專利名稱：機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠最大化利用室內(nèi)外側(cè)溫差低成本輸送熱量的熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組。
背景技術(shù)：
信息產(chǎn)業(yè)和數(shù)字化建設(shè)的快速發(fā)展，推動了機(jī)房、基站的數(shù)量，建設(shè)規(guī)?？焖僭鲩L，據(jù)統(tǒng)計機(jī)房、基站空調(diào)的能耗占其總能耗的40% 50%。機(jī)房、基站的顯熱負(fù)荷比大， 一年四季需連續(xù)運(yùn)行，在室內(nèi)側(cè)設(shè)定溫度低于室外側(cè)溫度的季節(jié)，常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)仍需繼續(xù)運(yùn)行壓縮式制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)工作效率低而且易發(fā)生故障，若能利用室內(nèi)外溫差低成本輸送熱量或?yàn)槭覂?nèi)側(cè)提供冷量，將大大減小空調(diào)系統(tǒng)的能耗和運(yùn)行成本。利用室外低溫空氣為室內(nèi)側(cè)提供冷量的方法已得到業(yè)內(nèi)學(xué)者和工程技術(shù)人員的關(guān)注，并以不同的形式展開工程技術(shù)研究，如目前采用的新風(fēng)系統(tǒng)，此外還有不同形式的氣-氣、氣-水熱交換系統(tǒng)，以及應(yīng)用熱管技術(shù)的復(fù)合型空調(diào)。中國實(shí)用新型專利ZL200720019537. 8中公開了一種機(jī)房輔助節(jié)能制冷裝置，當(dāng)室外空氣溫度較低時，空調(diào)停止工作，直接將室外低溫空氣送至室內(nèi)用于電子柜等設(shè)備降溫，利用自然冷源，減少空調(diào)能耗。這種裝置由于不能確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，無法杜絕室外的灰塵、水分等進(jìn)入室內(nèi)，易對服務(wù)器等電子設(shè)備造成損害。中國實(shí)用新型專利ZL201020114596.X中公開了一種用于通信基站的自然冷能熱交換裝置，包括空氣換熱器、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)及其箱體。當(dāng)室外溫度較低時，將室外低溫空氣引入，與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，間接利用自然冷源降低基站內(nèi)空氣溫度，減少基站能耗。此裝置雖然能夠保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)，但對于熱負(fù)荷大和溫度均勻度要求高的機(jī)房對象，需要龐大的換熱面積以克服氣-氣熱交換器傳熱效率低的弊端。中國發(fā)明專利申請CN201010528027. X中公開了一種風(fēng)冷式熱管型機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式。當(dāng)室外溫度> 20°C時制冷模式工作，參與制冷循環(huán)的第一制冷工質(zhì)在蒸發(fā)冷凝器中蒸發(fā)吸熱，冷卻和冷凝第二制冷工質(zhì)； 當(dāng)室外溫度< 20°C時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為熱管循環(huán)制冷模式，利用室外低溫空氣對第二制冷工質(zhì)進(jìn)行冷卻和冷凝，壓縮式制冷循環(huán)停止工作，從而有效減少全年空調(diào)能耗。此系統(tǒng)在利用室外低溫空氣冷量和確保室內(nèi)空氣品質(zhì)方面彌補(bǔ)了前兩種系統(tǒng)的不足，但壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式在某一溫度點(diǎn)切換，系統(tǒng)的制冷量能否平穩(wěn)銜接并可靠工作等，值得考量；同時熱管循環(huán)工作的上限溫度偏低不利于最大化利用室外低溫空氣的冷量。實(shí)用新型專利ZL01278831. 7公開了一種帶循環(huán)泵的節(jié)能型制冷循環(huán)裝置，在熱管循環(huán)系統(tǒng)中使用循環(huán)泵有利于提高熱管循環(huán)的工作效率，也簡化了熱管系統(tǒng)安裝時對冷凝器、儲液器和蒸發(fā)器相對位置的要求，但ZL01278831. 7在最大化利用室外低溫空氣的冷量方面的不足與CN201010528027. X類似，即熱管循環(huán)工作的上限溫度必須較低才能與制冷循環(huán)平穩(wěn)銜接。

