一种热管空调组合装置及制冷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制冷与空调技术领域，具体涉及一种热管空调组合装置及制冷方法。
【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。传统上完全依靠空调系统进行降温温控，需要空调压缩机长时间运行，导致机房能耗大、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)分别提出了一种整体式和分体式的热管空调组合装置方案，其基本思路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，即组成唯一一个工作回路；当外部环境温度较低时热管系统独立工作；当外部环境温度较高使得热管系统不能满足降温要求时停止热管模式运行时，将空调系统切换进入工作环路以空调模式运行，以达到既充分利用自然冷源又可全年支持降温工作的目的。上述方案空调机组和热管两套系统不能同时运行、只允许切换工作，降低了自然冷源利用率，并且两套系统在结构和性能设计上互相牵制从而导致装置整体运行性能和可靠性受到局限，对数据中心或通信机房中设备的安全稳定运行形成潜在风险。
[0004]一种复叠机械制冷的液泵驱动热管装置及运行方法(CN201210084797.9)针对上述问题提出了改进方案，即主工作回路只共用一套室内蒸发器的方案，机械制冷回路和热管冷却回路为独立结构，可以单独或者同时工作，主工作回路冷凝器由室外换热器(参与热管冷却回路)与换热器串联相接而成。该方案中由于室外换热器与换热器串接，导致回路管道内制冷工质流动互相牵制，为减少牵制而单独设置直通管路以及增加控制阀门，但在机械制冷回路和热管冷却回路同时工作情况下无法避免互相牵制，而且在一定温差情况下室外换热器变成换热器的热阻，降低了装置的制冷效能；另外该方案所采用的运行方法，在边界温差情况下将导致回路的频繁切换进而导致机组整体性能和可靠性的降低，因此该解决方案存在一定的缺陷。
[0005]因此，如何设计一种既能提高室外自然冷源利用率，又能提高机组整体性能和可靠性，进而研宄提出更佳的解决方案，确保数据中心或通信机房设备全年正常稳定运行的制冷降温装置，是本领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种热管空调组合装置及制冷方法，通过机械制冷回路和热管冷却回路更加完善的结构设计和更加合理的制冷方法设计，并通过自动感应和手动调节双重手段，实现本发明中的装置能够采用单独或联合运行等多种工作模式，在适应不同的室外环境温度情况，满足机房内全年室内温控的可靠和高效的同时，延长装置的使用寿命。
[0007]本发明采用如下技术方案:
[0008]一种热管空调组合装置，包括热管冷却回路和机械制冷回路，所述机械制冷回路由换热器空调侧输入输出、气液分离器、压缩机、冷凝器和节流部件首尾依次连接而成；热管冷却回路由室内蒸发器、阀门组件、室外一体化换热器、储液器、液泵首尾依次相连而成；
[0009]所述室外一体化换热器由所述室外热管冷凝器和所述换热器组成，所述室外热管冷凝器的输出与所述换热器热管侧输出并联，所述换热器热管侧输入与第一阀门组串接，所述室外热管冷凝器输入与第二阀门组串接；
[0010]所述室外热管冷凝器设置在所述室外一体化热换器的高部，所述换热器设置在所述室外一体化热换器的低部；
[0011]所述换热器高于液泵；
[0012]所述室内蒸发器位于机房内。
[0013]优选地，所述第二阀门组和所述第一阀门组均由手动阀门和感应阀门混合组成。
[0014]优选地，所述第二阀门组和所述第一阀门组均各由一个手动阀门构成。
[0015]优选地，所述换热器为间壁换热器或混合式换热器。
[0016]优选地，所述室内蒸发器和室外热管冷凝器均为风冷式翅片结构。
[0017]优选地，所述室外热管冷凝器使用室外自然冷源参与热管制冷，所述换热器采用机械制冷源参与热管制冷。
[0018]优选地，所述热管冷却回路和机械制冷回路的管道内部均密封制冷工质。
[0019]优选地，所述液泵为喷射泵、虹吸泵或机械泵。
[0020]本发明另一目的在于提供一种热管空调组合装置的制冷方法，具体如下:
[0021]启动装置，蒸发器正常运行，当温差T1-To > N2时，开启第二阀门组，将所述室外热管冷凝器启动并运行、开启第一阀门组将所述机械制冷回路启动并运行，使所述热管回路可同时使用室外自然冷源和机械制冷源为室内降温；其中Ti为室内温度，To为室外温度，N2为热管使用室外自然冷源开启运行的临界温差上限，一般N2 ^ 5 ;
[0022]若室内外温差继续增加，当T1-To > M2时，关闭所述机械制冷回路运行、开启所述室外热管冷凝器运行，使所述热管回路单独使用室外自然冷源为室内降温，M2为热管单独采用室外自然冷源实现足够温控的稳定温差上限，一般M2 ^ 10以及M2 > N2 ;此时与所述换热器热管侧输入串接的第一阀门组关闭，与所述室外热管冷凝器串接的第二阀门组开启；
[0023]若室内外温差发生减少，且温差T1-To < Ml时，开启所述机械制冷回路运行、开启所述室外热管冷凝器运行，使所述热管回路可同时使用室外自然冷源和机械制冷源为室内降温，Ml为所述热管回路单独采用室外自然冷源实现足够温控的稳定温差下限，M2 ^ Ml ；此时所述换热器热管侧输入串接的第一阀门组开启，与所述室外热管冷凝器串接的第二阀门组开启；
[0024]若室内外温差持续发生减少，且温差T1-To < NI时，关闭所述室外热管冷凝器运行、开启所述机械制冷回路运行，使所述热管回路单独使用机械制冷源实现室内降温，NI为所述热管回路开启使用室外自然冷源运行的临界温差下限，N2 ^ NI ;此时与所述换热器热管侧输入串接的第一阀门组开启，与所述室外热管冷凝器串接的第二阀门组关闭。
[0025]本发明实施例中，由于室外热管冷凝器和换热器并联相接设置，且分别设置在组合换热器、即室外一体化换热器的高部和低部，被汽化的工质液体优先通过换热器，在双回路联合工作情况下室外热管冷凝器和换热器的互相牵制影响较小，避免了室外热管冷凝器成为换热器的热阻；也无需为回路单独工作情况下设置独立直通管路使得装置更加简化；
[0026]本发明实施例通过N2与NI分别对应热管冷却回路开启与关闭的控制点，避免热管冷却回路在室内外临界温差情况下的频繁开启与关闭，提升了对自然冷源的利用；
[0027]前述装置或方法中，通过Ml与M2分别对应机械制冷回路开启与关闭的控制点，避免机械制冷回路在室内外稳定工作温差情况下的频繁开启与关闭，有效地保护了机组设备;
[0028]本发明提供的装置或方法中，在机械制冷回路和热管冷却回路中设置手动阀门，一方面，能够解决在边界温差情况下，当回路频繁切换导致机组整体性能失灵、切换功能丧失情形发生时，通过旋转并控制手动阀门组件的开合，实现对装置中机械制冷回路或热管冷却回路的机械控制，继续保持热管空调组合装置正常热冷交换功能；另一方面，在一些日照条件较好、室外温度较高的地区，当室内室外温差不大，随着机械制冷回路和热管冷却回路模式的切换，室内室外温差趋于边界温差时，即要么是室外温度较高一点，要么是室外温度较高一些，而两者温差大小基本在一个范围内恒定的状态下，此时回路的切换变得异常频繁，此时通