CN108458433A - 带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统及其控制方法 - Google Patents
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- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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Abstract
本发明涉及一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统及其控制方法。所述制冷系统包括热管循环系统和辅助冷源循环系统；热管循环系统包括：至少两个热管蒸发器，与热管蒸发器连接、用于冷却热管换热介质的热管冷凝器以及分别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至少两个热管蒸发器的换热介质增压单元；辅助冷源循环系统包括：用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器和用于压缩辅助冷源的压缩机；换热器的冷源入口连接压缩机的冷源出口，换热器的冷源出口连接压缩机的冷源入口；换热器的换热介质入口连接热管冷凝器的出口，换热器的换热介质出口连接换热介质增压单元的入口。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术冷源，更具体地说，涉及一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统及其控制方法。
背景技术
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。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、室外低温条件下的自然冷源利用有限，难以满足绿色节能机房建设要求；
3、传统冷冻水型式制冷解决方案，配套建造成本比较高，且主机难以做冗余配置，需控制的安全节点多；
4、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。
伴随绿色节能数据中心建设要求和建设模式不断探索，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、空-空换热冷却方案，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；
3、以水为介质的间接蒸发冷或者直接蒸发冷方案，水处理和空气处理成本比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其包括热管循环系统和辅助冷源循环系统；
所述热管循环系统包括：至少两个热管蒸发器，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分别连接所述热管蒸发器和热管冷凝器、将经所述热管冷凝器冷却后的热管换热介质运送至所述至少两个热管蒸发器的换热介质增压单元；
所述辅助冷源循环系统包括：用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器和用于压缩辅助冷源的压缩机；所述换热器的冷源入口连接所述压缩机的冷源出口，所述换热器的冷源出口连接所述压缩机的冷源入口；所述换热器的换热介质入口连接所述热管冷凝器的出口，所述换热器的换热介质出口连接所述换热介质增压单元的入口。
优选地，所述辅助冷源循环系统还包括用于冷却辅助冷源的冷凝器，所述冷凝器的冷源入口连接所述压缩机的冷源出口，所述冷凝器的冷源出口连接所述换热器的冷源入口。
优选地，所述辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐，所述冷源储液罐的入口连接所述冷凝器的冷源出口，所述冷源储液罐的出口连接所述换热器的冷源入口；
和/或，所述辅助冷源循环系统还包括设置在所述压缩机的冷源出口处的油分离器，所述油分离器的出口连接所述冷凝器的冷源入口。
优选地，所述辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐，所述冷源储液罐的入口连接所述热管冷凝器的换热介质出口，所述冷源储液罐的出口连接所述热管换热器的换热介质入口；
和/或，所述辅助冷源循环系统还包括设置在所述压缩机的冷源出口处的油分离器，所述油分离器的出口连接所述热管冷凝器的换热介质入口，所述油分离器的出口设置有第二单向阀。
优选地，还包括与所述热管冷凝器并联连接的第一旁通支管，所述第一旁通支管上设置有第一电磁阀；所述热管冷凝器的换热介质入口设置有第二电磁阀。
优选地，还包括与所述换热器并联连接的第二旁通支管，所述第二旁通支管上设置有第三电磁阀；
所述换热器的换热介质入口设有第四电磁阀，所述换热器的换热介质出口设有第一单向阀。
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，所述热管循环系统包括多个并联连接的所述热管蒸发器，每个所述热管蒸发器的换热介质入口处均设置有节流控制阀。
优选地，所述换热介质增压单元包括用于储存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换热器的换热介质出口，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换热介质入口。
优选地，所述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带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，该控制方法可应用于本发明中所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统。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，则采用热管多联模式制冷；
S40、若所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
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，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，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；
S4021、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第三切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S4022、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第三切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
S403、若所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，所述步骤S403中，在所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4031、判断所述第一室外温度Ta是否满足第四切换条件；所述第四切换条件为Ta≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S4032、若所述第一室外温度Ta满足所述第四切换条件，则开启第一旁通支管，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S4033、若所述第一室外温度Ta不满足所述第四切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
