CN102650476B - 一种节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，该冷水机组水冷控制方法包括：获取所述的温度值、水压及工质的流量；根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件；如果是，将所述的节能型水冷冷水机组切换至自然冷却方式或者压缩机冷却方式。通过本发明的节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，可以在过渡季节和冬季室外温度较低时利用室外自然冷源进行设备冷却，实现自然冷却供冷方式和压缩机制冷供冷方式的灵活切换，有效解决机房散热问题，提高冷源设备效率，并且能耗低、可靠性高、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明是关于水冷制冷技术，特别是关于数据中心机房的水冷制冷技术，具体的讲是关于一种节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法。
背景技术
随着数据业务需求的快速增长以及IT技术的迅速发展，数据中心机房内设备的功率密度越来越高，为保障IT设备全天候不间断的正常运行，数据中心机房需要配置专门的全天候冷却的设备来维持机房内的环境以保障IT设备的正常运转。
目前的数据中心机房的冷却方式主要有如下两种：
1)传统的风冷和水冷冷却方式：虽然此种冷却方式满足数据中心机房温控要求，但是全年启动大功率压缩机制冷，能耗较大，造成运行成本过高。
2)利用室外新风冷却方式：此种方法是在过渡季节或冬季室外温度较低时，直接引入室外新风冷却机房内的设备。这种冷却方式可以直接利用室外自然冷源，但是不能满足数据中心机房环境洁净度、湿度计温度的控制要求，且风机能耗高、日常的维护量大，维护费用高。
发明内容
本发明提供一种节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，以在过渡季节和冬季室外温度较低时利用室外自然冷源进行设备冷却，实现自然冷却供冷方式和压缩机制冷供冷方式的灵活切换，减少能源消耗。
为了实现上述目的，本发明提供一种节能型水冷冷水机组，所述的节能型水冷冷水机组包括：冷凝器、压缩机、蒸发器、节流装置、第一止回阀、第二止回阀、第一至第四二通阀及控制器；所述的冷凝器通过制冷剂连接管分别连接所述压缩机的排气口及所述节流装置的进口，所述的蒸发器通过制冷剂连接管分别连接所述压缩机的吸气口及所述节流装置的出口；所述的冷凝器连接有冷却水进水口管路及冷却水出水口管路，所述的第一二通阀安装在所述冷凝器的冷却水进水口管路上，所述的第一止回阀安装在所述冷凝器的冷却水出水口管路上；所述的蒸发器连接有冷冻水进水口管路及冷冻水出水口管路，所述的第二二通阀安装在所述蒸发器的进水口管路上，所述的第二止回阀安装在所述蒸发器的冷冻水出水口管路上；所述第一二通阀的进口通过水连接管连接所述第二止回阀的出口，所述第三二通阀连接在所述第一二通阀的进口与所述第二止回阀的出口之间的水连接管上；所述第二二通阀的进口通过水连接管连接所述第一止回阀的出口，所述第四二通阀连接在所述第二二通阀的进口与所述第一止回阀的出口之间的水连接管上；所述的控制器连接所述第一止回阀、第二止回阀及第一至第四二通阀；用于根据室外环境条件控制所述第一至第四二通阀的开启或闭合。
进一步地，所述的控制器包括：温度检测设备，用于检测包含室外空气温度、湿球温度及管路中水温的温度值；压力检测设备，用于检测管路中水压；流量检测设备，用于检测流经止回阀及二通阀的工质的流量；控制设备，用于根据所述温度值、水压及工质的流量控制所述第一至第四二通阀的开启或闭合。
进一步地，当温度值、水压及工质的流量满足自然冷却条件时，所述的控制设备开启第三及第四二通阀，同时关闭所述第一及第二二通阀。
进一步地，当温度值、水压及工质的流量满足压缩机冷却条件时，所述的控制设备关闭第三及第四二通阀，同时开启所述第一及第二二通阀。
进一步地，所述的控制器还包括：总电源接口及供电与控制接口，所述的供电与控制接口用于的供电与控制。
进一步地，所述的冷冻水进水口管路及冷却水进水口管路连接冷却塔。
进一步地，所述的系统内设备包括：冷却塔风机、冷却塔喷淋泵、水泵、阀门。
