一种自然冷却系统及控制方法与流程

本发明涉及空调冷却控制领域，更具体地，涉及一种自然冷却系统及控制方法。

背景技术：

1、现有技术的冷水机组通常具有发热量大，发热密度高的缺点，导致冷水机组以及冷水机组与其他的机组搭配组合构成冷却系统的能耗较高，无法满足绿色能源的要求。同时，现有技术中还有dpc液冷系统、热管冷却和间接蒸发冷ahu等制冷方式，这些制冷方式能够在过渡季节合理利用自然冷源来辅助热交换，能够在一定程度上起到降低能耗的效果，然而这类系统的结构复杂，生产和使用维护的成本较高，且无法最大程度的利用自然冷源。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种自然冷却系统及控制方法，能够有效的利用自然冷源实现冷却，降低冷却系统的能耗，并且结构简单，降低生产和维护成本。

2、本发明采取的技术方案为：

3、本发明一方面提供一种自然冷却系统，所述自然冷却系统包括依次设置的干冷区、湿冷区和机械制冷区；

4、所述干冷区设有干冷换热器；

5、所述湿冷区自上而下分别设置有喷淋机构、湿水盘管、喷淋水冷却机构和接水储水盘；

6、所述机械制冷区设有风墙冷却机构；所述风墙冷却机构用于对室内进行降温；

7、所述喷淋机构通过设置有喷淋水泵的喷淋管路与所述接水储水盘连接；

8、所述干冷区的顶部设置有排风口，所述排风口处设置有散热排风机，所述喷淋水冷却机构中设置有贯通所述喷淋水冷却机构两侧的风道，所述干冷区的底部与所述喷淋水冷却机构的风道的一侧连通；

9、所述风墙冷却机构通过回水管路和进水管路与所述干冷换热器和湿水盘管连接形成冷水循环回路，其中，所述回水管路通过干回水支路和湿回水支路分别与所述干冷换热器和湿水盘管的进水口连接，所述进水管路通过干进水支路和湿进水支路分别与所述干冷换热器和湿水盘管的出水口连接；所述回水管路上设置有冷冻水泵；

10、所述干回水支路上设置有第一阀门，所述湿回水支路上设置有第二阀门，所述干进水支路上设置有第三阀门，所述干冷换热器的出水口通过中间支路连接所述湿水盘管的进水口，所述中间支路的一端连接位于所述干冷换热器的出水口和第三阀门之间的所述干进水支路，另一端连接位于所述湿水盘管的进水口和第二阀门之间的所述湿回水支路，所述中间支路上设置有第四阀门。通过所述喷淋水冷却机构两侧形成的风道，在所述散热排风扇的的动力作用下，将风通过所述喷淋水冷却机构引入所述干冷区中，与所述干冷区中的所述干冷换热器进行热交换，有效的实现利用自然风来实现冷冻水的降温；同时，如没有达到制冷需求，可以开启喷淋机构来进一步的降温，所述喷淋机构喷出的喷淋水经过湿水盘管，能够对湿水盘管中的冷冻水进行降温，之后喷淋水进一步的落入到所述喷淋水冷却机构中，在喷淋水冷却机构中与从所述喷淋水冷却机构两侧通过的风进行换热，能够实现喷淋水的冷却，冷却后的喷淋水进一步的落入所述接水储水盘中，实现喷淋水的循环；另外，通过具体的管路和阀门的组合实现所述干冷换热器与湿水盘管的串联、并联或单一接入管路中，实现多种冷却模式的切换，结构简单并且能够有效的利用自然冷资源来实现冷冻水的降温，在降低了所述自然冷却系统的能耗的情况下，也降低了生产和维护的成本。

11、进一步的，所述湿冷区还设置有机械盘管，所述机械盘管设置在所述湿水盘管和所述喷淋水冷却机构之间；

12、所述机械制冷区还设有压缩机、蒸发器和节流阀；

13、所述压缩机、机械盘管、蒸发器和节流阀通过冷媒管路连接形成冷媒循环回路；

14、所述蒸发器通过第一机械进水支路和机械回水支路与所述进水管路连接，所述蒸发器通过第二机械进水支路与所述回水管路连接，将所述冷冻水引入所述蒸发器与冷媒进行换热；所述冷冻水泵设置在所述第二机械进水支路与所述风墙冷却机构的出水口之间；

15、所述第一机械进水支路上设置有第五阀门，所述第二机械进水支路上设置有第六阀门，所述进水管路上的所述第一机械进水支路和机械回水支路连接端之间设置有第七阀门。

16、所述自然冷却系统中进一步的设置有一套机械制冷系统，其中机械制冷系统的机械盘管设置在所述湿冷区，同时所述机械盘管设置在所述湿水盘管的下方，喷淋水在与所述湿水盘管换热后，落到所述机械盘管所在的区域，能够进一步的利用喷淋水与所述机械盘管中的冷媒进行换热，降低所述自然冷却系统的能耗；而换热后的冷媒能够通过所述蒸发器与所述冷水循环回路中的冷冻水进行热交换，提高所述自然冷却系统的制冷效率。

