CN104566641A - 一种数据中心节能空调系统及其散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数据中心节能空调系统及其散热方法，其中，所述系统包括：用于向室内送风降低室温的若干台室内机；用于实现制冷剂循环的若干循环模块；用于换热的若干风冷表冷器；用于控制所室内机的开启或关闭的若干控制单元；所述室内机、所述循环模块及所述风冷表冷器两两连接构成循环，且所述控制单元与所述室内机、循环模块、风冷表冷器分别连接。

Description

一种数据中心节能空调系统及其散热方法

技术领域

本发明涉及数据中心的降温系统，尤其涉及一种数据中心节能空调系统及其散热方法。

背景技术

在数据中心，空调的运行能耗在总能耗中占了相当大的比重，如何使数据中心制冷系统节能高效，变得迫不及待。数据中心是一种一年四季均需制冷降温的场合，在室外温度较低时，利用自然冷源给数据中心降温，可减少精密空调的运行，进而降低空调的运行能耗。目前行业内常用的自然冷却技术有以下几种：1）新风冷却。直接把外部过滤的温度较低的新风引入数据中心，与室内的热空气混合换热后排出室外，通过新风循环实现自然冷却。2）乙二醇自然冷却。空调室内机中增加一套乙二醇冷却盘管，在室外机布置干式表冷器，通过表冷器冷却载冷剂乙二醇，用水泵把冷却后的乙二醇输送到室内机的冷却盘管与室内热空气进行换热，实现间接冷却。3）传统的氟泵自然冷却。在精密空调机组中增加一路旁路，旁路中增加一个氟泵及相应的辅助阀件，共用原系统的制冷盘管、冷凝器及节流阀。当室外温度低于一定值时，精密空调的压缩机停机，氟泵开启，通过氟泵循环系统内的冷媒，把室外冷却后的冷媒泵入精密空调制冷盘管与热空气换热，吸热后的冷媒回到室外冷凝器与室外低温空气进行散热，完成制冷循环。

以上三种方式存在以下缺点：

1）新风冷却直接把室外空气引入数据中心内，空气虽经过滤网过滤，但仍存在过滤不干净的情况，随着使用时间加长，数据中心内的空气洁净度会越来越差，如果空气中含有二氧化硫等腐蚀性气体，极容易对数据中心的IT设备造成严重的损坏。且新风冷却系统，需频繁维护空气过滤网，需浪费较多的人力和财力。

2）乙二醇自然冷却，需在室内机组内增加乙二醇冷却盘管，增加室内风机的运行阻力，导致风机长期高功率运行；同时，因乙二醇的换热效率相对较低，采用干式表冷器换热效率相对比冷却水要低，使得压缩机制冷系统的冷凝温度偏高，导致压缩机的功耗增大。因此，乙二醇自然冷却，其节能效率偏低，且投资回报年限较长。

3）传统的氟泵自然冷却，一般在原精密空调制冷系统中增加氟泵系统，共用原空调系统的制冷盘管、冷凝器及节流阀。当室外温度低于5℃时，压缩机停止运行，氟泵开启，通过氟泵驱动制冷剂完成制冷循环。当室外温度高于5℃后，氟泵停机，压缩机开启运行制冷。因氟泵循环时，制冷盘管内存在大量的未完全蒸发的液态制冷剂，当系统切换至压缩机制冷时，压缩机把大量的液态制冷剂吸入，容易导致压缩机的冷冻油稀释，导致压缩机润滑不良，并且大量的液体吸入容易引起液击，长期运行时，加速压缩机的损坏，缩短压缩机的运行寿命。在数据中心，一旦压缩机损坏就会引起数据中心温度升高，导致IT设备宕机，损失惨重。因此，传统的氟泵自然冷却的应用，受室外环境温度的限制，且存在压缩机损坏的风险。

因此如何使自然冷却系统不受室外温度的限制，不受精密空调的控制关联，实现冷却备份的功能，同时，不会引起数据中心原精密空调压缩机的损坏，是个亟待解决的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种数据中心节能空调系统及其散热方法，旨在解决节能空调不受室外温度以及精密空调的影响，独立供冷的问题。

