CN108366516B - 被动式热管自然冷机房空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种被动式热管自然冷机房空调系统及其控制方法，机房空调系统包括被动式热管循环系统和辅助冷源系统；被动式热管循环系统包括设置在室内的至少一个热管蒸发器，与热管蒸发器连接、冷却热管换热介质的热管冷凝器以及连接热管蒸发器和热管冷凝器、将经热管冷凝器冷却后的热管换热介质运送至热管蒸发器的换热介质增压单元；辅助冷源系统包括设置在室外、可用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器，换热器包括连接辅助冷源的冷源入口端和冷源出口端；换热器的换热介质入口端连接热管冷凝器的出口，换热器的换热介质出口端连接换热介质增压单元的入口。本发明能充分利用自然冷源制冷，实现机房的节能；同时采用热管相变换热，换热效率高。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，更具体地说，涉及一种被动式热管自然冷机房空调系统及其控制方法。
背景技术
目前诸多数据中心中采用传统制冷解决方案，如风冷直膨型式、冷冻水型式、风冷双冷源型式等。传统冷却方案主要存在以下方面不足：
1、传统方案单元空调机组比较分散、占地空间大，末端型式单一；
2、不能充分利用室外低温条件下的自然冷源，难以满足绿色节能机房建设要求；
3、室外低温情况下，冷冻水盘管容易冻结无法进行正常供水循环的风险。
随着数据中心行业近年发展以及国家节能政策要求越来越高，节能发展且高可靠性的应用会是绿色数据中心建设方案的首选。在此大背景下也催生着各种绿色节能方案；如采用空-空间接蒸发冷却方案、新风冷却方案、以水为介质间接蒸发冷却方案等；但就目前的节能冷却方案应用主要存在以下不足：
1、采用空-空换热间接冷却方案，换热效率比较低，同种冷量规格尺寸比较大；2、新风冷却方案，新风洁净处理以及后期维护成本比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的被动式热管自然冷机房空调系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，包括被动式热管循环系统和辅助冷源系统；
所述被动式热管循环系统包括设置在室内的至少一个热管蒸发器，与所述热管蒸发器连接、用于冷却热管换热介质的热管冷凝器以及连接所述热管蒸发器和热管冷凝器、将经热管冷凝器冷却后的热管换热介质运送至所述热管蒸发器的换热介质增压单元；
所述辅助冷源系统包括设置在室外、可用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器，所述换热器包括连接辅助冷源的冷源入口端和冷源出口端；所述换热器的换热介质入口端连接所述热管冷凝器的出口，所述换热器的换热介质出口端连接所述换热介质增压单元的入口。
优选地，所述换热介质增压单元包括用于存储热管换热介质的储液罐和为所述热管换热介质增压的热管动力泵；所述储液罐的入口连接所述热管冷凝器的出口，所述储液罐的出口连接所述热管动力泵的入口，所述热管动力泵的出口连接所述热管蒸发器的入口。
优选地，所述辅助冷源系统还包括设置在所述换热器的冷源入口端、用于外接冷源的入口法兰和设置在所述换热器的冷源出口端的出口法兰。
优选地，所述被动式热管自然冷机房空调系统还包括与所述换热器并联的旁通支管，所述旁通支管的入口端连接所述热管冷凝器的出口，所述旁通支管的出口端连接所述换热介质增压单元的入口；
所述换热器的换热介质入口端设置有第一电磁阀，所述换热器的换热介质出口端设置有单向阀，所述旁通支管上设置有第二电磁阀。
优选地，所述热管蒸发器为风冷热管蒸发器，所述热管冷凝器为风冷热管冷凝器；所述被动式热管循环系统还包括为所述热管蒸发器送风的热管蒸发风机和为所述热管冷凝器送风的热管冷凝风机。
优选地，所述被动式热管循环系统包括多个并联连接的热管蒸发器，每个所述热管蒸发器的入口处均设置有节流控制阀。
优选地，所述被动式热管循环系统还包括对室外空气进行喷淋降温的喷淋装置。
本发明还构造了一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S10、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)和第一室外温度Ta；
S20、判断所述第一室外温度Ta是否满足第一切换条件；所述第一切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差；
S30、若所述第一室外温度Ta满足所述第一切换条件，则采用热管模式制冷；
S40、若所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，所述步骤S40中，在所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S401、判断所述第一室外温度Ta是否满足第二切换条件；所述第二切换条件为其中，/>为预设第二切换温差；
S402、若所述第一室外温度Ta满足所述第二切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S403、若所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，所述步骤S402中，在所述第一室外温度Ta满足所述第二切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4021、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第三切换条件；所述第三切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S4022、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第三切换条件，则采用热管模式制冷；
S4023、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第三切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
本发明还构造了一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S100、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)、经过喷淋后的第二室外温度Ta1以及室外相对湿度RH；
