本发明涉及数据中心制冷技术领域，具体涉及一种重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法。
背景技术：
伴随着我国数据中心产业技术创新步伐的加快，数据中心和服务器国产化水平不断提升，涌现出越来越多的产品。集装箱数据中心就是一种适应工厂预制、模块化生产、快速部署、集中交付的一种数据中心产品，适合在不需新建机房、野外部署等场景下使用。越来越多的军政部门、教育高校以及不希望高投资新建机房的企业等倾向于采纳集装箱数据中心产品，而数据中心又是耗电大户，全年不间断运行的电子信息设备以及制冷机组会消耗大量电能，采取节能措施降低制冷机组的功耗，有利于实现整个集装箱数据中心的节能。目前数据中心节能效果比较好的是利用自然冷源如空气、水等，在过渡季节和冬季的温度较低，用来冷却数据中心，可以降低数据中心制冷机组的负荷。
单箱集装箱数据中心与集装箱数据中心集群相比，高度集成电子信息设备、配电系统、制冷系统等于一个集装箱箱体内，内部空间紧张而且布局有限，往往只能按照特定方式摆放电子信息设备机柜、配电柜、空调室内机、电池架这几种设备，因此如果给集装箱数据中心内部增加节能系统和节能设备，则必须考虑到集装箱内的空间限制和布局。
同时由于安装各服务器及配电、消防等仪器后，普通设计的分离式重力热管空调由于换热效率小，需求风量及换热体积通常较为庞大。选用该种空调，室内机及专用风机占据空间较大，影响室内服务器数量及排布，同时对维修造成较大困难；由于高度差的需求室外机需要挂至于集装箱数据中心顶端或额外树立的支架顶端，影响安全性及外观。
现有的重力热管换热器的计算方法普遍为正向计算，即在所需维持的温度工况(室内送风及回风温度)下，根据所需制冷量或功率求解其结构，具体计算步骤如下所示：
1、选定制冷量q；2、选取热管换热器室内送风、回风温度；3、根据已知参数求解对数平均温差及换热系数；4、求解蒸发器与冷凝器迎风面积及迎风面管排数；5、求解所需热管数并校核。
对于集装箱数据中心等结构尺寸固定，空调区域预留空间及结构确定，原有的正向热管计算方法，无法通过合理的结构分配选择最优的制冷量，需要不断的假设和试算，过程繁琐。同时热管工作温度与其结构有关，且各部件换热相互耦合，单独的对某一部分的独立的设计计算无法表达相互之间的关系，不能得出优化结果，无法实现最佳的工作状态。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，为了解决现有正向热管计算方法的局限性，本发明提供一种重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法。
本发明所采用的技术方案为：
重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法，所述方法通过反向计算，根据重力热管空调系统整体结构参数的限定下的最大制冷量，将重力热管蒸发器、冷凝器与绝热段作为整体分析，计算所对应的各部件换热面积及运行参数，在已知的空间中计算寻求最优的蒸发器、冷凝器换热面积分配，使制冷量达到最大实现制冷系统的节能降耗。
所述方法包括内容如下：
根据重力热管空调系统预留尺寸，得到重力热管空调整体尺寸参数；
测量室外冷风温度，设置室内需求送风温度；
计算、校核蒸发器运行参数；
计算、校核冷凝器运行参数；
根据计算结果及热管运行温度，计算得到热管制冷剂充注量。
所述方法通过改变室内需求的蒸发器回风温度及室外冷风温度，通过计算得到不同结构的重力热管空调蒸发器、冷凝器工况。
所述蒸发器运行参数及换热方程如下：
q1＝cp1mair1(t1-t2)＝m制冷剂(h1-h2)
其中:
q1为分别计算的室内蒸发器空气侧送风与回风的放热量，热管内制冷剂蒸发吸热量；
cp1为蒸发器定压比热；
mair1为室内空气质量流量；
m制冷剂为制冷剂的质量流量；
t1为室内进风温度；
t2为室内送风温度；
h1-h2为制冷剂液相与汽相对应焓值；
q′1＝k1a1θ1
q1'为整体计算蒸发器受热面空气-热管管壁-管内制冷剂换热量；