本发明的技术方案如下：

一种数据中心节能空调系统，其中，包括：

用于向室内送风降低室温的若干台室内机；

用于实现制冷剂循环的若干循环模块；

用于换热的若干风冷表冷器；

用于控制所室内机的开启或关闭的若干控制单元；

所述室内机、所述循环模块及所述风冷表冷器依次连接，并且所述风冷表冷器与所述室内机连接，且所述控制单元与所述室内机、循环模块、风冷表冷器分别连接。

所述的一种数据中心节能空调系统，其中，所述室内机包括柜体，若干节流阀，用于向室内送风的若干风机，用于换热的若干制冷盘管，设置在室内机中与外部金属软管连接的快速接头，用于实现外部的快速插拔安装及维护，所述室内机柜体前后设置有出风口和进风口，出风口设置在柜体前部，向下送风，所述进风口设置有空气过滤网，用于过滤杂质，所述制冷盘管，节流阀，快速接头依次连接。

所述的一种数据中心节能空调系统，其中，所述循环模块包括柜体，用于驱动液态制冷剂的循环的若干制冷剂泵，用于克服汽蚀余量的若干储液器，所述储液器设置在制冷剂泵吸入口的上部，以及设置在制冷剂泵的排出管上的用于调节多余的制冷剂的旁通管。

所述的一种数据中心节能空调系统，其中，所述风冷表冷器包括柜体，接线盒，用于换热的若干换热器、若干风机、若干风机转速控制装置，所述风机转速控制装置与风机相连，用于控制风机的转速。

所述的一种数据中心节能空调系统，其中，所述控制单元包括控制器、显示屏、电气元件、温湿度传感器以及控制箱体，所述控制器通过感应温湿度传感器的信号控制室内机的开启和关闭，所述显示屏用于显示当前室内外的温度和湿度，控制箱体用于用户自行控制。

一种数据中心节能方法，其中，所述方法包括步骤：

A、当室内温度比室外温度高，且温差到达用户预设值时，开启节能空调，实现自然冷却；

B、当室内温度比室外温度低或室内温度比室外温度高，但是温差没达到预设值时，关闭节能空调。

有益效果：本发明通过让节能空调由室内机、控制单元、循环模块及表冷器组成，通过连接管路把室内机、循环模块及表冷器连接形成一套制冷循环回路，可与数据中心内的精密空调配合使用；节能空调的控制与精密空调独立，支持较高室外温度下的开机运行，只要具备合理的开机条件，便自行开启，尽最大限度降低精密空调的运行能耗，并且在数据中心的精密空调发生故障时，开启节能空调，实现备份空调的作用，延长精密空调的维修时间并且在室外温度很低时，利用自然冷源进行降温，减少压缩机的工作时间，提高空调的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种数据中心节能空调系统的安装示意图。

图2为本发明一种数据中心节能空调系统的制冷原理示意图。

图3为本发明一种数据中心节能空调系统的控制单元与室内机、循环模块、风冷表冷器的连接关系的结构框图。

图4为本发明一种数据中心节能空调系统的室内机的结构示意图。

图5为为本发明一种数据中心节能空调系统的循环模块的结构示意图。

图6为本发明一种数据中心节能空调系统的风冷表冷器的结构示意图。

图7为本发明一种数据中心节能方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明提供一种数据中心节能空调系统及其散热方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明一种数据中心节能空调系统安装示意图，其中，包括

用于向室内送风降低室温的若干台室内机101；

用于实现制冷剂循环的若干循环模块102；

用于换热的若干风冷表冷器103；

用于控制所室内机101的开启或关闭的若干控制单元104；

图2为本发明一种数据中心节能空调系统的制冷原理示意图，图中所述室内机101、所述循环模块102及所述风冷表冷器103依次连接，并且所述风冷表冷器103与所述室内机101连接，且所述控制单元104与所述室内机101、循环模块102、风冷表冷器103分别连接。图3为控制单元与室内机、循环模块、风冷表冷器的连接关系的结构框图，其中控制单元控制室内机、循环模块、风冷表冷器。并且从图中可以看出室内机、循环模块、风冷表冷器依次连接，并且构成了循环。