S200、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第四切换条件；所述第四切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差；
S300、若所述第二室外温度Ta1满足所述第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S400、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，所述步骤S400中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第五切换条件；所述第五切换条件为其中，/>为预设第二切换温差；
S420、若所述第二室外温度Ta1满足所述第五切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S430、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，所述步骤S420中，在所述第二室外温度Ta1满足所述第五切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S421、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第六切换条件；所述第六切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S422、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第六切换条件，则采用热管模式制冷；
S423、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第六切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件之后，执行所述步骤S410之前，还包括以下步骤：
S500、判断室外相对湿度RH是否满足第七切换条件；所述第七切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若所述室外相对湿度RH满足所述第七切换条件，则启用喷淋装置，采用热管模式制冷；
S520、若所述室外相对湿度RH不满足所述第七切换条件，则执行所述步骤S410。
优选地，在启用所述喷淋装置之后，采用热管模式制冷之前，还包括以下步骤：
S511、判断所述第二室外温度Ta1是否满足所述第四切换条件；
S512、若所述第二室外温度Ta1满足所述第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S513、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件，则执行所述步骤S410。
实施本发明的被动式热管自然冷机房空调系统及其控制方法，具有以下有益效果：1、可以充分利用室外自然冷源，系统简单可靠；2、不引水进入数据中心机房，可靠性高；3、采用热管技术相变换热，换热效率高、设备尺寸小；4、不直接引入新风，空气质量有保证；5、热管蒸发末端灵活设计，按照需求分散设计，满足服务器机柜要求，不受空间结构限制；6、依据热管泵循环系统对室内温度进行调节，避免多联回油、压缩机液击等可靠性控制风险，系统运行可靠性提高；7、对辅助冷源系统的温度控制要求降低，提升辅助冷源系统的运行能效区间。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的第二实施例的结构示意图；
图3是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的第三实施例的结构示意图；
图4是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的第四实施例的结构示意图；
图5是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法的第一实施例的逻辑框图；
图6是本发明被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法的第二实施例的逻辑框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本发明的被动式热管自然冷机房空调系统包括：被动式热管循环系统和辅助冷源系统；其中，被动式热管循环系统包括设置在室内的至少一个热管蒸发器3，与热管蒸发器3连接、用于冷却热管换热介质的热管冷凝器4以及连接热管蒸发器3和热管冷凝器4、将经热管冷凝器4冷却后的热管换热介质运送至热管蒸发器3的换热介质增压单元；辅助冷源系统包括设置在室外、可用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器6，换热器6包括连接辅助冷源的冷源入口端和冷源出口端；换热器6的换热介质入口端连接热管冷凝器4的出口，换热器6的换热介质出口端连接换热介质增压单元的入口。
在图1-图4所示的本发明被动式热管自然冷机房空调系统的实施例中，热管蒸发器3为风冷热管蒸发器，热管冷凝器4为风冷热管冷凝器；被动式热管循环系统还包括为热管蒸发器3送风的热管蒸发风机和为热管冷凝器4送风的热管冷凝风机。其中，热管蒸发器3的数量和位置可以进行多样化设计，分散地服务于室内机柜和解决局部热点问题。
热管蒸发器3的数量可以根据实际情况进行选择，可以是一个，也可以是两个或者两个以上，本发明对此不进行限制。每个热管蒸发器的入口设置有与该热管蒸发器匹配的节流控制单元，例如节流控制阀2(或2-1，2-2，…，2-N)。例如，在图3所示本发明的被动式热管自然冷机房空调系统第三实施例和图4所示本发明的被动式热管自然冷机房空调系统第四实施例中，被动式热管循环系统包括一个热管蒸发器3，该热管蒸发器3的入口处设置有节流控制阀2。又如，在图1所示本发明的被动式热管自然冷机房空调系统第一实施例和图2所示本发明的被动式热管自然冷机房空调系统第二实施例中，被动式热管循环系统包括多个并联连接的热管蒸发器，如热管蒸发器3-1、热管蒸发器3-2、……热管蒸发器3-N，每个热管蒸发器的入口处均设置有节流控制阀，如热管蒸发器3-1的入口处设置有节流控制阀2-1，热管蒸发器3-2的入口处设置有节流控制阀2-2，……热管蒸发器3-N的入口处设置有节流控制阀2-N。具体的，当被动式热管循环系统包括多个并联连接的热管蒸发器时，多个并联的热管蒸发器的入口端通过第一管道连接热管动力泵1的出口，多个并联的热管蒸发器的出口端通过第二管道连接热管冷凝器4的入口。通过并联设置，可以实现热管蒸发器在空调系统中的备份，减少整个系统的故障概率，提高系统的可靠性。