为了实现上述目的，本发明提供一种冷水机组水冷控制方法，应用于节能型水冷冷水机组，该方法包括：获取所述的温度值、水压及工质的流量；根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件；如果是，将所述的节能型水冷冷水机组切换至自然冷却方式或者压缩机冷却方式。
进一步地，根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件，包括：当所述的节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足压缩机冷却条件；如果满足，关闭第三及第四二通阀，同时开启所述第一及第二二通阀。
进一步地，根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件，包括：当所述的节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足自然冷却条件；如果满足，开启第三及第四二通阀，同时关闭所述第一及第二二通阀。
本发明实施例的有益效果在于，通过本发明的节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，可以在过渡季节和冬季室外温度较低时利用室外自然冷源进行设备冷却，实现自然冷却供冷方式和压缩机制冷供冷方式的灵活切换，有效解决机房散热问题，提高冷源设备效率，并且能耗低、可靠性高、使用寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例节能型水冷冷水机组的结构示意图；
图2为本发明实施例控制器的结构示意图；
图3为本发明实施例节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式的结构示意图；
图4为本发明实施例节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式的结构示意图；
图5为本发明实施例冷水机组水冷控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种节能型水冷冷水机组，该节能型水冷冷水机组主要包括：冷凝器1、压缩机3、蒸发器5、节流装置7、第一止回阀25、第二止回阀16、第一二通阀10，第二二通阀19，第三二通阀13，第四二通阀22及控制器27。上述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”尽是为了区别不同的止回阀或者二通阀而已，并非用于限定顺序，下面的描述将省略“第一”、“第二”、“第三”、“第四”，仅用附图标号进行区别。另外，止回阀包括进口与出口，用于防止水倒流。
冷凝器1及蒸发器5的内部均包括制冷剂管路(图中未画出)和水管路(图中未画出)。冷凝器1通过制冷剂连接管2与压缩机3的排气口连通，压缩机3的吸气口通过制冷剂连接管4与蒸发器5连通，蒸发器5通过制冷剂连接管6与节流装置7的出口连通，节流装置7的进口通过制冷剂连接管8与冷凝器1连通。
由图1可以看出，冷凝器1、压缩机3、蒸发器5、节流装置7通过制冷剂管路组成一个闭合回路，制冷剂通过制冷剂管路在该闭合回路中流动。
冷凝器1连接有冷却水进水口管路及冷却水出水口管路，二通阀10安装在冷凝器1的冷却水进水口管路上，止回阀25安装在冷凝器1的冷却水出水口管路上。
如图1所示，冷却水进水口管路包括水连接管9、11，二通阀10的进口与水连接管11连通，二通阀10出口通过水连接管9与冷凝器1的水管路进口连通。冷却水出水口管路包括水连接管24、26，止回阀25进口通过水连接管26与冷凝器1水管路出口连通，止回阀25出口与水连接管24连通。
蒸发器5连接有冷冻水进水口管路及冷冻水出水口管路，二通阀19安装在蒸发器5的进水口管路上，止回阀16安装在蒸发器5的冷冻水出水口管路上。
如图1所示，冷冻水进水口管路包括水连接管18、20，二通阀19进口与水连接管20连通，二通阀19出口通过水连接管18与蒸发器5水管路进口连通。冷冻水出水口管路包括水连接管15、17，止回阀16进口通过水连接管17与蒸发器5水管路出口连通，止回阀16出口与水连接管15连通。
较佳地，冷冻水进水口管路及冷却水进水口管路的进口处分别连接冷却塔，本发明不以此为限，冷冻水进水口管路及冷却水进水口管路还可以各自连接其他的冷却水储藏设备。
