[发明专利]一种带有相变蓄冷器的热管空调一体机装置和设计方法

说明书

技术领域

本发明属于热管空调一体机技术领域，特别涉及一种带有相变蓄冷器的热管空调一体机装置和设计方法。 

背景技术

目前，随着能源成本的攀升与环境压力的增大，节能成为社会的主流价值。而建筑能耗在社会总能耗中所占的比重较大，空调的能耗又在建筑能耗中占了非常大的比重。因此，开发空调节能技术、降低空调能耗是行业内的重要课题。 

由于室内外环境的不确定性，制冷工况非常复杂。其中，近年来通信基站、机房、洁净厂房、洁净仓库等的快速发展，其高效制冷技术成为了人们研究的一个热点。由于对室内空气洁净度的要求无法进行直接通风换热、或者是室内热源释放较多的热量而无法简单的通过通风换气降低室内温度等诸多方面原因，室内温度高于室外温度的情况下需要启动制冷系统的场合较为常见。以南方地区为例，一年之中室外空气的温度在20度以下和相对湿度在50%以下的时长大致在200天左右，而基站和洁净厂房需要控制的温度一般大于20摄氏度。由于基站内部机组释放热量，因此即使在环境温度低于室内目标温度时，仍需启用空调进行制冷。在这种情况下，如何充分利用环境冷源成为节能的一种重要途径，充分利用环境冷源对制冷领域的技术发展提出了新的要求。 

基于这种情况和需求，人们开发了一系列技术，其中一类重要的技术是热管空调一体机。在环境温度低于室内温度一定值时，该类型机组自动启动热管制冷系统，当环境温度接近或高于室内温度到一定值时，该类型机组自动启动空调制冷系统。由于一年当中环境温度低于室内温度的时间较多，热管制冷系统的耗电远高于空调制冷的耗电量。因此，热管空调一体机是降低制冷能耗的一种重要技术。目前针对空调热管一体机，人们已经开发出了一系列的专利技术，目前已申请的专利包括CN 202350223 U、CN 102297487、CN 102748824 A、CN 103134129 A、CN 103307683 A等。所谓的热管空调一体机，目前有两种不同的构造形式，一种是热管和空调有独立的冷凝器和蒸发器，另一种是热管与空调共用一套冷凝器和蒸发器。第一种情况下，由于热管和空调各建一套冷凝器和蒸发器，系统较复杂，效率较低、且明显增加了设备成本；第二种情况下，由于共用一套蒸发器和冷凝器，而空调运行工况与热管运行工况明显不同，导致空调运行所需要的蒸发器与冷凝器的换热面积与热管运行所需要的换热面积不匹配。热管运行所需要的换热面积要大于空调运行的换热面积，而一旦按热管所需要的换热面积去配置的话，又要明显增加设备的成本。尤其是在对现有空调系统进行改造时，空调的冷凝器与蒸发器的换热面积已经确定，很难再进行改造。在这种情形下，只有环境温度低于室内温度达到一个较大值时，启用热管系统才能满足制冷需求，而这又大大减少了热管适合运行的时间，导致节能效果不明显。因此，传统的热管空调一体机在应用上尚无法起到理论上的节能效果。 

同时，通信基站、机房、厂房、仓库等的空间内部不同区域往往存在要求控制温度不一致的情况。以通信基站为例，蓄电池区域要求的最佳环境温度为15-25摄氏度，主设备和电源设备可以在30摄氏度左右温度正常工作。如果按蓄电池的最佳温度调节基站内的温度，则会造成大量冷量的浪费。常规的热管空调一体机无法分区域进行温度调节，无法起到精准调节的作用，从而达不到应有的节能效果。 

另外，为了解决不同时段电力供需矛盾，施行峰谷电价成为一个趋势。谷电电价与峰电电价相比，相差三倍左右甚至三倍以上。而常规空调制冷时间正好为峰电运行区间，不但增加了电价，降低了制冷效率（晚上环境温度低，制冷效率高），而且增大了电网的压力。因此，利用谷电制冷对缓解在峰电区间的用电负荷过大具有重要意义。常规的热管空调机无法选择制冷的时间段，因此也就无法实现利用谷电的优势。 

此外，由于环境条件的波动（包括温度、风力、降雨等），以及控制系统设计的问题，常规的热管空调一体机存在较频繁的切换空调制冷系统和热管制冷系统运行，导致了能耗的增加。让系统能够在较长时间段内平稳运行，对降低能耗和增加系统的可靠性具有显著作用。 

鉴于上述情况，由于在换热面积的选择上的困难以及无法精准调节区域温度的问题，同时无法利用谷电优势，还存在频繁切换空调制冷系统与热管制冷系统运行，造成能耗增加等问题，常规的热管空调一体机的节能效果不明显。针对上述情况，本发明提出一种带相变蓄冷器的热管空调一体机技术，对于推进热管空调一体机的应用具有重要实用价值。 

发明内容