CN111765598B - 蒸发冷却空调及其冷却介质驱动泵体控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸发冷却空调及其冷却介质驱动泵体控制方法，方法包括：步骤S1.读取室外冷空气的干球温度Td1和相对湿度RH1；步骤S2.基于干球温度Td1和相对湿度RH1，计算进风湿球温度TW1和含湿量d1；步骤S3.根据进风湿球温度TW1和最佳相对湿度RH，计算理论最佳含湿量d2；步骤S4.根据含湿量d1、理论最佳含湿量d2、室外侧的风机转速fn计算所需喷撒的冷却介质量mw；步骤S5.根据冷却介质量mw换算喷撒所需的喷撒压力P1；步骤S6.根据喷撒压力P1，调节冷却介质驱动泵体的运行频率，直至蒸发冷却空调中冷却介质运输管道内的压力达到所需的喷撒压力P1。本发明能根据室外冷空气参数进行冷却介质喷撒量控制，提高喷撒效率、减少冷却介质资源浪费和减少电能消耗。

Description

蒸发冷却空调及其冷却介质驱动泵体控制方法

技术领域

本发明涉及空调领域，特别涉及一种蒸发冷却空调及其冷却介质驱动泵体控制方法。

背景技术

现有的间接蒸发冷却空调通过检测室外干球温度或湿球温度，判断是否进入湿工况模式，若进入湿工况模式，则开启喷淋水泵，将水箱里的水输送至喷淋系统，喷淋系统将水均匀布在间接换热芯体上，而水蒸发将室外冷空气冷却降温，降温后的室外冷空气再通过间接换热芯体与室内热空气进行换热，从而使得室内热空气温度下降。

现有的间接蒸发冷却空调在需要开启喷淋时，只通过水泵的开启来控制，无法调节喷淋的水量，这种控制方式中，当环境空气湿度大、室外侧风量小时，处理室外冷空气所需的喷淋水量小，此时仍以某一固定水量进行处理，会造成水泵多余做功，浪费电能，而且多余的喷淋水雾会被室外风带走，造成水资源浪费，另一方面，多余的喷淋水亦会造成外侧风机阻力增大，风机耗工增加，导致机组能效较小。

发明内容

本发明之目的在于优化机组中冷却介质驱动泵体控制，使其能根据室外冷空气参数进行冷却介质喷撒量控制，提高喷撒效率、减少冷却介质资源浪费和减少电能消耗。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

提供一种蒸发冷却空调的冷却介质驱动泵体控制方法，包括以下步骤：

步骤S1.读取室外冷空气的干球温度Td1和相对湿度RH1；

步骤S2.基于所述干球温度Td1和相对湿度RH1，计算进风湿球温度TW1和含湿量d1；

步骤S3.根据进风湿球温度TW1和设定的最佳相对湿度RH，计算理论最佳含湿量d2；

步骤S4.根据含湿量d1、理论最佳含湿量d2、室外侧用于抽取室外冷空气的风机转速fn计算空调达到蒸发冷却所需喷撒的冷却介质量mw；

步骤S5.根据喷撒所需的冷却介质量mw换算喷撒所需的喷撒压力P1；

步骤S6.根据喷撒压力P1，调节所述冷却介质驱动泵体的运行频率，直至蒸发冷却空调中冷却介质运输管道内的压力达到所需的喷撒压力P1。

进一步地，在所述步骤S3中，用进风湿球温度TW1代替最佳的室外侧出风干球温度Td2来换算出所述理论最佳含湿量d2。

进一步地，所述喷撒所需的冷却介质量mw具体为mw＝k1*(d2-d1)*fn，其中k1为预设系数。

进一步地，所述喷撒压力P1具体为P1＝k2*mw+Pmin，其中k2为预设系数，Pmin为喷淋正常启动所需的最小压力。

进一步地，周期性执行所述步骤S1至步骤S6。

进一步地，还包括故障检测步骤：冷却介质驱动泵体开启一定时长后，如若检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量小于设定最小流量，则发出警示并停止所述冷却介质驱动泵体。

进一步地，在故障检测步骤中，周期性执行所述检测，若检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量大于设定最小流量则恢复所述冷却介质驱动泵体运行。

进一步地，若连续设定次数均检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量小于设定最小流量，则锁定故障并控制所述冷却介质驱动泵体不再重启。