發(fā)明內(nèi)容
為避免機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)在低溫季節(jié)仍需要機(jī)械制冷所產(chǎn)生的高能耗及可靠性問題等不足，在全年大部分季節(jié)最大化地利用室外低溫空氣的冷源，本發(fā)明提供一種機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組及其控制方法。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所述空調(diào)機(jī)組中的冷源系統(tǒng)由熱管模塊和制冷模塊復(fù)合構(gòu)成；所述制冷模塊是以依次連接的壓縮機(jī)組、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)以及蒸發(fā)冷凝器的蒸發(fā)通道構(gòu)成第一工質(zhì)循環(huán)回路，所述壓縮機(jī)組的高壓排氣口與冷凝器的入口相連接，所述壓縮機(jī)組的低壓吸氣口與蒸發(fā)通道的出口相連接；所述壓縮機(jī)組由多臺制冷壓縮機(jī)構(gòu)成， 通過控制制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)以及控制制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，調(diào)節(jié)所述制冷模塊的產(chǎn)
冷量；所述熱管模塊是以依次連接的室內(nèi)換熱器、主電磁閥、風(fēng)冷換熱器、蒸發(fā)冷凝器的冷凝通道、儲液器和液泵構(gòu)成第二工質(zhì)主回路，所述室內(nèi)換熱器的出口與主電磁閥的入口連接，室內(nèi)換熱器的入口與液泵的出口連接；在所述室內(nèi)換熱器的出口與蒸發(fā)冷凝器的冷凝通道的入口之間設(shè)置旁通支路，在所述旁通支路中設(shè)置旁通電磁閥；本發(fā)明機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述蒸發(fā)冷凝器為板式換熱器或殼管式換熱器。本發(fā)明機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組的控制方法的特點(diǎn)是將寬環(huán)溫帶分解為制冷區(qū)、復(fù)合區(qū)和熱管區(qū)三個功能區(qū)，所述空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)的控制方式是針對不同的功能區(qū)，相應(yīng)切換冷源系統(tǒng)運(yùn)行制冷循環(huán)、復(fù)合循環(huán)和熱管循環(huán)工作模式，其中對應(yīng)于制冷區(qū)的制冷循環(huán)工作模式是制冷模塊投入工作；熱管模塊中液泵運(yùn)行、旁通電磁閥開啟、主電磁閥關(guān)閉；對應(yīng)于復(fù)合區(qū)的復(fù)合循環(huán)工作模式是制冷模塊根據(jù)空調(diào)熱負(fù)荷狀況適量運(yùn)行， 熱管模塊中液泵運(yùn)行、主電磁閥開啟，旁通電磁閥關(guān)閉，控制風(fēng)冷換熱器的換熱能力和液泵的流量使熱管模塊滿負(fù)荷運(yùn)行；對應(yīng)于熱管區(qū)的熱管循環(huán)工作模式是制冷模塊停止工作，熱管模塊中液泵運(yùn)行、 主電磁閥開啟、旁通電磁閥關(guān)閉，控制風(fēng)冷換熱器的換熱能力和液泵的流量使熱管模塊的產(chǎn)冷量與空調(diào)熱負(fù)荷相匹配。所述各功能區(qū)分別是所述制冷區(qū)為室外空氣溫度> T2 ；所述復(fù)合區(qū)為T1彡室外空氣溫度彡T2 ；所述熱管區(qū)為T1 >室外空氣溫度；其中T2>T1。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明采用第二工質(zhì)為室內(nèi)換熱器循環(huán)供冷，利用相變換熱方式傳熱效率高， 換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，避免了采用氣-氣或氣-水換熱器傳熱效率低，換熱器面積龐大的問題， 利于保證機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量，避免灰塵、水分等侵入。