本发明还构造了一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，该控制方法可应用于本发明中所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统。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是否满足第五切换条件；所述第五切换条件为其中，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满足所述第五切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S400、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，所述步骤S400中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第六切换条件；所述第六切换条件为其中，为预设第二切换温差；
S420、若所述第二室外温度Ta1满足所述第六切换条件，则判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第七切换条件；所述第七切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S421、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第七切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S422、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第七切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S430、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第六切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，所述步骤S430中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第六切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S431、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第八切换条件；所述第八切换条件为Ta1≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S432、若所述第二室外温度Ta1满足所述第八切换条件，则开启第一旁通支管，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S433、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第八切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件之后，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是否满足第九切换条件；所述第九切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若所述室外相对湿度RH满足所述第九切换条件，则启用喷淋装置，采用热管多联模式制冷；
S520、若所述室外相对湿度RH不满足所述第九切换条件，则执行所述步骤S410。
优选地，所述步骤S510中，在启用喷淋装置之后，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是否满足第十切换条件，所述第十切换条件为
S512、若所述第二室外温度Ta1满足所述第十切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S513、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第十切换条件，则执行所述步骤S410。
实施本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统及其控制方法，具有以下有益效果：1、不引水进入数据中心机房，可靠性高；2、不直接引入新风，空气质量有保证；3、充分利用室外中低温以下自然冷源，节能优势明显；3、辅助冷源循环系统，压缩机外置，降低机房内压缩机运行噪声；4、采用热管相变换热，换热效率高、设备尺寸小；5、热管末端灵活设计，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、采用模块化封装设计，工程安装简单；7、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；8、冷源模块配套建造成本低，扩容简单容易。
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是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统第一实施例的结构示意图；
图2是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统第二实施例的结构示意图；
图3是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统第三实施例的结构示意图；
图4是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统第四实施例的结构示意图；
图5是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法第一实施例的逻辑框图；
图6是本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法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，本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统包括热管循环系统和辅助冷源循环系统；其中，热管循环系统包括：至少两个热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)，与热管蒸发器(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以及分别连接热管蒸发器(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至少两个热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质增压单元；辅助冷源循环系统包括：用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器6和用于压缩辅助冷源的压缩机8；换热器6的冷源入口连接压缩机8的冷源出口，换热器6的冷源出口连接压缩机8的冷源入口；换热器6的换热介质入口连接热管冷凝器4的出口，换热器6的换热介质出口连接换热介质增压单元的入口。
在图1、图2和图4所示的本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的实施例中，制冷系统还包括与热管冷凝器4并联连接的第一旁通支管15，该第一旁通支管15的入口端连接热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质出口，第一旁通支管15的出口端分别连接第二旁通支管16的入口端和换热器6的换热介质入口。其中，第一旁通支管15上设置有第一电磁阀11-1；热管冷凝器4的换热介质入口设置有第一电磁阀11-2。在不同的制冷模式下，从热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)出来的热管换热介质直接进入热管冷凝器4而不流入第一旁通支管15，或者流入第一旁通支管15而不进入热管冷凝器4。