17、进一步的，所述湿冷区顶端开设有进风口；

18、所述湿冷区的所述喷淋水冷却机构上部区域的一侧与所述干冷区连通。

19、通过在所述湿冷区顶端开设进风口，并将所述喷淋水冷却机构上部区域的一侧与所述干冷区连通，在所述干冷区的散热排风机的作用下，能够通过所述进风口引入室外新风进入所述湿冷区，与所述湿冷区的所述湿水盘管和机械盘管进行换热，进一步的利用自然冷资源，提高了所述自然冷却系统的能效。

20、进一步的，所述进水管路上设置有进水温度传感器，所述回水管路上设置有回水温度传感器。通过检测所述风墙冷却机构的进水温度和回水温度，能够对应调整所述自然冷却系统的各个设备的运行功率，提高所述自然冷却系统的能能效。

21、本发明另一方面提供一种自然冷却控制方法，所述方法应用上述所述的一种自然冷却系统，所述方法包括：

22、获取室外工况，根据所述室外工况获取对应预设的标准运行模式，并根据获取的所述标准运行模式设置所述自然冷却系统的运行状态；

23、获取室内运行负荷，根据所述室内运行负荷并按照当前运行的所述标准运行模式中预设的运行策略设置所述自然冷却系统的运行参数；

24、根据所述室内运行负荷并按照当前运行的所述标准运行模式中预设的寻优调整策略，对所述自然冷却系统的运行参数进行调整；

25、获取在调整过程中所述自然冷却系统的能效最优的优选运行策略，根据所述优选运行状态更新所述室外工况和室内运行负荷对应的所述标准运行模式的运行策略。

26、根据室外工况情况，获取所述自然冷却系统中预先记录的对应预设的标准运行模式，以及符合当前室内运行负荷的所述标准运行模式中的运行策略，所述自然冷却系统在以所述标准运行模式的运行策略运行的过程中，能够通过所述标准运行模式中预设的寻优调整策略对所述自然冷却系统中的各个设备进行调整，使所述自然冷却系统能够在满足室内的运行负荷的情况下能效最优，并将能效最优的状态作为所述标准运行模式的运行策略进行更新，当再次出现相同的室外工况和室内运行负荷时，选择的标准运行模式以及对应的运行策略能够使所述自然冷却系统的能效最优的状态运行；通过预设标准运行模式并在运行过程中不断寻优迭代的方式，能够使所述自然冷却系统始终在最优的能效下运行，进而降低所述自然冷却系统的能耗。

27、进一步的，所述标准运行模式至少包括干冷模式、干冷耦合模式、混合制冷模式和机械制冷模式；

28、所述根据所述室外工况获取对应预设的标准运行模式，并根据获取的所述标准运行模式设置所述自然冷却系统的运行状态，具体包括：

29、当室外干球温度≤第一预设温度时，所述自然冷却系统运行所述干冷模式；在所述干冷模式下，关闭所述自然冷却系统中的所述第五阀门、第六阀门、第二阀门和第四阀门，开启所述第一阀门、第三阀门和第七阀门，开启所述散热排风机、风墙冷却机构和冷冻水泵；

30、当室外干球温度＞第一预设温度，且室外湿球温度≤第二预设温度时，所述自然冷却系统运行所述干冷耦合模式；在所述干冷耦合模式下，关闭所述第五阀门、第六阀门、第二阀门和第三阀门，开启所述第一阀门、第四阀门和第七阀门，开启所述散热排风机、风墙冷却机构、冷冻水泵和喷淋机构；其中所述第二预设温度大于所述第一预设温度；

31、当室外湿球温度≥第二预设温度，且室外湿球温度≤第三预设温度时，所述自然冷却系统运行所述混合制冷模式；在所述混合制冷模式下，关闭所述第七阀门、第六阀门、第一阀门、第四阀门和第三阀门，开启所述第二阀门和第五阀门，开启所述散热排风机、风墙冷却机构、冷冻水泵、喷淋机构和压缩机；其中所述第三预设温度大于所述第二预设温度

32、当室外湿球温度≥第三预设温度时，所述自然冷却冷却系统运行所述机械制冷模式；在所述机械制冷模式下，关闭所述第七阀门、第五阀门、第一阀门、第二阀门、第四阀门和第三阀门，开启所述第六阀门，开启所述散热排风机、风墙冷却机构、冷冻水泵、喷淋机构和压缩机。