2、本發(fā)明集成應(yīng)用了壓縮式制冷和熱管制冷技術(shù)，根據(jù)室內(nèi)外溫差和室內(nèi)熱負(fù)荷狀況進(jìn)行工況切換和制冷量調(diào)節(jié)，增設(shè)復(fù)合循環(huán)工作模式，拓寬了熱管循環(huán)的運(yùn)行溫區(qū)，解決了室內(nèi)外溫差較小時熱管循環(huán)制冷量不足而必須運(yùn)行壓縮式制冷工作模式的問題，便于最大化利用室外自然冷源，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的低成本運(yùn)行和節(jié)能。3、本發(fā)明利于進(jìn)行小溫差高效換熱，減少系統(tǒng)不可逆?zhèn)鳠釗p失，提高系統(tǒng)工作效率。4、本發(fā)明采用液泵強(qiáng)制循環(huán)，避免了困擾熱管系統(tǒng)的氣、液堵塞等不穩(wěn)定問題，消除了系統(tǒng)安裝中諸如儲液器、蒸發(fā)器、冷凝器等關(guān)鍵部件相對高度差的嚴(yán)格要求，有效提高了熱管循環(huán)的換熱能力和系統(tǒng)效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理方框圖；圖2空調(diào)機(jī)組功能區(qū)規(guī)劃示意圖；圖中標(biāo)號1室內(nèi)換熱器、2主電磁閥、3風(fēng)冷換熱器、4蒸發(fā)冷凝器、5儲液器、6液泵、7旁通電磁閥、10熱管模塊、20制冷模塊、21壓縮機(jī)組、22冷凝器、23節(jié)流機(jī)構(gòu)、41蒸發(fā)冷凝器蒸發(fā)通道、42蒸發(fā)冷凝器冷凝通道。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本實(shí)施例機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組，其冷源系統(tǒng)由熱管模塊10和蒸汽壓縮式制冷模塊20復(fù)合構(gòu)成。壓縮機(jī)組21的高壓排氣口依次連接冷凝器22、節(jié)流機(jī)構(gòu)23、蒸發(fā)冷凝器4的蒸發(fā)通道41，返回壓縮機(jī)組21的低壓吸氣口，構(gòu)成蒸汽壓縮式制冷循環(huán)回路，即制冷模塊20。制冷模塊20中，使用多臺制冷壓縮機(jī)構(gòu)成壓縮機(jī)組21，通過控制壓縮機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)及壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，調(diào)節(jié)第一制冷工質(zhì)的流量及產(chǎn)冷量。熱管模塊10的連接回路中依次是室內(nèi)換熱器1、主電磁閥2、風(fēng)冷換熱器3、蒸發(fā)冷凝器4的冷凝通道42、儲液器5、液泵6、室內(nèi)換熱器1。蒸發(fā)冷凝器4為板式換熱器或殼管式換熱器。制冷模塊20和熱管模塊10分別采用第一工質(zhì)和第二制冷工質(zhì)，第二工質(zhì)由液泵 6驅(qū)動，為室內(nèi)換熱器1循環(huán)供冷。本實(shí)施例中，在室內(nèi)換熱器1的出口與蒸發(fā)冷凝器4的冷凝通道42的入口之間設(shè)置旁通支路，在旁通支路中設(shè)置旁通電磁閥7，以旁通電磁閥7控制旁通支路的通或斷。參見圖2，本實(shí)施例中，將寬環(huán)溫帶分解為制冷區(qū)、復(fù)合區(qū)和熱管區(qū)各功能區(qū)，空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)的控制方式是針對不同的功能區(qū)，相應(yīng)切換冷源系統(tǒng)運(yùn)行在制冷循環(huán)、復(fù)合循環(huán)和熱管循環(huán)的不同工作模式下，其中對應(yīng)于制冷區(qū)的制冷循環(huán)模式是制冷模塊20投入工作；熱管模塊10中液泵6運(yùn)行、旁通電磁閥7開啟、主電磁閥2關(guān)閉。對應(yīng)于復(fù)合區(qū)的復(fù)合循環(huán)模式是制冷模塊20根據(jù)空調(diào)熱負(fù)荷狀況適量運(yùn)行，熱管模塊10中液泵6運(yùn)行、主電磁閥2開啟，旁通電磁閥7關(guān)閉，控制換熱管3的換熱能力和液泵6的流量使熱管模塊10工作在滿負(fù)荷狀態(tài)。
對應(yīng)于熱管區(qū)的熱管循環(huán)模式是制冷模塊20停止工作，熱管模塊10中液泵6運(yùn)行、主電磁閥2開啟、旁通電磁閥7關(guān)閉，控制風(fēng)冷換熱器(3)的換熱能力和液泵(6)的流量使熱管模塊(10)的產(chǎn)冷量與空調(diào)熱負(fù)荷相匹配。各功能區(qū)分別是制冷區(qū)為室外空氣溫度> T2 ；復(fù)合區(qū)為T1彡室外空氣溫度彡T2 ；熱管區(qū)為T1 >室外空氣溫度；其中T2 > Tl。