还提供一种蒸发冷却空调，包括室外侧风机、蒸发冷却装置、冷却介质存储箱，间接换热芯体、冷却介质驱动泵体、控制器，所述间接换热芯体具有用于输送室外冷空气的室外侧风通道，以及用于输送室内热空气的室内侧风通道，所述室外侧风机用于将室外冷空气抽出至空调外部，所述冷却介质驱动泵体从冷却介质存储箱获取冷却介质运输至蒸发冷却装置进行对间接换热芯体的喷撒，

冷却介质驱动泵体为变频泵，还包括位于间接换热芯体室外冷空气进风侧的温湿度传感器、安装于冷却介质运输管道上的压力传感器，冷却介质驱动泵体、室外侧风机、温湿度传感器、压力传感器分别电连接所述控制器；

还包括被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述控制器实现如上述的方法。

进一步地，还包括安装于所述冷却介质运输管道上的流量开关，流量开关电连接所述控制器。

本发明通过室外冷空气的温湿度和外侧风机风速，算出最佳的冷却介质喷撒量，并转换成所需的喷撒压力，进而控制冷却介质驱动泵体的运行频率，使冷却介质运输管道内的压力达到所计算的最佳喷撒压力，可实现在确保喷撒压力的同时，保证冷却介质喷撒量能始终处于最佳值，进而避免喷撒过多而造成泵体的功耗浪费、冷却介质资源浪费和外侧风机功耗增加等问题，同时亦能避免喷撒量过小而造成外侧风蒸发冷却效率低等问题，提高机组的运行效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。在附图中：

图1示出了本发明的间接蒸发冷却空调的结构示意图；

图2示出了本发明的变频水泵控制方法的流程图；

图3为本发明的电子设备的结构示意图；

图4为本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例的间接蒸发冷却空调如图1所示，包括室外侧风机1、水喷淋装置2、间接换热芯体3、水箱4、温湿度传感器5、水流开关6、水压传感器7、变频水泵8、Y形过滤器9、挡水板10，以及图中未示出的控制器。

所述间接换热芯体3设于空调中部，其具有用于输送室外冷空气的室外侧风通道，以及用于输送室内热空气的室内侧风通道，室外冷空气与室内热空气在间接换热芯体3中换热。

水箱4即冷却介质存储箱，位于间接换热芯体3的正下方，水喷淋装置2即蒸发冷却装置由喷淋杆和连接在喷淋杆上的喷头构成，喷头位于间接换热芯体3的正上方的室外冷空气出风侧，在重力作用下，喷淋水自上而下对室外冷空气冷却降温，加强间接换热芯体3中的热交换效果，未蒸发的喷淋水往下流淌，回至水箱中，实现水资源回收利用，此外，因为喷淋管路及喷头都高于水箱，喷淋关闭时，喷淋管路中的水靠重力自然回流至水箱，不会存储在喷头中，避免管道内水体结冰，且由于喷头位于间接换热芯体3的室外冷空气出风侧，室外冷空气流经喷头前已经先经过换热升温，可进一步避免其温度太低导致喷头中水冻结问题。

变频水泵8即所述冷却介质驱动泵体，其经水管也即冷却介质运输管道从水箱4中取水，并将水输送至水喷淋装置2进行喷淋。所述Y形过滤器9安装在变频水泵8与水箱4之间的水管上，用以过滤水体中杂物，保护后级设备不会堵塞损坏。

所述室外侧风机1位于间接换热芯体3的室外冷空气出风侧且在喷头之后，用于将室外冷空气抽出推送至空调外部排放。

所述水流开关6也即流量开关、水压传感器7也即压力传感器，分别安装于变频水泵8与水喷淋装置2之间的水管上，所述温湿度传感器5位于间接换热芯体3的室外冷空气进风侧，温湿度传感器5、水流开关6、水压传感器7、变频水泵8分别与控制器电连接从而受控运行。

所述挡水板10位于喷头与风机之间，用以避免大量水汽逃逸过程中直接经过风机的电机后，腐蚀风机的电子元器件，使机组寿命更高。

使用时，变频水泵8将水箱4内的水抽送至水喷淋装置2，水喷淋装置2将水均匀喷洒至间接换热芯体3表面上，分布在换热器表面上的水蒸发吸热将室外冷空气冷却，冷却后的室外冷空气与室内热空气进行换热，而未蒸发完的水受重力落至水箱4中，同时由水喷淋装置2产生的部分水雾随室外冷空气带入外部环境中。