进一步地，如图1-图4所示，被动式热管循环系统还包括对室外空气进行喷淋降温的喷淋装置12。优选地，喷淋装置12靠近热管冷凝器4设置。该喷淋装置12属于可选配置的装置，可以根据应用环境和用户需求进行选择性配置。
如图1-图4所示，优选地，换热介质增压单元包括用于存储热管换热介质的储液罐7和为热管换热介质增压的热管动力泵1；储液罐7的入口连接热管冷凝器4的出口，储液罐7的出口连接热管动力泵1的入口，热管动力泵1的出口连接热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)的入口。具体的，热管动力泵1的出口连接节流控制阀2(或2-1，2-2，…，2-N)的入口，节流控制阀2(或2-1，2-2，…，2-N)的出口连接热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)的入口。热管换热介质可以由某种制冷剂工质参与循环，如R22、R410A、R134A或者R407C等，但并不局限于所列出的几种工质。
换热器6可以是板式换热器、套管换热器或者壳管换热器，应用不同换热器的型式均属于发明专利范围。具体的，换热器6包括可以进行热交换的两个换热部，分别为第一换热部和第二换热部，其中第一换热部设置在热管换热介质循环回路中，第二换热部设置在冷源循环回路中。换热介质增压单元连接第一换热部和热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，并将第一换热部降温后的热管换热介质运送至热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)。外部辅助冷源连接第二换热部并将辅助冷源送至第二换热部，第二换热部通过外部提供的辅助冷源与第一换热部中的热管换热介质进行热交换，使热管换热介质降温。降温后的热管换热介质通过换热介质增压单元进入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)中，完成最终的室内制冷降温。
如图1-图4所示，优选地，辅助冷源系统还包括设置在换热器6的冷源入口端、用于外接辅助冷源的入口法兰10和设置在换热器6的冷源出口端的出口法兰11，形成预留对外接口。具体的，所述换热器6的冷源入口为换热器6的第二换热部入口，所述换热器6的冷源出口为换热器6的第二换热部出口，辅助冷源系统的辅助冷源可以采用冷冻水或者冷却水供应，也可以采用其他合适温度的冷源。例如，当辅助冷源为冷水时，冷水从换热器6的第二换热部入口进入第二换热部中，在换热器6的的第二换热部中，冷水通过热交换对第一换热部中的热管换热介质进行降温，原本的冷水经过热交换后水温升高，从换热器6的第二换热部出口流出；而第一换热部中的热管换热介质过降温后，通过换热介质增压单元进入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成最终的室内制冷降温。当换热器6的冷源入口端没有外接辅助冷源时，此时换热器6只作为流通通道供热管换热介质流过，不会对热管换热介质进行降温处理。
如图1、图5所示，在本发明的被动式热管自然冷机房空调系统第一实施例和第四实施例中，该被动式热管自然冷机房空调系统还包括与换热器6并联连接的旁通支管13。该旁通支管13的入口端连接热管冷凝器4的出口，旁通支管13的出口端连接换热介质增压单元的入口；换热器6的换热介质入口端设置有第一电磁阀8-1，换热器6的换热介质出口端设置有单向阀9，旁通支管13上设置有第二电磁阀8-2。
具体的，当换热器6的冷源入口端没有外接辅助冷源且设置有所述旁通支管13时，热管换热介质可以有以下两种流通方式：第一种、热管换热介质从旁通支管13通过，此时换热器6作为一个隔断装置，由热管冷凝器4出来的热管换热介质不会通过换热器6，热管换热介质从旁通支管13通过后进入换热介质增压单元；第二种、热管换热介质热器从换热管通过，此时旁通支管13作为一个隔断装置，由热管冷凝器4出来的热管换热介质不会通过旁通支管13；而且换热器6只作为流通通道供热管换热介质流过，不会对热管换热介质进行降温处理，热管换热介质从换热器6通过后进入换热介质增压单元。
可以理解的，根据各器件安装位置的不同，本发明的被动式热管自然冷机房空调系统可以分为被动式热管蒸发侧部分100和被动式热管冷凝侧部分200，如图1-图4所示。其中，被动式热管蒸发侧部分100主要包括热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)和热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)的入口处的节流控制阀2(或2-1，2-2，…，2-N)，形成热管蒸发末端。被动式热管冷凝侧部分200主要包括热管冷凝器4、第一电磁阀8-1、第二电磁阀8-2、换热器6、入口法兰10、出口法兰11、储液罐7和热管动力泵1等。优选地，本发明的被动式热管自然冷机房空调系统在图1-图4所示各实施例中的各器件可以按照图中的虚框要求封装，也可以根据实际应用情况选择不同器件封装，但不同封装方式均属于本专利包含的内容。
本发明的被动式热管自然冷机房空调系统具体实施时可包括热管模式和辅助冷源-热管混合模式这两种制冷模式，用户可以根据不同的应用条件选择合适的制冷模式。其中，热管模式为：热管换热介质，依次经过热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，再经过热管冷凝器4，将热管换热介质的热负荷释放到室外，热管换热介质由气态转换为液态；然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7(或者经过第二电磁阀8-2和旁通支管13进入换热介质增压单元的储液罐7)；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送回热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
