一種熱管空調組合裝置及制冷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制冷與空調技術領域，具體涉及一種熱管空調組合裝置及制冷方法。
【背景技術】
[0002]在數據中心或通信機房中，連續運行的IT和通訊設備發熱量大，需要專門的冷卻降溫設備進行常年溫度控制，以保證設備的正常工作運行。傳統上完全依靠空調系統進行降溫溫控，需要空調壓縮機長時間運行，導致機房能耗大、業務運行成本高；為實現機房空調系統的節能減排，一種方法是通過引入熱管散熱方式以盡可能利用室外自然冷源，減少空調壓縮機工作時間。
[0003]無動力一體式熱管空調組合機組及制冷方法(CN201110368029.1)、一種帶自然冷卻功能的液泵供液多聯式空調機組(CN200910235429.8)分別提出了一種整體式和分體式的熱管空調組合裝置方案，其基本思路是空調系統與熱管系統以切換方式共用一套蒸發器和冷凝器，即組成唯一一個工作回路；當外部環境溫度較低時熱管系統獨立工作；當外部環境溫度較高使得熱管系統不能滿足降溫要求時停止熱管模式運行時，將空調系統切換進入工作環路以空調模式運行，以達到既充分利用自然冷源又可全年支持降溫工作的目的。上述方案空調機組和熱管兩套系統不能同時運行、只允許切換工作，降低了自然冷源利用率，并且兩套系統在結構和性能設計上互相牽制從而導致裝置整體運行性能和可靠性受到局限，對數據中心或通信機房中設備的安全穩定運行形成潛在風險。
[0004]一種復疊機械制冷的液泵驅動熱管裝置及運行方法(CN201210084797.9)針對上述問題提出了改進方案，即主工作回路只共用一套室內蒸發器的方案，機械制冷回路和熱管冷卻回路為獨立結構，可以單獨或者同時工作，主工作回路冷凝器由室外換熱器(參與熱管冷卻回路)與換熱器串聯相接而成。該方案中由于室外換熱器與換熱器串接，導致回路管道內制冷工質流動互相牽制，為減少牽制而單獨設置直通管路以及增加控制閥門，但在機械制冷回路和熱管冷卻回路同時工作情況下無法避免互相牽制，而且在一定溫差情況下室外換熱器變成換熱器的熱阻，降低了裝置的制冷效能；另外該方案所采用的運行方法，在邊界溫差情況下將導致回路的頻繁切換進而導致機組整體性能和可靠性的降低，因此該解決方案存在一定的缺陷。
[0005]因此，如何設計一種既能提高室外自然冷源利用率，又能提高機組整體性能和可靠性，進而研宄提出更佳的解決方案，確保數據中心或通信機房設備全年正常穩定運行的制冷降溫裝置，是本領域亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種熱管空調組合裝置及制冷方法，通過機械制冷回路和熱管冷卻回路更加完善的結構設計和更加合理的制冷方法設計，并通過自動感應和手動調節雙重手段，實現本發明中的裝置能夠采用單獨或聯合運行等多種工作模式，在適應不同的室外環境溫度情況，滿足機房內全年室內溫控的可靠和高效的同時，延長裝置的使用壽命。
[0007]本發明采用如下技術方案:
[0008]一種熱管空調組合裝置，包括熱管冷卻回路和機械制冷回路，所述機械制冷回路由換熱器空調側輸入輸出、氣液分離器、壓縮機、冷凝器和節流部件首尾依次連接而成；熱管冷卻回路由室內蒸發器、閥門組件、室外一體化換熱器、儲液器、液泵首尾依次相連而成；
[0009]所述室外一體化換熱器由所述室外熱管冷凝器和所述換熱器組成，所述室外熱管冷凝器的輸出與所述換熱器熱管側輸出并聯，所述換熱器熱管側輸入與第一閥門組串接，所述室外熱管冷凝器輸入與第二閥門組串接；
[0010]所述室外熱管冷凝器設置在所述室外一體化熱換器的高部，所述換熱器設置在所述室外一體化熱換器的低部；
[0011]所述換熱器高于液泵；
[0012]所述室內蒸發器位于機房內。