以超級計算機(jī)的模塊空調(diào)為實(shí)施例，超級計算機(jī)CPU機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)溫度為30°C、 出風(fēng)溫度為4o°c，各功能區(qū)的劃分為室外空氣溫度> ^rc為制冷區(qū)、室外空氣溫度為 18°C 時為復(fù)合區(qū)、室外空氣溫度彡18°c時為熱管區(qū)，相應(yīng)設(shè)置空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)的控制方式為當(dāng)室外空氣溫度> 時，空調(diào)機(jī)組的冷源系統(tǒng)運(yùn)行在制冷循環(huán)模式下，此時，液泵6運(yùn)行、主電磁閥2閉合、旁通電磁閥7導(dǎo)通，制冷壓縮機(jī)組21運(yùn)行，制冷模塊20工作。 低溫低壓的第一工質(zhì)蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)組21壓縮為高溫高壓蒸汽，依次通過冷凝器22放熱冷凝和節(jié)流機(jī)構(gòu)23的節(jié)流降壓，在蒸發(fā)冷凝器4的蒸發(fā)通道41中吸熱蒸發(fā)，返回壓縮機(jī)組21 的吸氣口 ；第一工質(zhì)通過蒸發(fā)冷凝器4與第二制冷工質(zhì)進(jìn)行熱交換，為第二工質(zhì)提供冷量； 第二工質(zhì)在室內(nèi)換熱器1中吸熱蒸發(fā)，經(jīng)旁通電磁閥7、蒸發(fā)冷凝器4冷凝通道42、儲液器 5，由液泵6驅(qū)動進(jìn)入室內(nèi)換熱器1的入口端，進(jìn)行循環(huán)供冷；當(dāng)室外空氣溫度為18°C 時，空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)運(yùn)行在復(fù)合循環(huán)模式下， 此時，主電磁閥2導(dǎo)通、旁通電磁閥7關(guān)斷，熱管模塊10滿負(fù)荷運(yùn)行，制冷模塊20適量運(yùn)行以提供輔助冷量，第二工質(zhì)的循環(huán)路線為室內(nèi)側(cè)換熱器1、主電磁閥2、風(fēng)冷換熱器3、蒸發(fā)冷凝器4的冷凝通道42、儲液器5、液泵6、室內(nèi)側(cè)換熱器1的入口端，第二工質(zhì)通過風(fēng)冷換熱器3進(jìn)行風(fēng)冷換熱后，進(jìn)一步在蒸發(fā)冷凝器4中釋放所余熱量；當(dāng)室外空氣溫度彡18°C時，空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)運(yùn)行在熱管循環(huán)模式下，此時，制冷模塊20停止工作，熱管模塊10運(yùn)行，第二工質(zhì)由液泵6驅(qū)動強(qiáng)制循環(huán)，完全利用室內(nèi)外側(cè)的溫差，通過風(fēng)冷換熱器3實(shí)現(xiàn)室內(nèi)側(cè)余熱量的釋放，第二工質(zhì)的循環(huán)路線為室內(nèi)換熱器1、主電磁閥2、風(fēng)冷換熱器3、蒸發(fā)冷凝器4的冷凝通道42、儲液器5、液泵6、室內(nèi)側(cè)換熱器1的入口端；在熱管循環(huán)模式中，通過控制風(fēng)冷換熱器3的換熱能力和控制液泵6的流量來實(shí)現(xiàn)制冷量的調(diào)節(jié)，液泵6為屏蔽電泵；對于實(shí)施例的具體應(yīng)用，由于室外環(huán)境溫度最高可能達(dá)到55°C，同時室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)溫度較高，考慮到系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保及可靠性、穩(wěn)定性，第一工質(zhì)和第二工質(zhì)應(yīng)選擇循環(huán)壓力較低的RIMa、R152a、混合工質(zhì)或天然工質(zhì)。對于不同使用要求的空調(diào)對象，寬環(huán)溫區(qū)中的各功能區(qū)的規(guī)劃可做相應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明用于室內(nèi)側(cè)設(shè)定溫度為27°C的機(jī)房、基站等空調(diào)對象，在室外空氣溫度 (15°C時運(yùn)行熱管循環(huán)工作模式，可以完全利用室外低溫空氣的冷量滿足空調(diào)對象的制冷需求，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的低碳運(yùn)行和室內(nèi)空氣的高品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組，其特征是所述空調(diào)機(jī)組中的冷源系統(tǒng)由熱管模塊 (10)和制冷模塊00)復(fù)合構(gòu)成；所述制冷模塊00)是以依次連接的壓縮機(jī)組(21)、冷凝器(22)、節(jié)流機(jī)構(gòu)以及蒸發(fā)冷凝器的蒸發(fā)通道Gl)構(gòu)成第一工質(zhì)循環(huán)回路，所述壓縮機(jī)組的高壓排氣口與冷凝器02)的入口相連接，所述壓縮機(jī)組的低壓吸氣口與蒸發(fā)通道Gl)的出口相連接；所述壓縮機(jī)組由多臺制冷壓縮機(jī)構(gòu)成，通過控制制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)以及控制制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，調(diào)節(jié)所述制冷模塊OO)的產(chǎn)冷量；所述熱管模塊(10)是以依次連接的室內(nèi)換熱器(1)、主電磁閥( 、風(fēng)冷換熱器(3)、蒸發(fā)冷凝器⑷的冷凝通道(42)、儲液器(5)和液泵(6)構(gòu)成第二工質(zhì)主回路，所述室內(nèi)換熱器(1)的出口與主電磁閥⑵的入口連接，室內(nèi)換熱器(1)的入口與液泵(6)的出口連接； 在所述室內(nèi)換熱器(1)的出口與蒸發(fā)冷凝器的冷凝通道0 的入口之間設(shè)置旁通支路，在所述旁通支路中設(shè)置旁通電磁閥(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組，其特征是所述蒸發(fā)冷凝器為板式換熱器或殼管式換熱器。
3.—種權(quán)利要求1所述的機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組的控制方法，其特征是將寬環(huán)溫帶分解為制冷區(qū)、復(fù)合區(qū)和熱管區(qū)三個功能區(qū)，所述空調(diào)機(jī)組中冷源系統(tǒng)的控制方式是針對不同的功能區(qū)，相應(yīng)切換冷源系統(tǒng)運(yùn)行制冷循環(huán)、復(fù)合循環(huán)和熱管循環(huán)工作模式，其中對應(yīng)于制冷區(qū)的制冷循環(huán)工作模式是制冷模塊OO)投入工作；熱管模塊(10)中液泵(6)運(yùn)行、旁通電磁閥(7)開啟、主電磁閥(2)關(guān)閉；對應(yīng)于復(fù)合區(qū)的復(fù)合循環(huán)工作模式是制冷模塊OO)根據(jù)空調(diào)熱負(fù)荷狀況適量運(yùn)行， 熱管模塊(10)中液泵(6)運(yùn)行、主電磁閥(2)開啟，旁通電磁閥(7)關(guān)閉，控制風(fēng)冷換熱器 (3)的換熱能力和液泵(6)的流量使熱管模塊(10)滿負(fù)荷運(yùn)行；對應(yīng)于熱管區(qū)的熱管循環(huán)工作模式是制冷模塊OO)停止工作，熱管模塊(10)中液泵 (6)運(yùn)行、主電磁閥(2)開啟、旁通電磁閥(7)關(guān)閉，控制風(fēng)冷換熱器(3)的換熱能力和液泵 (6)的流量使熱管模塊(10)的產(chǎn)冷量與空調(diào)熱負(fù)荷相匹配； 所述各功能區(qū)分別是 所述制冷區(qū)為室外空氣溫度> T2 ； 所述復(fù)合區(qū)為T1彡室外空氣溫度彡T2 ； 所述熱管區(qū)為T1 >室外空氣溫度； 其中T2 > Tl。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)房用熱管復(fù)合型空調(diào)機(jī)組及其控制方法，其特征是空調(diào)機(jī)組中的冷源系統(tǒng)由熱管模塊和制冷模塊復(fù)合構(gòu)成；制冷模塊是以壓縮機(jī)組、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、蒸發(fā)冷凝器的蒸發(fā)通道等構(gòu)成第一工質(zhì)循環(huán)回路；熱管模塊是以室內(nèi)換熱器、主電磁閥、風(fēng)冷換熱器、蒸發(fā)冷凝器的冷凝通道、儲液器和液泵等構(gòu)成第二工質(zhì)主回路；在室內(nèi)換熱器的出口與蒸發(fā)冷凝器的冷凝通道的入口之間設(shè)置旁通支路，在旁通支路中設(shè)置旁通電磁閥。本發(fā)明將寬環(huán)溫帶分解為制冷區(qū)、復(fù)合區(qū)和熱管區(qū)三個功能區(qū)，冷源系統(tǒng)針對不同的功能區(qū)相應(yīng)切換運(yùn)行制冷循環(huán)、復(fù)合循環(huán)和熱管循環(huán)工作模式。本發(fā)明可最大化利用室外自然冷源，實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行和節(jié)能。
文檔編號F24F11/00GK102538100SQ20121003708
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者劉向農(nóng), 王冠英, 王蒙, 王鐵軍 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)