另外，冷却水出水口管路级冷冻水出水口管路的出口处分别连接待冷却设备，待冷却设备可以为用来对数据中心机房进行全天候冷却而配置的设备，也可以为其他待冷却的设备。
另外，二通阀10的进口通过水连接管14连接止回阀16的出口，二通阀13连接在二通阀10的进口与止回阀16的出口之间的水连接管上。
二通阀19的进口通过水连接管23连接止回阀25的出口，二通阀22连接在二通阀19的进口与止回阀25的出口之间的水连接管上。
控制器27通过信号线28连接止回阀25、止回阀16、二通阀10、二通阀19、二通阀13及二通阀22，控制器27可用于根据室外环境条件控制二通阀10、二通阀19、二通阀13及二通阀22开启或闭合。
如图2所示，控制器27包括：温度检测设备201，压力检测设备202，流量检测设备203及控制设备204。
温度检测设备201用于检测包含室外空气温度、湿球温度及管路中水温的温度值，压力检测设备202用于检测管路中水压，流量检测设备203用于检测流经止回阀及二通阀的工质的流量，控制设备204用于根据所述温度值、水压及工质的流量控制所述第一至第四二通阀的开启或闭合。
具体实施时：如果节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式，当温度值、水压及工质的流量满足自然冷却条件时，控制设备204通过阀门开启指令控制开启二通阀13及二通阀22，同时通过阀门关闭指令控制关闭二通阀10及二通阀19。如果节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式，当温度值、水压及工质的流量满足压缩机冷却条件时，控制设备204通过阀门关闭指令控制关闭二通阀13及二通阀22，同时通过阀门开启指令控制开启二通阀10及二通阀19。
上述的自然冷却方式及压缩机冷却方式的切换条件可以为一组临界值，改组临界值包括：室外空气温度、湿球温度及管路中水温，管路中水压，流经止回阀及二通阀的工质的流量等。如果节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式，当某一时刻上述临界值中的值均满足自然冷却条件时，控制设备204通过阀门开启指令控制开启二通阀13及二通阀22，同时通过阀门关闭指令控制关闭二通阀10及二通阀19，进入自然冷却方式。如果节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式，当某一时刻上述临界值中的值均满足压缩机冷却条件时，控制设备204通过阀门关闭指令控制关闭二通阀13及二通阀22，同时通过阀门开启指令控制开启二通阀10及二通阀19，进入压缩机冷却方式。
上述临界值中的各个值可以根据当地的气候条件设定，本发明不限定各个具体的值。可选地，本发明中也可以设定上述临界值中的某一个或者某几个值满足切换条件时进行冷却方式的切换，并不限定等到上述临界值中所有的值均满足切换条件时才进行冷却方式切换。例如设定室外湿球的温度低于15度时为自然冷却方式，当温度检测设备201检测到室外湿球的温度低于15度时，就可以将该节能型水冷冷水机组从压缩机冷却方式切换到自然冷却方式。
图3为该节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式的结构示意图；如图3所示，此时二通阀10及二通阀19处于关闭状态，二通阀13及二通阀22处于开启状态。从冷却水进水口进入的冷却水经过二通阀13及水连接管14后，通过冷冻水出水口进入待冷却设备中。从冷冻水进水口进入的冷却水经过二通阀22及水连接管23后，通过冷却水出水口进入待冷却设备中。该节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式时，冷凝器1、压缩机3、蒸发器5、节流装置7均处于不工作状态，通过自然冷却方式制出冷冻水供给待冷却设备(需冷设备)，减少了冷凝器1、压缩机3、蒸发器5及节流装置7制冷工作产生的能耗。