辅助冷源-热管混合模式为：在热管模式下，开启辅助冷源系统；通过辅助冷源系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量，并通过换热器6将热管换热介质的温度进一步降低，而辅助冷源在换热器6中吸收热量，将室内热负荷进一步转移走；然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送回热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成辅助冷源-热管混合制冷。
如图5所示，本发明还构造了一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，可以应用于本发明中所述的被动式热管自然冷机房空调系统。参阅图5，该控制方法包括以下步骤：
S10、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)和第一室外温度Ta。其中，热管蒸发器设置于室内，第一室外温度Ta为室外环境温度或者热管冷凝器入口温度，热管冷凝器设置于室外。
S20、判断第一室外温度Ta是否满足第一切换条件；所述第一切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差。举例说明，如图1所示，Tn1为热管蒸发器3-1的回风温度(又称进风温度)，Tn2为热管蒸发器3-2的回风温度，……依此类推，TnN为热管蒸发器3-N的回风温度，而AVG(Tnx)则为热管蒸发器3-1～3-N的平均回风温度。
S30、若第一室外温度Ta满足第一切换条件，则采用热管模式制冷。
S40、若第一室外温度Ta不满足第一切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，步骤S40中，在第一室外温度Ta不满足第一切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S401、判断第一室外温度Ta是否满足第二切换条件；所述第二切换条件为其中，/>为预设第二切换温差。
S402、若第一室外温度Ta满足第二切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S403、若第一室外温度Ta不满足第二切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，步骤S402中，在第一室外温度Ta满足第二切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4021、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第三切换条件；第三切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S4022、若实际最大制冷需求Max(Cr)满足第三切换条件，则采用热管模式制冷；
S4023、若实际最大制冷需求Max(Cr)不满足第三切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
其中，在本发明被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法中，热管模式为：热管换热介质，依次经过热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，再经过热管冷凝器4，将热管换热介质的热负荷释放到室外，热管换热介质由气态转换为液态；然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7(或者经过第二电磁阀8-2和旁通支管13进入换热介质增压单元的储液罐7)；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
辅助冷源-热管混合模式为：在热管模式下，开启辅助冷源系统；通过辅助冷源系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量，并通过换热器6将热管换热介质的温度进一步降低，而辅助冷源在换热器6中吸收热量，将室内热负荷转移走，然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成辅助冷源-热管混合制冷。
可以理解的，本发明的被动式热管自然冷机房空调系统还可以通过采集室外环境温度和每个热管蒸发器的送风温度Tsx(x＝1、2、3……，N)，根据各热管蒸发器的送风温度和室外环境温度进行制冷模式切换控制。
如图6所示，本发明还构造了一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，可以应用于本发明中所述的被动式热管自然冷机房空调系统。参阅图6，该控制方法包括以下步骤：
S100、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)、经过喷淋后的第二室外温度Ta1以及室外相对湿度RH。具体的，热管蒸发器设置于室内，第二室外温度Ta1为室外空气经喷淋后的温度或者经喷淋后的热管冷凝器入口温度，热管冷凝器设置于室外。
S200、判断第二室外温度Ta1是否满足第四切换条件；第四切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差。具体的，如图1所示，Tn1为热管蒸发器3-1的回风温度(又称进风温度)，Tn2为热管蒸发器3-2的回风温度，……依此类推，TnN为热管蒸发器3-N的回风温度，而AVG(Tnx)则为热管蒸发器3-1～3-N的平均回风温度。
S300、若第二室外温度Ta1满足第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S400、若第二室外温度Ta1不满足第四切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，步骤S400中，在第二室外温度Ta1不满足第四切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断第二室外温度Ta1是否满足第五切换条件；所述第五切换条件为其中，/>为预设第二切换温差；