基于上述间接蒸发冷却空调，如图2所示，可运行下述变频水泵控制方法：

S1.控制器通过读取温湿度传感器5发出的电信号，获得室外冷空气的干球温度Td1和相对湿度RH1；

S2.基于所述干球温度Td1和相对湿度RH1，计算进风湿球温度TW1和含湿量d1，

具体而言，根据期刊《暖通空调》2004年第34卷第10期的《湿空气相对湿度的一种计算方法》(作者：姚晔、连之伟、候志坚)可知，含湿量d1具有公式(1)为：

d1＝RH1*(0.622*Exp(23.1964-3816.44/(227+Td1)))/(101325-Exp(23.1964-3816.44/(227+Td1))；

以及含湿量d1具有公式(2)为

d1＝1000*{167.52*(374-Tw1)0.38+[(Td1-Tw1)*exp(23.1964-3816.44/(227+Tw1)]-{101325*(Td1-Tw1)}/{[1.88*(Td1-Tw1)+267.38*(374-Tw1)0.38]*[101375-exp(23.1964-3816.44/(227+Td1)]}；

上述两式中，101375为标准大气压力，其余各数值为拟合值，

通过将干球温度Td1、相对湿度RH1代入，先用两种计算公式联立求解出进风湿球温度TW1，和含湿量d1。其中两种含湿量的计算方法为现有文献中的公式，通过近似工程计算得来。

S3.根据进风湿球温度TW1和喷淋加湿后出风侧最佳相对湿度RH，计算理论最佳含湿量d2；

具体而言，根据经验，设定喷淋加湿后出风侧最佳相对湿度RH为95％，由于理论上最佳的室外侧出风干球温度Td2等于进风湿球温度TW1，因此直接用进风湿球温度TW1代替最佳的室外侧出风干球温度Td2，进行公式(1)的运算，得出理论最佳含湿量d2为：

d2＝RH*(0.622*Exp(23.1964-3816.44/(227+TW1)))/(101325-Exp(23.1964-3816.44/(227+TW1))。

S4.读取室外侧风机1的转速fn，根据含湿量d1、理论最佳含湿量d2、转速fn计算喷淋所需的水量m_w＝k1*(d2-d1)*fn，其中k1为预设系数，可通过实验测试得出。

S5.计算喷淋所需的喷淋压力P1＝k2*m_w+Pmin，其中k2为预设系数，Pmin为喷淋正常启动所需的最小压力，k2及Pmin可通过实验测试得出。

S6.控制变频水泵8开启以初始频率N运行10s后，根据上述计算的运行所需的喷淋压力P1，调节变频水泵8的运行频率，直至水压传感器7所采集的水压达到所需的喷淋压力P1。

S7.每隔30S重新计算所需的喷淋压力P1，并根据所计算出的喷淋压力P1实时调节变频水泵8的运行频率；

S8.变频水泵8开启30s后，通过预设在水管上的水流开关6，检测水流是否正常，如若检测到水流开关6闭合(水路上的水流量大于设定的最小流量则闭合导通，小于则自动断开关闭)，则认为正常运行，如若检测到水流开关6断开，则认为水系统异常，机组报出水系统异常故障，变频水泵8立即停止工作，60s后变频水泵8再次重启，此时再次进行检测，如若检测到水流开关6闭合，则故障消除，变频水泵8正常运行，如若检测到水流开关6断开，则变频水泵8再次停止工作，60s后变频水泵8第三次启动，第三次启动后再行检测，检测中，如若检测到水流开关6闭合，则故障消除，变频水泵8正常运行，如若检测到水流开关6断开，则故障锁定，变频水泵8不再重启。通过变频水泵8的多次启动，检测水流开关6的状态来确认故障存在，避免机组误判断。

本实施例的变频水泵控制方法具有如下优势：

1、通过室外冷空气的温湿度和外侧风机风速，算出所需的最佳喷淋水量，并转换成所需的喷淋压力，进而控制变频水泵运行频率，使得水压达到所计算的最佳喷淋压力，可实现在确保喷淋压力的同时，保证喷水量能始终处于最佳值，进而避免喷淋过多而造成水泵的功耗浪费、水资源浪费和外侧风机功耗增加等问题，同时亦能避免喷淋水量过小而造成外侧风蒸发冷却效率低等问题，提高机组的运行效率；

2、通过预设在水路上的流量开关，解决因水路脏堵、漏水等问题而造成的水泵运行异常损坏，具体地，由于水系统可能由于异物或漏水，造成水路脏堵和水流异常，从而可能导致水泵空转而造成水泵损坏，为解决该问题，本实施例在水系统的水管水路上设置了水流开关，该水流开关能够通过检测水路上的水流量能否达到设定的最小流量来判断水系统是否异常，如若水流开关断开，则水泵立刻关闭，如若水流开关闭合，则水泵正常运行，进而避免了水泵空转造成的水泵损坏或水流异常而导致水泵无效做功等问题。