节能型水冷冷水机组工作在如图3所示的自然冷却方式时，如果某一时刻满足了压缩机冷却方式切换条件，控制器27将通过其中的控制设备204控制关闭二通阀13及二通阀22，同时开启二通阀10及二通阀19，使得节能型水冷冷水机组工作在如图4所示的压缩机冷却方式。如图4所示，当节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式时，从冷却水进口进入的水经过二通阀10后进入冷凝器1，之后再从冷凝器1流出，然后经过止回阀25流向冷却水出口，进入需冷设备；从冷冻水进口进入的水经过二通阀19后进入蒸发器5，之后再从蒸发器5流出，然后经过止回阀16流向冷冻水出口，进入需冷设备
同理，节能型水冷冷水机组工作在如图4所示的压缩机冷却方式时，如果某一时刻满足了自然冷却方式切换条件，控制器27将通过其中的控制设备204控制开启二通阀13及二通阀22，同时关闭二通阀10及二通阀19，使得节能型水冷冷水机组工作在如图3所示的自然冷却方式。
较佳地，控制器还包括：总电源接口29及节能型水冷冷水机组所在系统中的其他设备的供电与控制接口30，供电与控制接口30用于的设备的供电与控制。其他设备包括：冷却塔风机、冷却塔喷淋泵、水泵、阀门，本发明不以此为限。
本阀门实施例的有益效果在于，通过本发明的节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，可以在过渡季节和冬季室外温度较低时利用室外自然冷源进行设备冷却，实现自然冷却供冷方式和压缩机制冷供冷方式的灵活切换，有效解决机房散热问题，提高冷源设备效率，并且能耗低、可靠性高、使用寿命长。
如图5所示，本实施例提供一种冷水机组水冷控制方法，上述节能型水冷冷水机组，该方法包括：
步骤S501：获取所述的温度值、水压及工质的流量。
控制器27中的温度检测设备201，压力检测设备202及流量检测设备203分别获取所述的温度值、水压及工质的流量。
步骤S502：根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件。
在实现步骤S502时，首先要判断节能型水冷冷水机组当前时刻工作在自然冷却方式还是工作在压缩机冷却方式。当节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足压缩机冷却条件；当所述的节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足自然冷却条件。
步骤S503：如果是，将所述的节能型水冷冷水机组切换至自然冷却方式或者压缩机冷却方式。
当节能型水冷冷水机组工作在如图3所示的自然冷却方式时，如果温度值、水压及工质的流量满足压缩机冷却条件，关闭二通阀13及二通阀22，同时开启二通阀10及二通阀19。
当所述的节能型水冷冷水机组工作在如图4所示的压缩机冷却方式时，如果温度值、水压及工质的流量是否满足自然冷却条件，开启二通阀13及二通阀22，同时关闭二通阀10及二通阀19。
上述的自然冷却方式及压缩机冷却方式的切换条件可以为一组临界值，改组临界值包括：室外空气温度、湿球温度及管路中水温，管路中水压，流经止回阀及二通阀的工质的流量等。如果节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式，当某一时刻上述临界值中的值均满足自然冷却条件时，控制设备204通过阀门开启指令控制开启二通阀13及二通阀22，同时通过阀门关闭指令控制关闭二通阀10及二通阀19，进入自然冷却方式。如果节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式，当某一时刻上述临界值中的值均满足压缩机冷却条件时，控制设备204通过阀门关闭指令控制关闭二通阀13及二通阀22，同时通过阀门开启指令控制开启二通阀10及二通阀19，进入压缩机冷却方式。
上述临界值中的各个值可以根据当地的气候条件设定，本发明不限定各个具体的值。可选地，本发明中也可以设定上述临界值中的某一个或者某几个值满足切换条件时进行冷却方式的切换，并不限定等到上述临界值中所有的值均满足切换条件时才进行冷却方式切换。例如设定室外湿球的温度低于15度时为自然冷却方式，当温度检测设备201检测到室外湿球的温度低于15度时，就可以将该节能型水冷冷水机组从压缩机冷却方式切换到自然冷却方式。