S420、若第二室外温度Ta1满足第五切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S430、若第二室外温度Ta1不满足第五切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，步骤S420中，在第二室外温度Ta1满足第五切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S421、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第六切换条件；所述第六切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S422、若实际最大制冷需求Max(Cr)满足第六切换条件，则采用热管模式制冷；
S423、若实际最大制冷需求Max(Cr)不满足第六切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
优选地，在第二室外温度Ta1不满足第四切换条件之后，执行步骤S410之前，还包括以下步骤：
S500、判断室外相对湿度RH是否满足第七切换条件；第七切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若室外相对湿度RH满足第七切换条件，则启用喷淋装置12，采用热管模式制冷。具体的，启用喷淋装置12是对室外空气进行喷淋。
S520、若室外相对湿度RH不满足第七切换条件，则执行步骤S410。
优选地，在启用喷淋装置12之后，采用热管模式制冷之前，还包括以下步骤：
S511、判断第二室外温度Ta1是否满足第四切换条件；
S512、若第二室外温度Ta1满足第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S513、若第二室外温度Ta1不满足第四切换条件，则执行步骤S410。
其中，在本发明被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法中，热管模式为：热管换热介质，依次经过热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，再经过热管冷凝器4，将热管换热介质的热负荷释放到室外，热管换热介质由气态转换为液态；然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7(或者经过第二电磁阀8-2和旁通支管13进入换热介质增压单元的储液罐7)；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
辅助冷源-热管混合模式为：在热管模式下，开启辅助冷源系统；通过辅助冷源系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量，并通过换热器6将热管换热介质的温度进一步降低，而辅助冷源在换热器6中吸收热量，将室内热负荷转移走，然后热管换热介质再依次经过第一电磁阀8-1、单向阀9和换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7；最后再由换热介质增压单元的热管动力泵1将热管换热介质送入热管蒸发器3(或3-1，3-2，…，3-N)，完成辅助冷源-热管混合制冷。
可以理解的，本发明的被动式热管自然冷机房空调系统还可以通过采集室外环境温度和每个热管蒸发器的送风温度Tsx(x＝1、2、3……，N)，根据各热管蒸发器的送风温度和室外环境温度进行制冷模式切换控制。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (13)
1.一种被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，包括被动式热管循环系统和辅助冷源系统；
所述被动式热管循环系统包括设置在室内的至少一个热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)，与所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)连接、用于冷却热管换热介质的热管冷凝器(4)以及连接所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)和热管冷凝器(4)、将经热管冷凝器(4)冷却后的热管换热介质运送至所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)的换热介质增压单元；
所述辅助冷源系统包括设置在室外、可用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器(6)，所述换热器(6)包括连接辅助冷源的冷源入口端和冷源出口端，其中，所述辅助冷源包括冷却水或冷冻水；所述换热器(6)的换热介质入口端连接所述热管冷凝器(4)的出口，所述换热器(6)的换热介质出口端连接所述换热介质增压单元的入口。
2.根据权利要求1所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，所述换热介质增压单元包括用于存储热管换热介质的储液罐(7)和为所述热管换热介质增压的热管动力泵(1)；所述储液罐(7)的入口连接所述热管冷凝器(4)的出口，所述储液罐(7)的出口连接所述热管动力泵(1)的入口，所述热管动力泵(1)的出口连接所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)的入口。
3.根据权利要求1所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，所述辅助冷源系统还包括设置在所述换热器(6)的冷源入口端、用于外接辅助冷源的入口法兰(10)和设置在所述换热器(6)的冷源出口端的出口法兰(11)。
4.根据权利要求1所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，还包括与所述换热器(6)并联的旁通支管(13)，所述旁通支管(13)的入口端连接所述热管冷凝器(4)的出口，所述旁通支管(13)的出口端连接所述换热介质增压单元的入口；
所述换热器(6)的换热介质入口端设置有第一电磁阀(8-1)，所述换热器(6)的换热介质出口端设置有单向阀(9)，所述旁通支管(13)上设置有第二电磁阀(8-2)。
5.根据权利要求1所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)为风冷热管蒸发器，所述热管冷凝器(4)为风冷热管冷凝器；所述被动式热管循环系统还包括为所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)送风的热管蒸发风机和为所述热管冷凝器(4)送风的热管冷凝风机。