如图1所示，在本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统第一实施例中，还包括与换热器6并联连接的第二旁通支管16，该第二旁通支管16的入口端分别连接第一旁通支管15的出口和热管冷凝器4的换热介质出口，第二旁通支管16的出口端连接换热介质增压单元的入口。其中，第二旁通支管16上设置有第三电磁阀11-3；换热器6的换热介质入口设有第四电磁阀11-4，换热器6的换热介质出口设有第一单向阀12，通过设置这些阀门可以根据实际情况选择热管换热介质的循环通路。可以理解的，对于一些特定的应用条件，也可以取消第二旁通支管16。
具体的，当设置有所述第二旁通支管16时，热管换热介质可以有以下两种流通方式：第一种、热管换热介质从第二旁通支管16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，热管换热介质从第二旁通支管16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，在换热器6中通过辅助冷源对热管换热介质进行降温处理，热管换热介质在换热器6降温后进入换热介质增压单元，而此时第二旁通支管16作为一个隔断装置，热管换热介质不会通过第二旁通支管16。
在图1-图4所示的本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的实施例中，热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)优选地为风冷热管蒸发器，热管冷凝器4为风冷热管冷凝器；热管循环系统还包括为热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)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(3-1，3-2，…，3-N)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(3-1，3-2，…，3-N)的数量可以根据实际情况进行选择，可以是两个或者两个以上，本发明对此不进行限制。设置多个热管蒸发器，可以实现热管蒸发末端多样化设计，分散地服务于室内机柜和解决局部热点。例如，在图1-图4所示的本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的实施例中，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，每个热管蒸发器的换热介质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。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。优选地，如图1-图4所示，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13。该喷淋装置13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，换热介质增压单元包括用于储存热管换热介质的储液罐7-1和为热管换热介质增压的热管动力泵1；储液罐7-1的入口连接换热器6的换热介质出口，储液罐7-1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(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质入口。热管动力泵1优选地采用变容量型式，其次可选定容量型式。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，本发明对此不做限制。优选地，换热器6的冷源入口处设置有节流控制阀9。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，第二换热部设置在辅助冷源循环回路中。换热介质增压单元连接第一换热部和热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)，并将在第一换热部降温后的热管换热介质运送至热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)。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，使位于第一换热部中的热管换热介质降温。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(3-1，3-2，…，3-N)中，完成最终的室内制冷降温。
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，辅助冷源循环系统的辅助冷源可以采用换热介质供应，也可以采用冷冻水或者冷却水或者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(3-1，3-2，…，3-N)，完成最终的室内制冷降温。
本发明不限定压缩机8的型式，优选地采用变容量压缩机，其次可选定容量压缩机。
如图1-图3所示，优选地，辅助冷源循环系统还包括用于冷却辅助冷源的冷凝器5，冷凝器5的冷源入口连接压缩机的冷源出口，冷凝器5的冷源出口连接换热器6的冷源入口。辅助冷源在换热器6与热管换热介质进行热交换后升温，升温后的辅助冷源经过压缩机8被压缩机8压缩成高温高压的气态冷源，高温高压的气态冷源再经过冷凝器5进行降温，变成低温的液态冷源，低温的液态冷源又流回到换热器6与热管循环回路的热管换热介质进行热交换。进一步地，辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐7-2，冷源储液罐7-2的入口连接冷凝器5的冷源出口，冷源储液罐7-2的出口连接换热器6的冷源入口；和/或，辅助冷源循环系统还包括设置在压缩机8的冷源出口处的油分离器10，油分离器10的出口连接冷凝器5的冷源入口。油分离器10的作用是将压缩机8排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。
冷凝器5可以根据实际需要进行设置。如图4所示，在本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的第四实施例中，没有设置冷凝器，此时可以通过将压缩机8的冷源出口连接热管冷凝器4的换热介质入口，热管冷凝器4的换热介质出口连接换热器6的冷源入口，通过热管冷凝器4来对从压缩机8出来的辅助冷源进行降温；而此时从热管蒸发器出来的热管换热介质不再通过热管冷凝器4，而是从第一旁通支管15流过直接进入换热器6中，与辅助冷源进行热交换。热管冷凝器4的换热介质出口设有两分支管，分别是第一分支管和第二分支管，其中第一分支管连接换热器的换热介质入口，且在第一分支管上设有第五电磁阀11-5；第二分支管连接换热器的冷源入口，且在第二分支管上设有第六电磁阀11-6。进一步地，辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐7-2，冷源储液罐7-2的入口连接热管冷凝器4的换热介质出口，冷源储液罐7-2的出口连接热管换热器6的换热介质入口；和/或，辅助冷源循环系统还包括设置在压缩机8的冷源出口处的油分离器10，油分离器10的出口连接热管冷凝器4的换热介质入口，油分离器10的出口设置有第二单向阀14。油分离器10的作用是将压缩机8排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。
可以理解的，根据各器件安装位置的不同，本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统可以分为室内部分100和室外部分200，如图1-图4所示。其中，室内部分100主要包括热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)和节流控制阀(2-1，2-2，…，2-N)，形成热管蒸发末端。室外部分200主要包括热管冷凝器4、储液罐7-1、热管动力泵1、第一旁通支管15、第二旁通支管16、换热器6、压缩机8、油分离器10、冷凝器5和冷源储液罐7-2等。优选地，本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统在图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。