本发明实施例的有益效果在于，通过本发明的节能型水冷冷水机组及冷水机组水冷控制方法，可以在过渡季节和冬季室外温度较低时利用室外自然冷源进行设备冷却，实现自然冷却供冷方式和压缩机制冷供冷方式的灵活切换，有效解决机房散热问题，提高冷源设备效率，并且能耗低、可靠性高、使用寿命长。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的节能型水冷冷水机组包括：冷凝器、压缩机、蒸发器、节流装置、第一止回阀、第二止回阀、第一至第四二通阀及控制器；
所述的冷凝器通过制冷剂连接管分别连接所述压缩机的排气口及所述节流装置的进口，所述的蒸发器通过制冷剂连接管分别连接所述压缩机的吸气口及所述节流装置的出口；
所述的冷凝器连接有冷却水进水口管路及冷却水出水口管路，所述的第一二通阀安装在所述冷凝器的冷却水进水口管路上，所述的第一止回阀安装在所述冷凝器的冷却水出水口管路上；
所述的蒸发器连接有冷冻水进水口管路及冷冻水出水口管路，所述的第二二通阀安装在所述蒸发器的进水口管路上，所述的第二止回阀安装在所述蒸发器的冷冻水出水口管路上；
所述第一二通阀的进口通过水连接管连接所述第二止回阀的出口，所述第三二通阀连接在所述第一二通阀的进口与所述第二止回阀的出口之间的水连接管上；
所述第二二通阀的进口通过水连接管连接所述第一止回阀的出口，所述第四二通阀连接在所述第二二通阀的进口与所述第一止回阀的出口之间的水连接管上；
所述的控制器连接所述第一止回阀、第二止回阀及第一至第四二通阀；用于根据室外环境条件控制所述第一至第四二通阀的开启或闭合；
其中，当温度值、水压及工质的流量满足自然冷却条件时，开启第三及第四二通阀，同时关闭所述第一及第二二通阀；当温度值、水压及工质的流量满足压缩机冷却条件时，关闭第三及第四二通阀，同时开启所述第一及第二二通阀。
2.根据权利要求1所述的节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的控制器包括：
温度检测设备，用于检测包含室外空气温度、湿球温度及管路中水温的温度值；
压力检测设备，用于检测管路中水压；
流量检测设备，用于检测流经止回阀及二通阀的工质的流量；
控制设备，用于根据所述温度值、水压及工质的流量控制所述第一至第四二通阀的开启或闭合。
3.根据权利要求2所述的节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的控制器还包括：总电源接口及供电与控制接口，所述的供电与控制接口用于的供电与控制。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的冷冻水进水口管路及冷却水进水口管路连接冷却塔。
5.根据权利要求2所述的节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的系统内设备包括：冷却塔风机、冷却塔喷淋泵、水泵、阀门。
6.一种冷水机组水冷控制方法，应用于权利要求1所述的节能型水冷冷水机组，其特征在于，所述的方法包括：
获取所述的温度值、水压及工质的流量；
根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件；
如果是，将所述的节能型水冷冷水机组切换至自然冷却方式或者压缩机冷却方式；
其中，当温度值、水压及工质的流量满足自然冷却条件时，开启第三及第四二通阀，同时关闭所述第一及第二二通阀；当温度值、水压及工质的流量满足压缩机冷却条件时，关闭第三及第四二通阀，同时开启所述第一及第二二通阀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件，包括：
当所述的节能型水冷冷水机组工作在自然冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足压缩机冷却条件；
如果满足，关闭第三及第四二通阀，同时开启所述第一及第二二通阀。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述的温度值、水压及工质的流量判断所述的节能型水冷冷水机组是否满足冷却切换条件，包括：
当所述的节能型水冷冷水机组工作在压缩机冷却方式时，判断温度值、水压及工质的流量是否满足自然冷却条件；
如果满足，开启第三及第四二通阀，同时关闭所述第一及第二二通阀。
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