[0013]優選地，所述第二閥門組和所述第一閥門組均由手動閥門和感應閥門混合組成。
[0014]優選地，所述第二閥門組和所述第一閥門組均各由一個手動閥門構成。
[0015]優選地，所述換熱器為間壁換熱器或混合式換熱器。
[0016]優選地，所述室內蒸發器和室外熱管冷凝器均為風冷式翅片結構。
[0017]優選地，所述室外熱管冷凝器使用室外自然冷源參與熱管制冷，所述換熱器采用機械制冷源參與熱管制冷。
[0018]優選地，所述熱管冷卻回路和機械制冷回路的管道內部均密封制冷工質。
[0019]優選地，所述液泵為噴射泵、虹吸泵或機械泵。
[0020]本發明另一目的在于提供一種熱管空調組合裝置的制冷方法，具體如下:
[0021]啟動裝置，蒸發器正常運行，當溫差T1-To > N2時，開啟第二閥門組，將所述室外熱管冷凝器啟動并運行、開啟第一閥門組將所述機械制冷回路啟動并運行，使所述熱管回路可同時使用室外自然冷源和機械制冷源為室內降溫；其中Ti為室內溫度，To為室外溫度，N2為熱管使用室外自然冷源開啟運行的臨界溫差上限，一般N2 ^ 5 ;
[0022]若室內外溫差繼續增加，當T1-To > M2時，關閉所述機械制冷回路運行、開啟所述室外熱管冷凝器運行，使所述熱管回路單獨使用室外自然冷源為室內降溫，M2為熱管單獨采用室外自然冷源實現足夠溫控的穩定溫差上限，一般M2 ^ 10以及M2 > N2 ;此時與所述換熱器熱管側輸入串接的第一閥門組關閉，與所述室外熱管冷凝器串接的第二閥門組開啟；
[0023]若室內外溫差發生減少，且溫差T1-To < Ml時，開啟所述機械制冷回路運行、開啟所述室外熱管冷凝器運行，使所述熱管回路可同時使用室外自然冷源和機械制冷源為室內降溫，Ml為所述熱管回路單獨采用室外自然冷源實現足夠溫控的穩定溫差下限，M2 ^ Ml ；此時所述換熱器熱管側輸入串接的第一閥門組開啟，與所述室外熱管冷凝器串接的第二閥門組開啟；
[0024]若室內外溫差持續發生減少，且溫差T1-To < NI時，關閉所述室外熱管冷凝器運行、開啟所述機械制冷回路運行，使所述熱管回路單獨使用機械制冷源實現室內降溫，NI為所述熱管回路開啟使用室外自然冷源運行的臨界溫差下限，N2 ^ NI ;此時與所述換熱器熱管側輸入串接的第一閥門組開啟，與所述室外熱管冷凝器串接的第二閥門組關閉。
[0025]本發明實施例中，由于室外熱管冷凝器和換熱器并聯相接設置，且分別設置在組合換熱器、即室外一體化換熱器的高部和低部，被汽化的工質液體優先通過換熱器，在雙回路聯合工作情況下室外熱管冷凝器和換熱器的互相牽制影響較小，避免了室外熱管冷凝器成為換熱器的熱阻；也無需為回路單獨工作情況下設置獨立直通管路使得裝置更加簡化；
[0026]本發明實施例通過N2與NI分別對應熱管冷卻回路開啟與關閉的控制點，避免熱管冷卻回路在室內外臨界溫差情況下的頻繁開啟與關閉，提升了對自然冷源的利用；
[0027]前述裝置或方法中，通過Ml與M2分別對應機械制冷回路開啟與關閉的控制點，避免機械制冷回路在室內外穩定工作溫差情況下的頻繁開啟與關閉，有效地保護了機組設備;
[0028]本發明提供的裝置或方法中，在機械制冷回路和熱管冷卻回路中設置手動閥門，一方面，能夠解決在邊界溫差情況下，當回路頻繁切換導致機組整體性能失靈、切換功能喪失情形發生時，通過旋轉并控制手動閥門組件的開合，實現對裝置中機械制冷回路或熱管冷卻回路的機械控制，繼續保持熱管空調組合裝置正常熱冷交換功能；另一方面，在一些日照條件較好、室外溫度較高的地區，當室內室外溫差不大，隨著機械制冷回路和熱管冷卻回路模式的切換，室內室外溫差趨于邊界溫差時，即要么是室外溫度較高一點，要么是室外溫度較高一些，而兩者溫差大小基本在一個范圍內恒定的狀態下，此時回路的切換變得異常頻繁，此時通