k1为蒸发器整体换热系数；
a1为蒸发器总换热面积；
θ1为室内送风、回风与制冷剂温度的对数平均温差。
所述方法对蒸发器进行的校核的条件满足q1＝q1’。
k1的计算利用换热器热阻原理，公式如下：
k1＝1/r1＝1/r金属管壁+1/r管外空气+1/r管内制冷剂
热阻r1与换热系数k1成倒数关系，通过求金属导热系数1/r金属管壁、空气与管壁换热系数1/r管外空气及制冷剂与管壁的换热系数1/r管内制冷剂求解整体换热系数k1。
室外冷凝器运行参数及换热方程如下所示：
q2＝cp2mair2(t1-t2)＝m制冷剂(h2-h1)
其中：
q2为分别计算的室外冷凝器空气侧冷风的吸热量，热管内制冷剂冷凝放热量；
cp2为冷凝器定压比热；
mair2为室外空气质量流量；
m制冷剂为制冷剂的质量流量；
t1为室外常温，即进口冷风温度；
t2为室外冷凝器出口热风温度；
h2-h1为制冷剂液相与汽相对应焓值；
q2’为整体计算冷凝器受热面空气、热管管壁、管内制冷剂换热量；
q′2＝k2a2θ2
k2为冷凝器整体换热系数；
a2为冷凝器总换热面积；
θ2为室外送风、回风与制冷剂温度的对数平均温差。
所述方法对冷凝器进行的校核的条件满足q2＝q2’。
所述制冷剂根据需要选择r134a、r410a或r22制冷剂，不同制冷剂的选择对h的计算有影响，同时对整体重力热管空调的换热计算有不同影响。
本发明的有益效果为：
本发明方法通过重力热管技术、自然冷源技术和热平衡原理，在重力热管空调的蒸发段、冷凝段及绝热段热管整体尺寸存在限制，通过逆向计算方法，可以在已知的空间中计算寻求最优的蒸发器、冷凝器换热面积分配使制冷量达到最大，同时对于重力热管空调温度、风量等变运行工况时，可获得最优制冷量对应热管运行温度，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明实现流程图。
具体实施方式
根据说明书附图，结合具体实施方式对本发明进一步说明：
如图1所示，重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法实现步骤如下：
1、根据重力热管空调系统预留尺寸，得到重力热管空调整体尺寸参数；
2、测量室外冷风温度，设置室内需求送风温度；
3、计算、校核蒸发器运行参数；
所述蒸发器运行参数及换热方程如下：
q1＝cp1mair1(t1-t2)＝m制冷剂(h1-h2)
其中:
q1为分别计算的室内蒸发器空气侧送风与回风的放热量，热管内制冷剂蒸发吸热量；
cp1为蒸发器定压比热；
mair1为室内空气质量流量；
m制冷剂为制冷剂的质量流量；
t1为室内进风温度；
t2为室内送风温度；
h1-h2为制冷剂液相与汽相对应焓值；
q′1＝k1a1θ1
q1'为整体计算蒸发器受热面空气-热管管壁-管内制冷剂换热量；
k1为蒸发器整体换热系数；
a1为蒸发器总换热面积；
θ1为室内送风、回风与制冷剂温度的对数平均温差。
所述方法对蒸发器进行的校核的条件满足q1＝q1’。
4、计算、校核冷凝器运行参数；
室外冷凝器运行参数及换热方程如下所示：
q2＝cp2mair2(t1-t2)＝m制冷剂(h2-h1)
其中：
q2为分别计算的室外冷凝器空气侧冷风的吸热量，热管内制冷剂冷凝放热量；
cp2为冷凝器定压比热；
mair2为室外空气质量流量；
m制冷剂为制冷剂的质量流量；
t1为室外常温，即进口冷风温度；
t2为室外冷凝器出口热风温度；
h2-h1为制冷剂液相与汽相对应焓值；
q2’为整体计算冷凝器受热面空气、热管管壁、管内制冷剂换热量；
q′2＝k2a2θ2
k2为冷凝器整体换热系数；
a2为冷凝器总换热面积；
θ2为室外送风、回风与制冷剂温度的对数平均温差。
所述方法对冷凝器进行的校核的条件满足q2＝q2’。
5、根据计算结果及热管运行温度，计算得到热管制冷剂充注量。
6、在确定改变室内需求蒸发器回风温度及室外冷风温度可进行不同结构的重力热管空调蒸发器、冷凝器变工况计算。
实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。