6.根据权利要求1所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，所述被动式热管循环系统包括多个并联连接的热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)，每个所述热管蒸发器(3,3-1,3-2,…,3-N)的入口处均设置有节流控制阀(2,2-1,2-2,…,2-N)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的被动式热管自然冷机房空调系统，其特征在于，所述被动式热管循环系统还包括对室外空气进行喷淋降温的喷淋装置(12)。
8.一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S10、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)和第一室外温度Ta；
S20、判断所述第一室外温度Ta是否满足第一切换条件；所述第一切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差；
S30、若所述第一室外温度Ta满足所述第一切换条件，则采用热管模式制冷；
S40、若所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
所述步骤S40中，在所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S401、判断所述第一室外温度Ta是否满足第二切换条件；所述第二切换条件为其中，/>为预设第二切换温差；
S402、若所述第一室外温度Ta满足所述第二切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S403、若所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S402中，在所述第一室外温度Ta满足所述第二切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4021、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第三切换条件；所述第三切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S4022、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第三切换条件，则采用热管模式制冷；
S4023、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第三切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
10.一种被动式热管自然冷机房空调系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S100、采集每个热管蒸发器的回风温度Tnx(其中x＝1、2、3……N)、经过喷淋后的第二室外温度Ta1以及室外相对湿度RH；
S200、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第四切换条件；所述第四切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，/>为预设第一切换温差；
S300、若所述第二室外温度Ta1满足所述第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S400、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
所述步骤S400中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第五切换条件；所述第五切换条件为其中，/>为预设第二切换温差；
S420、若所述第二室外温度Ta1满足所述第五切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷；
S430、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件，则关闭热管冷凝风机，采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S420中，在所述第二室外温度Ta1满足所述第五切换条件之后，采用辅助冷源-热管混合模式制冷之前，还包括以下步骤：
S421、判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第六切换条件；所述第六切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S422、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第六切换条件，则采用热管模式制冷；
S423、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第六切换条件，则采用辅助冷源-热管混合模式制冷。
12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件之后，执行所述步骤S410之前，还包括以下步骤：
S500、判断室外相对湿度RH是否满足第七切换条件；所述第七切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若所述室外相对湿度RH满足所述第七切换条件，则启用喷淋装置，采用热管模式制冷；
S520、若所述室外相对湿度RH不满足所述第七切换条件，则执行所述步骤S410。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在启用所述喷淋装置之后，采用热管模式制冷之前，还包括以下步骤：
S511、判断所述第二室外温度Ta1是否满足所述第四切换条件；
S512、若所述第二室外温度Ta1满足所述第四切换条件，则采用热管模式制冷；
S513、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第四切换条件，则执行所述步骤S410。
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