33、进一步的，所述根据所述室内运行负荷并按照当前运行的所述标准运行模式中预设的运行策略设置所述自然冷却系统的运行参数，具体包括：

34、根据所述室内运行负荷获取对应需要所述自然冷却系统提供的制冷量；

35、根据所述制冷量获取所述标准运行模式中的运行策略；所述运行策略包括所述自然冷却系统中的风墙冷却机构、冷冻水泵、散热排风机、喷淋水泵和压缩机的功率；

36、根据所述运行策略分别设置所述风墙冷却机构、冷冻水泵、散热排风机、喷淋水泵和压缩机的功率。

37、进一步的，所述根据所述室内运行负荷并按照当前运行的所述标准运行模式中预设的寻优调整策略，对所述自然冷却系统的运行参数进行调整，具体包括：

38、保证所述自然冷却系统的制冷量能满足所述室内运行负荷的前提下，运行所述标准运行模式中预设的寻优调整策略；

39、所述标准运行模式中预设的寻优调整策略具体为：

40、在所述干冷模式和机械制冷模式下，当所述冷冻水的流速不超过预设的流速阈值时，逐渐提高所述冷冻水泵的功率并降低所述风墙冷却机构的功率；当所述冷冻水的流速超过所述预设的流速阈值时，逐渐增大所述风墙冷却机构和所述散热排风机的功率；

41、在所述干冷耦合模式和混合制冷模式下，当所述风墙冷却机构的所述冷冻水的进出温差不超过预设的温差阈值时，逐渐降低所述冷冻水泵的功率并增大所述风墙冷却机构的功率。

42、通过为不同的所述标准运行模式设置对应不同的寻优调整策略，能够更好的匹配所述自然冷却系统在不同的所述标准运行模式下的各个设备的运行情况，进行对应的调整。

43、进一步的，所述自然冷却系统的能效为所述自然冷却系统的制冷量与所述自然冷却系统的总能耗的比值；

44、所述自然冷却系统的总能耗为风墙冷却机构功率、冷冻水泵功率、散热排风机功率、喷淋水泵功率和压缩机功率之和。

45、进一步的，所述获取在调整过程中所述自然冷却系统的能效最优的优选运行策略，根据所述优选运行状态更新所述室外工况和室内运行负荷对应的所述标准运行模式的运行策略，具体包括：

46、获取在所述标准运行模式的寻优调整策略的调整过程中能耗达到最低时的风墙冷却机构、冷冻水泵、散热排风机、喷淋水泵和压缩机的功率；

47、并将能耗最低时的所述风墙冷却机构、冷冻水泵、散热排风机、喷淋水泵和压缩机的功率记录为所述优选运行策略；

48、将对应所述室外工况和室内运行负荷下的所述标准运行模式中的运行策略的风墙冷却机构、冷冻水泵、散热排风机、喷淋水泵和压缩机的功率根据所述优选运行策略进行对应更新。

49、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

50、1.在系统结构方面：本发明通过所述喷淋水冷却机构两侧形成的风道，利用所述散热排风扇的将风通过所述喷淋水冷却机构引入所述干冷区中，与所述干冷区中的所述干冷换热器进行热交换，有效的实现利用自然风来实现冷冻水的降温；

51、2.本发明通过在所述湿冷区设置所述湿水盘管，所述湿水盘管通过所述湿冷区的喷淋机构进行降温，所述湿水盘管和所述干冷换热器通过所述进水管路、回水管路和中间支路，以及对应的各个阀门，能够实现所述湿水盘管和干冷换热器的在不同的运行模式下对应的串联、并列或单独的接入所述冷水循环回路，结构简单并能够实现多种运行模式的切换，降低生产和维护的成本；

52、3.本发明通过所述喷淋机构喷出的喷淋水经过湿水盘管，能够对湿水盘管中的冷冻水进行降温，之后喷淋水进一步的与所述机械盘管中的冷媒进行热交换，能够有效的利用喷淋水，进而提高所述自然冷却系统的能效；同时，所述喷淋水在与所述机械盘管或湿水盘管进行热交换后，进入所述喷淋水冷却机构中与通过所述喷淋水冷却机构的风进行热交换，利用自然风资源实现了所述喷淋水的降温，热交换的后风能够进一步的进入所述干冷区与所述干冷换热器进行热交换，进一步的利用自然冷资源提高了所述自然冷却系统的能效；

53、4.本发明通过在所述湿冷区顶部设置进风口，以及使所述喷淋水冷却机构上方一侧与所述干冷区连通，能够采用湿冷和风冷结合的方式来对所述湿水盘管和机械盘管进行降温，进一步的利用自然冷资源来提高所述自然冷却系统的能效；

54、5.在方法方面：本发明通过为各个室外工况预设对应的标准运行模式，并在所述自然冷却系统的各个标准运行模式运行过程中，通过在所述标准运行模式中预设的寻优调整策略对所述自然冷却系统中各个设备进行调整，使所述自然冷却系统的能效最优，进而降低所述自然冷却系统的能耗；同时将能效最优的状态对所述标准运行模式的运行策略进行更新迭代，使所述自然冷却系统能够始终以最优的能效运行。