本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统可包括热管多联模式和压缩机-热管混合多联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，热管多联模式为：热管换热介质，依次经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再经过换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7-1(或者经过第二旁通支管16进入换热介质增压单元的储液罐7-1)；最后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(3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
压缩机-热管混合多联模式为：在热管多联模式下，同时开启辅助冷源循环系统，通过辅助冷源循环系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量；开启压缩机8，热管换热介质经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再进入换热器6，在换热器6中通过辅助冷源对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进入换热介质增压单元的储液罐7-1，最后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(3-1，3-2，…，3-N)；而辅助冷源在换热器6进行热交换吸收室内热负荷后，然后依次经过压缩机8、冷凝器5和节流控制阀9，之后再返回至换热器6完成热交换过程。其中，根据室外环境温度条件，当室外环境温度高于某条件值时，热管制冷循环中的换热介质选择走第一旁通支管15完成循环；反之，则走热管冷凝器4完成制冷循环。
如图5所示，本发明还构造了一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，该控制方法可应用于本发明中所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统。参阅图5，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。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；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-图4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，则采用热管多联模式制冷。
S40、若第一室外温度Ta不满足第一切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
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，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，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；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；
S4021、若实际最大制冷需求Max(Cr)满足第三切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S4022、若实际最大制冷需求Max(Cr)不满足第三切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
S403、若第一室外温度Ta不满足第二切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，步骤S403中，在第一室外温度Ta不满足第二切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4031、判断第一室外温度Ta是否满足第四切换条件；第四切换条件为Ta≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S4032、若第一室外温度Ta满足第四切换条件，则开启第一旁通支管15，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S4033、若第一室外温度Ta不满足第四切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
其中，在本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法中，热管多联模式为：热管换热介质，依次经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再经过换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7-1(或者经过第二旁通支管16进入换热介质增压单元的储液罐7-1)；最后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(3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
压缩机-热管混合多联模式为：在热管多联模式下，同时开启辅助冷源循环系统，通过辅助冷源循环系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量；开启压缩机8，热管换热介质经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再进入换热器6，在换热器6中通过辅助冷源对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进入换热介质增压单元的储液罐7-1，最后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(3-1，3-2，…，3-N)；而辅助冷源在换热器6进行热交换吸收室内热负荷后，然后依次经过压缩机8、冷凝器和节流控制阀9，之后再返回至换热器6完成热交换过程。其中，根据室外环境温度条件，当室外环境温度高于某条件值时，热管制冷循环中的换热介质选择走第一旁通支管15完成循环；反之，则走热管冷凝器4完成制冷循环。
可以理解的，本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷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。在一些温度条件下，也可以取消辅助冷源循环系统，完全依靠热管循环系统来利用自然冷源进行制冷。
如图6所示，本发明还构造了一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，该控制方法可应用于本发明中的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统。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是否满足第五切换条件；第五切换条件为其中，AVG(Tnx)为计算平均温度，为预设第一切换温差。具体的，如图1-图4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满足第五切换条件，则采用热管多联模式制冷。