本发明的一种数据中心节能空调系统，由若干台室内机、循环模块、风冷表冷器、控制单元组成，控制单元控制室内机的开启或关闭，室内机、循环模块、风冷表冷器两两连接构成循环，只需要达到开机条件，控制单元即可控制节能空调进行工作，开始对室内进行降温，减少精密空调的能耗，延长其使用寿命。

进一步的，所述的一种数据中心节能空调系统，如图4所示，为所述室内机的结构示意图，其中，所述室内机101包括柜体401，若干节流阀403，用于向室内送风的若干风机402，用于换热的若干制冷盘管404，设置在室内机101中与外部金属软管连接的快速接头406，用于实现外部的快速插拔安装及维护，所述室内机101柜体前后设置有出风口408和进风口407，出风口408设置在柜体401前部，向下送风，所述进风口407设置有空气过滤网405，用于过滤杂质，所述制冷盘管404，节流阀403，快速接头406依次连接。

本发明的数据中心节能空调系统，其中的节能空调均由工厂预制，在室内机中设置有快速接头，可实现外部的快速插拔安装及维护，用户可增加室内机的个数，也可快速实现空调的维修，并不影响整体的制冷效果。

进一步，所述的一种数据中心节能空调系统，如图5所示，为所述循环模块的结构示意图，其中，所述循环模块包括柜体501，用于驱动液态制冷剂的循环的若干制冷剂泵504，用于克服汽蚀余量的若干储液器502，所述储液器502设置在制冷剂泵504吸入口的上部，以及设置在制冷剂泵504的排出管上的用于调节多余的制冷剂的旁通管503。

本发明的进一步改进在于，优选的对所述机柜体进行户外喷涂，增加其防腐等级，可在室内安装也可在室外安装，在循环模块中包括储液器和制冷剂泵，所述储液器设置在制冷剂泵入口的上部，与制冷剂泵形成一个高度，用于克服汽蚀余量，保证制冷剂泵的正常工作，并且在制冷剂泵的排出管上设置有一路或多路旁通管，当室内机的需求流量变小时，多余的制冷剂可从旁通管中流出，保证系统内的压力平稳。

进一步的，所述的一种数据中心节能空调系统，其中，如图6所示，为所述风冷表冷器的结构示意图，其中包括柜体601，接线盒602，用于换热的若干换热器603、若干风机604、若干风机转速控制装置605，所述风机转速控制装置605与风机604相连，用于控制风机604的转速，通过风机转速控制，可加快热交换，进一步的配合室内机进行数据中心的降温散热。

进一步的，所述的一种数据中心节能空调系统，其中，所述控制单元包括控制器、显示屏、电气元件、温湿度传感器以及控制箱体，所述控制器通过感应温湿度传感器的信号控制室内机101、循环模块102和风冷表冷器103的开启和关闭，所述显示屏用于显示当前室内外的温度和湿度，控制箱体用于用户自行控制。本发明的所述智能控制器统一控制管理若干台室内机的工作，保证节能空调自动化工作，降低数据中心内的热负荷。在室内及室外均设置有温度传感器，当室内温度高于室外温度，并且达到一用户预先设定的温度差值时，开启节能空调，关闭数据中心精密空调，实现自然冷却，而当室内温度低于室外温度时，或者室内温度虽然高于室外温度，但是温差没有达到预设值时，不开启节能空调，利用精密空调自行降温。完全由控制单元控制，不用人为去调控，提升了空调散热效率。

本发明的一种数据中心节能空调，可应用在高热密度数据中心，数据中心热通道的温度高达40℃，当室外温度20℃以下均具有明显的节能效率，在数据中心空调宕机时，该节能空调可作为备份冷却空调，代替原始空调进行冷却降温，延长空调的维修时间，并且，在冬天室外温度较低时，可完全代替空调制冷，实现自然冷却，降低制冷系统的运行能耗，该自然冷却备份空调，控制独立，制冷系统独立，因此不会因为自然冷却与压缩机的制冷切换影响压缩机的运行寿命，同时，其不受原精密空调系统的控制关联，不受室外环境温度值的限定，只要室内外存在合理的温差，就可以开机运行，保证最大限度的利用自然冷却技术，进而降低制冷系统的运行能耗。

