、当除湿过程中柜内温度达到除湿低温阀值时，开启可控的PTC加热器为机柜加热用以稳定机柜内温度。即当机柜热负载小于压缩机最低频率输出冷量，除湿过程中机柜内的温度达到除湿低温阀值时，开启可控硅PTC加热器、控制PTC加热器无极调节输出热量维持机柜内的温度。

具体的，当机柜负载小于压缩机1最低频率冷量输出，压缩机1通过降至最低频率时，制冷量输出仍大于机柜负载，此时若开启除湿功能，机柜内部温度仍会逐步下降，此时，机柜空调会启动备用的可控硅调节的PTC电加热，通过PTC加热器8无极输出加热量，此时加热量只需输出很小即可满足机柜内部的温度稳定；在后续客户为机柜加载后，控制器会智能判断可控硅PTC电加热是否继续工作，不浪费客户能源，适用于各种极端恶劣低负荷应用情形。

进一步地，所述步骤S100之前还包括：设置与机柜内回风湿度参数对比的湿度阀值，及设置用于判断是否开启PTC加热器的除湿低温阀值。

具体的，当机柜热负载不小于压缩机1低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机1进行升频或降频调节。

当机柜负载大于压缩机1低频率冷量输出且无除湿需求时，机架式精密空调的控制器在正常运行时，会持续通过回风温湿度探头检测机柜内回风温度与相对湿度，在检测到机柜负载较大时，压缩机1会进行升频调节，此时除湿电磁阀4不动作，蒸发器5的全盘管使用，压缩机1升频输出匹配热负载的冷量，适应柜内负载需求。

当机柜负载与压缩机1低频率冷量匹配且无除湿需求时，机架式精密空调控制器在正常运行时，持续通过回风温湿度探头检测机柜内回风温度与相对湿度，在检测到机柜负载较低时，压缩机1会进行降频调节，输出合适冷量，适应柜内负载需求。

当机柜负载小于压缩机1最低频率冷量匹配且无除湿需求时，机架式精密空调控制器在正常运行时，持续通过回风温湿度探头检测机柜内回风温度与相对湿度，在检测到机柜负载很低时，压缩机1会进行降频调节，输出最小冷量，同时电磁阀4动作关闭蒸发器5的部分盘管，减小蒸发器5显冷量输出，通过混风效果，适应柜内负载需求，此时柜内温度稳定在设定范围捏。

可知，在机柜服务器低负荷时，压缩机1通过变频调节，采用低频率运转，降低压缩机1制冷量，达到节省能源的目的；在客户为机柜加载时，压缩机1能自动调节频率，以适应机柜负载冷量需求。

当机柜热负载小于压缩机1最低频率输出冷量，且机柜内回风的湿度高于湿度阀值时，调节压缩机1降频至最小冷量输出并开启电磁阀4关闭部分蒸发器5盘管，使回风气流与流经蒸发器5盘管的低温气流混合用于控制机柜的内温度与湿度。

即当机柜负载大于压缩机1最低频率冷量输出检测到机柜内回风湿度高于湿度阀值时，即具有除湿需求，此时控制器输出除湿指令，压缩机1进行降频调节至最小制冷量输出，此时电磁阀4动作，关闭部分蒸发器5盘管，加大除湿效果，而关闭的部分盘管无低温低压制冷剂流通，通过是内风机7，将回风气流与流经除湿盘管的低温气流混合，使空调出风温度不会太低，确保压缩机1能长时间进行制冷除湿，控制机柜内部温湿度。

当机柜负载小于压缩机1最低频率冷量输出时，机柜内部温度会逐渐下降，当检测到机柜内回风湿度高于湿度阀值时，即具有除湿需求，此时控制器输出除湿指令，压缩机1进行降频调节至最小制冷量输出，此时电磁阀4动作，关闭部分蒸发器5盘管，加大除湿效果，而关闭的部分盘管无低温低压制冷剂流通，通过的回风气流与流经除湿盘管的低温气流混合，使空调出风温度不会下降太快，空调控制板检测到柜内温度下降至低温限定点时，开启备用的可控硅PTC电加热，PTC加热器8与冷量匹配，无极调节输出热量，确保机柜内温度不会继续下降，压缩机1能长时间进行除湿，稳定柜内温湿度。