S400、若第二室外温度Ta1不满足第五切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，步骤S400中，在第二室外温度Ta1不满足第五切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断第二室外温度Ta1是否满足第六切换条件；第六切换条件为其中，为预设第二切换温差；
S420、若第二室外温度Ta1满足第六切换条件，则判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第七切换条件；第七切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S421、若实际最大制冷需求Max(Cr)满足第七切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S422、若实际最大制冷需求Max(Cr)不满足第七切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S430、若第二室外温度Ta1不满足第六切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，步骤S430中，在第二室外温度Ta1不满足第六切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S431、判断第二室外温度Ta1是否满足第八切换条件；第八切换条件为Ta1≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S432、若第二室外温度Ta1满足第八切换条件，则开启第一旁通支管15，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S433、若第二室外温度Ta1不满足第八切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
优选地，在第二室外温度Ta1不满足第五切换条件之后，执行步骤S410之前，还包括以下步骤：
S500、判断室外相对湿度RH是否满足第九切换条件；第九切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若室外相对湿度RH满足第九切换条件，则启用喷淋装置13，采用热管多联模式制冷；
S520、若室外相对湿度RH不满足第九切换条件，则执行步骤S410。
优选地，步骤S510中，在启用喷淋装置13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是否满足第十切换条件，第十切换条件为
S512、若第二室外温度Ta1满足第十切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S513、若第二室外温度Ta1不满足第十切换条件，则执行步骤S410。
其中，在本发明带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法中，热管多联模式为：热管换热介质，依次经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再经过换热器6进入换热介质增压单元的储液罐7-1(或者经过第二旁通支管16进入换热介质增压单元的储液罐7-1)；最后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(3-1，3-2，…，3-N)，完成热管制冷循环。
压缩机-热管混合多联模式为：在热管多联模式下，同时开启辅助冷源循环系统，通过辅助冷源循环系统对换热器6提供辅助冷源来补充系统冷量；开启压缩机8，热管换热介质经过热管循环系统的热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)吸收机房内的热负荷，接着经过热管冷凝器4，通过热管冷凝器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；然后转换为液态的热管换热介质再进入换热器6，在换热器6中通过辅助冷源对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进入换热介质增压单元的储液罐7-1，最后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(3-1，3-2，…，3-N)；而辅助冷源在换热器6进行热交换吸收室内热负荷后，然后依次经过压缩机8、冷凝器和节流控制阀9，之后再返回至换热器6完成热交换过程。其中，根据室外环境温度条件，当室外环境温度高于某条件值时，热管制冷循环中的换热介质选择走第一旁通支管15完成循环；反之，则走热管冷凝器4完成制冷循环。
可以理解的，本发明的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷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。在一些温度条件下，也可以取消辅助冷源循环系统，完全依靠热管循环系统来利用自然冷源进行制冷。
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 (18)
1.一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，包括热管循环系统和辅助冷源循环系统；
所述热管循环系统包括：至少两个热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)，与所述热管蒸发器(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)以及分别连接所述热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)和热管冷凝器(4)、将经所述热管冷凝器(4)冷却后的热管换热介质运送至所述至少两个热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质增压单元；
所述辅助冷源循环系统包括：用于热管换热介质与辅助冷源进行热交换的换热器(6)和用于压缩辅助冷源的压缩机(8)；所述换热器(6)的冷源入口连接所述压缩机(8)的冷源出口，所述换热器(6)的冷源出口连接所述压缩机(8)的冷源入口；所述换热器(6)的换热介质入口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所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述辅助冷源循环系统还包括用于冷却辅助冷源的冷凝器(5)，所述冷凝器(5)的冷源入口连接所述压缩机(8)的冷源出口，所述冷凝器(5)的冷源出口连接所述换热器(6)的冷源入口。
3.根据权利要求2所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐(7-2)，所述冷源储液罐(7-2)的入口连接所述冷凝器(5)的冷源出口，所述冷源储液罐(7-2)的出口连接所述换热器(6)的冷源入口；
和/或，所述辅助冷源循环系统还包括设置在所述压缩机(8)的冷源出口处的油分离器(10)，所述油分离器(10)的出口连接所述冷凝器(5)的冷源入口。
4.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述辅助冷源循环系统还包括冷源储液罐(7-2)，所述冷源储液罐(7-2)的入口连接所述热管冷凝器(4)的换热介质出口，所述冷源储液罐(7-2)的出口连接所述热管换热器(6)的换热介质入口；
和/或，所述辅助冷源循环系统还包括设置在所述压缩机(8)的冷源出口处的油分离器(10)，所述油分离器(10)的出口连接所述热管冷凝器(4)的换热介质入口，所述油分离器(10)的出口设置有第二单向阀(14)。
5.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，还包括与所述热管冷凝器(4)并联连接的第一旁通支管(15)，所述第一旁通支管(15)上设置有第一电磁阀(11-1)；所述热管冷凝器(4)的换热介质入口设置有第一电磁阀(11-2)。