需要说明的是：

本实施例所用的方法，不限于应用至间接蒸发冷却机组，还可应用于直接蒸发式冷却机组，如开式冷却塔；

间接冷却方式不限于水喷淋冷却，还可以是喷雾冷却等其他喷撒方式，当然，使用水喷淋冷却时，由于喷头放置于换热芯体上方，有利于喷淋水流下来，且在流下来的过程中与室外空气进行逆流换热，但喷雾冷却由于雾滴太小容易顺着风被风带走，达不到良好冷却效果，因此，使用喷雾冷却时，需要将喷头放置于换热芯体下方或下部四周，所以一般优选水喷淋冷却方式；

冷却介质亦不限于水，还可以是乙二醇溶液等其它冷却介质。

本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

例如，图3示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器31和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器32。存储器32可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器32具有存储用于执行实施例中的任何方法步骤的程序代码34的存储空间33。例如，用于程序代码的存储空间33可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码34。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图4所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图3的电子设备中的存储器32类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码41，即可以由诸如31之类的处理器读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (7)

1.蒸发冷却空调的冷却介质驱动泵体控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.读取室外冷空气的干球温度Td1和相对湿度RH1；

步骤S2.基于所述干球温度Td1和相对湿度RH1，计算进风湿球温度TW1和含湿量d1；

步骤S3.根据进风湿球温度TW1和设定的最佳相对湿度RH，计算理论最佳含湿量d2，所述进风湿球温度TW1代替最佳的室外侧出风干球温度Td2；

步骤S4.根据含湿量d1、理论最佳含湿量d2、室外侧用于抽取室外冷空气的风机转速fn计算空调达到蒸发冷却所需喷撒的冷却介质量m_w，所述喷撒所需的冷却介质量m_w具体为m_w=k1*(d2-d1)*fn，其中k1为预设系数；

步骤S5.根据喷撒所需的冷却介质量m_w换算喷撒所需的喷撒压力P1，所述喷撒压力P1具体为P1=k2*m_w+Pmin，其中k2为预设系数，Pmin为喷淋正常启动所需的最小压力；

步骤S6.根据喷撒压力P1，调节所述冷却介质驱动泵体以初始频率N运行一段时间后，再调节所述冷却介质驱动泵体的运行频率，直至蒸发冷却空调中冷却介质运输管道内的压力达到所需的喷撒压力P1。

2.如权利要求1所述的冷却介质驱动泵体控制方法，其特征在于，周期性执行所述_步骤S1至步骤S6。

3.如权利要求1所述的冷却介质驱动泵体控制方法，其特征在于，还包括故障检测步骤：冷却介质驱动泵体开启一定时长后，如若检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量小于设定最小流量，则发出警示并停止所述冷却介质驱动泵体。

4.如权利要求3所述的冷却介质驱动泵体控制方法，其特征在于，在故障检测步骤中，周期性执行所述检测，若检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量大于设定最小流量则恢复所述冷却介质驱动泵体运行。

5.如权利要求4所述的冷却介质驱动泵体控制方法，其特征在于，若连续设定次数均检测到所述冷却介质运输管道内的冷却介质流量小于设定最小流量，则锁定故障并控制所述冷却介质驱动泵体不再重启。

6.蒸发冷却空调，包括室外侧风机、蒸发冷却装置、冷却介质存储箱、间接换热芯体、冷却介质驱动泵体、控制器，所述间接换热芯体具有用于输送室外冷空气的室外侧风通道，以及用于输送室内热空气的室内侧风通道，所述室外侧风机用于将室外冷空气抽出至空调外部，所述冷却介质驱动泵体从冷却介质存储箱获取冷却介质运输至蒸发冷却装置进行对间接换热芯体的喷撒，其特征在于：

冷却介质驱动泵体为变频泵，还包括位于间接换热芯体室外冷空气进风侧的温湿度传感器、安装于冷却介质运输管道上的压力传感器，冷却介质驱动泵体、室外侧风机、温湿度传感器、压力传感器分别电连接所述控制器；

还包括被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述控制器实现如权利要求1-5任一项所述的方法。

7.如权利要求6所述的蒸发冷却空调，其特征在于：还包括安装于所述冷却介质运输管道上的流量开关，流量开关电连接所述控制器。

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