本发明专利的带低负荷制冷除湿的机架式精密空调，压缩机1采用变容量调节，蒸发器5采用部分盘管除湿设计，加上可控硅PTC电加热的备用功能，可适用于机架式数据中心及模块化数据中心的各种情形应用，且安装方便，维护量少，压缩机1可靠性高，节省能源。

带低负荷制冷除湿功能的机架式精密空调，制冷模块核心部件是变频压缩机1，除湿模块的核心部件是蒸发盘管。在机柜低负荷的应用场合，有除湿需求时，压缩机1降频调节，精密空调控制板智能控制电磁阀4动作，关闭部分蒸发器5流路，从而降低蒸发温度，达到更好的除湿效果。另一方面，关闭的部分盘管由于没有通入低温低压的液态制冷剂，气流流经该部分盘管时，基本不换热，该部分温度基本不变的气流与经过除湿换热的低温气流混合后，可确保出风温度不会太低，从未避免机柜凝露的风险。

当机柜负载很低时，压缩机1进行降频调节，无论是否有除湿需求，若控制器检测到温度下降到限定点时，自动开启电磁阀4，关闭蒸发器5的部分盘管，增大制冷剂在蒸发器盘管内的流速，确保压缩机1在低频率运行时，回油效果依旧优良，避免压缩机1低频率运行回油不良进而烧毁压缩机1的风险。

请参阅图2，本发明基于上述控制方法还提供一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统，包括:

对比判断模块410,用于根据机柜内回风的湿湿度选择开启机柜内制冷或除湿的功能；;具体如上所述。

调节模块420,用于当机柜热负载小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度大于湿度阀值有除湿需求时，对压缩机进行降频调节并控制电磁阀关闭部分蒸发器盘管，当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节;具体如上所述。

加热模块430,用于当除湿过程中柜内温度达到除湿低温阀值时，开启可控的PTC加热器为机柜加热用以稳定机柜内温度;具体如上所述。

所述的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，还包括预设置模块，其用于设置与机柜内回风湿度参数对比的湿度阀值，及设置用于判断是否开启PTC加热器的除湿低温阀值;具体如上所述。

所述的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，所述调节模块420包括：

第一调节单元，用于当机柜热负载大于压缩机最低频率输出冷量，且机柜内回风的湿度高于湿度阀值时，调节压缩机降频至最小冷量输出并开启电磁阀关闭部分蒸发器盘管，使流经关闭的蒸发器盘管的回风气流（此部分气流未参与换热）与流经蒸发器盘管的低温气流混合用于控制机柜的内温度与湿度;具体如上所述。

所述的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，所述调节模块420还包括：

第二调节模块，用于当机柜热负载不小于压缩机低频率输出的冷量且机柜内回风的湿度不大于湿度阀值有除湿需求时，适应对压缩机进行升频或降频调节;具体如上所述。

所述的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统中，所述加热模块430，还用于当机柜热负载小于压缩机最低频率输出冷量，除湿过程中机柜内的温度达到初始低温阀值时，开启可控硅PTC加热器、控制PTC加热器8无极调节输出热量维持机柜内的温度;具体如上所述。

一种低负荷制冷除湿空调，包括上述任一项的低负荷制冷除湿空调的除湿控制系统。所要说明的是，模块化数据中心（变频压缩机加部分盘管）的低负荷制冷除湿方法应用，也应属于此类设计保护范畴内。

综上所述，发明所提供的一种低负荷制冷除湿空调的除湿控制方法、系统及空调，通过压缩机变容量调节技术与部分盘管除湿技术的结合，结构设计简单可靠，动作部件少，除湿效率高，在机柜数据中心负载低，环境相对湿度高的情况下，进行智能除湿，结合压缩机变频功能，控制温度及湿度稳定在设定值范围，保证机柜式数据中心及模块化数据中心产品常年正常运行。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。