一种机房节能空调装置及制冷方法
【技术领域】
[0001]本发明属于节能与空调技术领域，具体涉及一种机房节能空调装置及制冷方法。
【背景技术】
[0002]在数据中心或通信机房中，连续运行的IT和通讯设备发热量大，需要专门的冷却降温设备进行常年温度控制，以保证设备的正常工作运行。传统通过空调进行降温温控，因此需要空调全年长时间运行，机房能耗大、业务运行成本高；为实现机房空调系统的节能减排，一种方法是通过引入热管散热方式以尽可能利用室外自然冷源，减少空调压缩机工作时间。
[0003]无动力一体式热管空调组合机组及制冷方法(CN201110368029.1)、一种带自然冷却功能的液泵供液多联式空调机组(CN200910235429.8)提出了热管和空调组合的整体式或分体式方案，方案核心是空调系统与热管系统以切换方式共用一套蒸发器和冷凝器，组成一个工作回路；当外部环境温度较低时启动热管工作；当外部环境温度较高时，将空调系统切换进入工作回路以空调模式运行，而热管能耗很低，这种组合方式既可充分利用自然冷源又可全年支持机房降温工作。但上述组合方案空调和热管装置系统只能切换工作、不能同时运行，因此降低了自然冷源的利用率，并且一个工作回路的装置结构需要兼顾空调和热管的不同要求，从而降低了装置的整体性能。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种机房节能空调装置及制冷方法，通过热管冷却主回路和机械制冷副回路双回路结构和协同工作方式，以适应不同的室外环境温度情况，通过高效利用自然冷源满足机房全年室内温度控制要求。
[0005]本发明提出一种机房节能空调装置，包括热管冷却主回路和机械制冷副回路两个回路，其中所述热管冷却主回路由室内蒸发器、主三通阀、热管冷凝器、第二换热器、储液器、液泵组成，所述机械制冷副回路由气液分离器、压缩机、冷凝器和节流部件、副三通阀、第一换热器、第二换热器组成；所述室内蒸发器安置在机房内；所述第二换热器具有热管端出入口和空调端出入口；所述三通阀均包括输入口、第一出口和第二出口，所述输入口可择一地与所述第一出口、第二出口连通。
[0006]所述热管冷却主回路由室内蒸发器、主三通阀、热管冷凝器、储液器、液泵首尾依次连接而成，主三通阀第一出口与热管冷凝器入口串接，同时主三通阀第二出口和热管冷凝器出口与第二换热器的热管端入口和出口连接。
[0007]所述机械制冷副回路由气液分离器、压缩机、冷凝器和节流部件、副三通阀、第一换热器首尾依次连接而成，副三通阀第一出口与第一换热器入口串接，同时副三通阀第二出口和第一换热器出口与第二换热器的空调端入口和出口连接。
[0008]所述热管冷却主回路和机械制冷副回路的管道内部均密封制冷工质；所述室内蒸发器、热管冷凝器均为风冷式翅片结构和带风机，所述第一换热器为风冷式翅片结构，装置启动后室内蒸发器风机即行工作；以所述热管冷凝器风机风向为参考方向，所述第一换热器安置在所述热管冷凝器的前面；所述第二换热器为间壁式换热器或混合式换热器；所述液泵为喷射泵、虹吸泵或机械泵。
[0009]一种机房节能空调装置的制冷方法包括:
[0010]当室内外温差较大时，当即T1-To > Ml时，单独开启热管冷却主回路工作，机械制冷副回路不开启运行的工作模式1，其中Ti为室内温度，To为室外温度，Ml为装置单独采用室外自然冷源实现足够温控的稳定温差，且Ml > O ;工作模式I下主三通阀输入与热管冷凝器输入被连通，室内蒸发器内的液体冷媒工质，吸收室内热量汽化成为蒸汽；经主三通阀连通进入热管冷凝器，通过室外自然冷空气释放热量，从而冷凝为液体流入储液器内，储液器内的液体冷媒工质在液泵的作用下被泵回室内蒸发器。工作模式I下主回路通过热管冷凝器单独使用室外自然冷源为室内降温；在一般情况Ml取值10。
[0011]随着室内外温差发生减少，当温差N2 < T1-To < Ml时，热管冷却主回路工作，同时开启机械制冷副回路运行的工作模式2，N2为热管主回路开启单独使用机械制冷源运行的临界上限温差，且Ml > N2 ;工作模式2下主三通阀输入与热管冷凝器输入被连通，副三通阀输入与第一换热器输入被连通；机械制冷副回路中第一换热器工作、第二换热器不工作；室外热管冷凝器利用经过被第一换热器冷却的自然风而工作，使热管主回路可同时使用室外自然冷源和机械制冷源为室内降温；机械制冷副回路根据室内外温差情况以及冷却状况以间隙运行方式工作，间隙大小由室内外温差大小以及冷却状况决定；在一般情况下N2取值为5。
[0012]随着室内外温差继续减小，当温差在减少方向上处于NI < T1-To < N2时，机组继续工作模式2下，NI为热管主回路开启单独使用机械制冷源运行的临界下限温差，且N2 ^ Nl0
