[发明专利]重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法

说明书

本发明公开了重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法，所述方法通过反向计算，根据重力热管空调系统整体结构参数的限定下的最大制冷量，将重力热管蒸发器、冷凝器与绝热段作为整体分析，计算所对应的各部件换热面积及运行参数，在已知的空间中计算寻求最优的蒸发器、冷凝器换热面积分配使制冷量达到最大实现制冷系统的节能降耗。本发明方法通过重力热管技术、自然冷源技术和热平衡原理，通过逆向计算方法，可以在已知的空间中计算寻求最优的蒸发器、冷凝器换热面积分配使制冷量达到最大，同时对于重力热管空调温度、风量等变运行工况时，可获得最优制冷量对应热管运行温度，达到节能降耗的目的。

技术领域

本发明涉及数据中心制冷技术领域，具体涉及一种重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法。

背景技术

伴随着我国数据中心产业技术创新步伐的加快，数据中心和服务器国产化水平不断提升，涌现出越来越多的产品。集装箱数据中心就是一种适应工厂预制、模块化生产、快速部署、集中交付的一种数据中心产品，适合在不需新建机房、野外部署等场景下使用。越来越多的军政部门、教育高校以及不希望高投资新建机房的企业等倾向于采纳集装箱数据中心产品，而数据中心又是耗电大户，全年不间断运行的电子信息设备以及制冷机组会消耗大量电能，采取节能措施降低制冷机组的功耗，有利于实现整个集装箱数据中心的节能。目前数据中心节能效果比较好的是利用自然冷源如空气、水等，在过渡季节和冬季的温度较低，用来冷却数据中心，可以降低数据中心制冷机组的负荷。

单箱集装箱数据中心与集装箱数据中心集群相比，高度集成电子信息设备、配电系统、制冷系统等于一个集装箱箱体内，内部空间紧张而且布局有限，往往只能按照特定方式摆放电子信息设备机柜、配电柜、空调室内机、电池架这几种设备，因此如果给集装箱数据中心内部增加节能系统和节能设备，则必须考虑到集装箱内的空间限制和布局。

同时由于安装各服务器及配电、消防等仪器后，普通设计的分离式重力热管空调由于换热效率小，需求风量及换热体积通常较为庞大。选用该种空调，室内机及专用风机占据空间较大，影响室内服务器数量及排布，同时对维修造成较大困难；由于高度差的需求室外机需要挂至于集装箱数据中心顶端或额外树立的支架顶端，影响安全性及外观。

现有的重力热管换热器的计算方法普遍为正向计算，即在所需维持的温度工况(室内送风及回风温度)下，根据所需制冷量或功率求解其结构，具体计算步骤如下所示：

1、选定制冷量Q；2、选取热管换热器室内送风、回风温度；3、根据已知参数求解对数平均温差及换热系数；4、求解蒸发器与冷凝器迎风面积及迎风面管排数；5、求解所需热管数并校核。

对于集装箱数据中心等结构尺寸固定，空调区域预留空间及结构确定，原有的正向热管计算方法，无法通过合理的结构分配选择最优的制冷量，需要不断的假设和试算，过程繁琐。同时热管工作温度与其结构有关，且各部件换热相互耦合，单独的对某一部分的独立的设计计算无法表达相互之间的关系，不能得出优化结果，无法实现最佳的工作状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，为了解决现有正向热管计算方法的局限性，本发明提供一种重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法。

本发明所采用的技术方案为：

重力热管空调系统优化设计及变工况参数的反向计算方法，所述方法通过反向计算，根据重力热管空调系统整体结构参数的限定下的最大制冷量，将重力热管蒸发器、冷凝器与绝热段作为整体分析，计算所对应的各部件换热面积及运行参数，在已知的空间中计算寻求最优的蒸发器、冷凝器换热面积分配，使制冷量达到最大实现制冷系统的节能降耗。

所述方法包括内容如下：

根据重力热管空调系统预留尺寸，得到重力热管空调整体尺寸参数；

测量室外冷风温度，设置室内需求送风温度；

计算、校核蒸发器运行参数；