6.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，还包括与所述换热器(6)并联连接的第二旁通支管(16)，所述第二旁通支管(16)上设置有第三电磁阀(11-3)；
所述换热器(6)的换热介质入口设有第四电磁阀(11-4)，所述换热器(6)的换热介质出口设有第一单向阀(12)。
7.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述热管蒸发器(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；所述热管循环系统还包括为所述热管蒸发器(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。
8.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述热管循环系统包括多个并联连接的所述热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)，每个所述热管蒸发器(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质入口处均设置有节流控制阀(2-1，2-2，…，2-N)。
9.根据权利要求1所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述换热介质增压单元包括用于储存热管换热介质的储液罐(7-1)和为所述热管换热介质增压的热管动力泵(1)；所述储液罐(7-1)的入口连接所述换热器(6)的换热介质出口，所述储液罐(7-1)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(3-1，3-2，…，3-N)的换热介质入口。
10.根据权利要求1-9任一项所述的带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统，其特征在于，所述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(13)。
11.一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，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，则采用热管多联模式制冷；
S40、若所述第一室外温度Ta不满足所述第一切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，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，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，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；
S4021、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第三切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S4022、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第三切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
S403、若所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S403中，在所述第一室外温度Ta不满足所述第二切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S4031、判断所述第一室外温度Ta是否满足第四切换条件；所述第四切换条件为Ta≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S4032、若所述第一室外温度Ta满足所述第四切换条件，则开启第一旁通支管，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S4033、若所述第一室外温度Ta不满足所述第四切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
14.一种带辅助冷源的被动式热管自然冷多联制冷系统的控制方法，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是否满足第五切换条件；所述第五切换条件为其中，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满足所述第五切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S400、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S400中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S410、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第六切换条件；所述第六切换条件为其中，为预设第二切换温差；
S420、若所述第二室外温度Ta1满足所述第六切换条件，则判断实际最大制冷需求Max(Cr)是否满足第七切换条件；所述第七切换条件为Max(Cr)≤Cs，其中，Cs为预设切换制冷需求值；
S421、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)满足所述第七切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S422、若所述实际最大制冷需求Max(Cr)不满足所述第七切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S430、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第六切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S430中，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第六切换条件之后，采用压缩机-热管混合多联模式制冷之前，还包括以下步骤：
S431、判断所述第二室外温度Ta1是否满足第八切换条件；所述第八切换条件为Ta1≥Tset，其中，Tset为旁通支管开启预设温度；
S432、若所述第二室外温度Ta1满足所述第八切换条件，则开启第一旁通支管，采用压缩机-热管混合多联模式制冷；
S433、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第八切换条件，则采用压缩机-热管混合多联模式制冷。
17.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，在所述第二室外温度Ta1不满足所述第五切换条件之后，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是否满足第九切换条件；所述第九切换条件为RH≤A，其中，A为预设相对湿度；
S510、若所述室外相对湿度RH满足所述第九切换条件，则启用喷淋装置，采用热管多联模式制冷；
S520、若所述室外相对湿度RH不满足所述第九切换条件，则执行所述步骤S410。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S510中，在启用喷淋装置之后，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是否满足第十切换条件，所述第十切换条件为
S512、若所述第二室外温度Ta1满足所述第十切换条件，则采用热管多联模式制冷；
S513、若所述第二室外温度Ta1不满足所述第十切换条件，则执行所述步骤S410。
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