[0013]随着室内外温差再继续减小，当温差T1-To < NI时，热管冷却主回路工作，同时开启机械制冷副回路运行的工作模式3 ;此时主三通阀输入与第二换热器热管端输入被连通，副三通阀输入与第二换热器空调端输入被连通；热管冷却主回路中第二换热器工作、热管冷凝器不工作；机械制冷副回路中第二换热器工作、第一换热器不工作；热管主回路利用第二换热器的冷却而工作，使热管主回路单独使用机械制冷源为室内降温。
[0014]当温差从T1-To < NI情况下，往温差增大方向上变化而处于NI < T1-To < N2时机组继续工作模式3下；温差再继续往增大方向发展，当温差N2 < T1-To < Ml时机组才转换到模式2下。
[0015]上述方法中，通过N2 < T1-To < Ml温差工作区域的设置，可以同时利用自然冷源和机械制冷源，提升了自然冷源的利用率；同时利用机械制冷源的间隙工作控制，进一步降低了能源消耗；
[0016]上述方法中，通过NI ( T1-To ( N2温差工作区域的设置，在温差增大和温差减少不同变化方向下采用不同的工作模式，可以避免在临界温差附近变动时发生工作模式2和3频繁来回切换；工作模式2和模式3由于主回路工作部件组成有变化从而导致如发生切换则回路工况变动大，长期运行将影响装置性能；工作模式I和模式2由于主回路工作部件组成基本不变、只是机械制冷副回路是否启动工作，故回路工况变动小；同时热管冷凝器与第二换热器虽然并联但同时只有其中一种工作，不存在同时工作情况，从而避免了回路中制冷工质时产生的互相影响，因此采取上述方式提高了本装置的运行性能。
[0017]本发明提出一种机房节能空调装置及制冷方法，其有益效果是通过热管冷却主回路和机械制冷副回路的双回路耦合结构，以及协同制冷工作方式，既充分利用了自然冷源，又解决了现有空调与热管采用一个回路的组合装置所存在的性能局限，不同工作模式以适应不同的室外环境温度情况，达到高运行性能和高效利用自然冷源的目的，满足机房全年室内温度控制要求。
【附图说明】
[0018]图1是本发明机房节能空调装置的结构示意图。
[0019]图2是本发明机房节能空调装置的制冷控制方法示意图。
[0020]图3为本发明机房节能空调装置模式I时工作回路和工质循环示意图。
[0021]图4为本发明机房节能空调装置模式2时工作回路和工质循环示意图。
[0022]图5为本发明机房节能空调装置模式3时工作回路和工质循环示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供了一种机房节能空调装置，具有能耗低、性能高特点。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0024]本发明提出一种机房节能空调装置，图1是本发明机房节能空调装置的实施例结构示意图，包括热管冷却主回路(100)和机械制冷副回路两个回路，其中所述热管冷却主回路(100)由室内蒸发器(101)、主三通阀(102)、热管冷凝器(103)、第二换热器(104)、储液器(105)、液泵(106)组成，所述机械制冷副回路(200)由气液分离器(201)、压缩机(202)、冷凝器(203)和节流部件(204)、副三通阀(205)、第一换热器(206)、第二换热器(104)组成；所述室内蒸发器安置在机房内；所述第二换热器(104)具有热管端出入口 c和空调端出入口 ；所述三通阀均包括一输入口、第一出口和第二出口，所述输入口可择一地与所述第一出口或第二出口连通。
[0025]所述热管冷却主回路由室内蒸发器(101)、主三通阀(102)、热管冷凝器(103)、储液器(105)、液泵(106)首尾依次连接而成，主三通阀第一出口与热管冷凝器入口串接，同时主三通阀第二出口和热管冷凝器出口分别与第二换热器的热管端入口和出口连接。
[0026]所述机械制冷副回路(200)由气液分离器(201)、压缩机(202)、冷凝器(203)和节流部件(204)、副三通阀(205)、第一换热器(206)首尾依次连接而成，副三通阀第一出口与第一换热器入口串接，同时副三通阀第二出口和第一换热器出口分别与第二换热器的空调端入口和出口连接。
[0027]所述热管冷却主回路(100)和机械制冷副回路(200)的管道内部均密封制冷工质；所述室内蒸发器(101)、热管冷凝器(103)均为风冷式翅片结构和带风机，所述第一换热器(206)为风冷式翅片结构，装置启动后室内蒸发器(101)风机即行工作；以所述热管冷凝器风机风向为参考方向，所述第一换热器(206)安置在所述热管冷凝器(103)的前面；所述第二换热器(104)为间壁式换热器或混合式换热器；所述液泵(105)为喷射泵、虹吸泵或机械泵。
[0028]下面结合图2说明在不同温差下，本发明一种机房节能空调装置的具体制冷运行方法；同时结合图3-5说明本发明一种机房节能空调装置具体制冷工作模式下的工作回路状况与工质循环情况。
[0029]当室内外温差较大时，当即T1-To > Ml时，单独开启热管冷却主回路(100)工作，机械制冷副回路(200)不开启运行的工作模式1，其中Ti为室内温度，To为室外温度，Ml为装置单独