进一步的，本发明还提供一种数据中心节能方法，其中，如图7所示，为所述方法的步骤流程图，所述方法包括步骤：

S101、当室内温度比室外温度高，且温差到达用户预设值时，开启节能空调，实现自然冷却；

S102、当室内温度比室外温度低或室内温度比室外温度高，但是温差没达到预设值时，关闭节能空调。

所述方法针对室内外温差控制节能空调的开启或关闭，当室内温度比室外温度高，且温差达到用户预设值时，此时运行精密空调，浪费自然资源，完全可以利用自然冷却达到节能的效果，因此开启节能空调，实现自然冷却，此时节能空调开启后，降低了精密空调热负荷，使其卸载运行或停机。而当室内温度比室外温度低，或者室内温度比室外温度高，但没达到用户预设值时，不开启节能空调，此时继续使用精密空调进行室内降温，只要室内温度比室外 温度高一定差值时，即开启节能空调，同时也可以根据需要控制节能空调室内机的台数来进行辅助散热。具体操作在所述系统中已详细解释，故不在此赘述。

综上所述，本发明通过让节能空调由室内机、控制单元、循环模块及表冷器组成，通过连接管路把室内机、循环模块及表冷器连接形成一套制冷循环回路，可与数据中心内的精密空调配合使用；节能空调的控制与精密空调独立，支持较高室外温度下的开机运行，只要具备合理的开机条件，便自行开启，尽最大限度降低精密空调的运行能耗，并且在数据中心的精密空调发生故障时，开启节能空调，实现备份空调的作用，延长精密空调的维修时间并且在室外温度很低时，利用自然冷源进行降温，减少压缩机的工作时间，提高空调的使用寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种数据中心节能空调系统，其特征在于，包括：

用于向室内送风降低室温的若干台室内机；

用于实现制冷剂循环的若干循环模块；

用于换热的若干风冷表冷器；

用于控制所室内机的开启或关闭的若干控制单元；

所述室内机、所述循环模块及所述风冷表冷器依次连接，并且所述风冷表冷器与所述室内机连接，且所述控制单元与所述室内机、循环模块、风冷表冷器分别连接。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心节能空调系统，其特征在于，所述室内机包括柜体，若干节流阀，用于向室内送风的若干风机，用于换热的若干制冷盘管，设置在室内机中与外部金属软管连接的快速接头，用于实现外部的快速插拔安装及维护，所述室内机柜体前后设置有出风口和进风口，出风口设置在柜体前部，向下送风，所述进风口设置有空气过滤网，用于过滤杂质，所述制冷盘管，节流阀，快速接头依次连接。

3.根据权利要求1所述的一种数据中心节能空调系统，其特征在于，所述循环模块包括柜体，用于驱动液态制冷剂的循环的若干制冷剂泵，用于克服汽蚀余量的若干储液器，所述储液器设置在制冷剂泵吸入口的上部，以及设置在制冷剂泵的排出管上的用于调节多余的制冷剂的旁通管。

4.根据权利要求1所述的一种数据中心节能空调系统，其特征在于，所述风冷表冷器包括柜体，接线盒，用于换热的若干换热器、若干风机、若干风机转速控制装置，所述风机转速控制装置与风机相连，用于控制风机的转速。

5.根据权利要求1所述的一种数据中心节能空调系统，其特征在于，所述控制单元包括控制器、显示屏、电气元件、温湿度传感器以及控制箱体，所述控制器通过感应温湿度传感器的信号控制节能空调系统的开启和关闭，所述显示屏用于显示当前室内外的温度和湿度，控制箱体用于用户自行控制。

6.一种数据中心节能方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、当室内温度比室外温度高，且温差到达用户预设值时，开启节能空调，实现自然冷却； 

B、当室内温度比室外温度低或室内温度比室外温度高，但是温差没达到预设值时，关闭节能空调。