CN104776531A - 水侧自然冷却系统和水侧自然冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种水侧自然冷却系统和水侧自然冷却方法，该水侧自然冷却系统包括空调末端，用于根据冷冻水产生冷风；冷却塔和板式换热器，用于在室外环境温度小于预设温度时，为输送到所述空调末端的冷冻水进行降温；供水机组，用于在室外环境温度大于预设温度时，将自来水作为冷冻水输送到所述空调末端；降温装置，用于在自来水不能满足冷冻水温要求时，对自来水进行降温，并根据降温后的自来水得到输送到所述空调末端的冷冻水。该系统可以不需要配置冷机，降低成本以及节能减排。

Description

水侧自然冷却系统和水侧自然冷却方法

技术领域

本发明涉及数据中心空调系统技术领域，尤其涉及一种水侧自然冷却系统和水侧自然冷却方法。

背景技术

当前，数据中心的整体设计愈来愈重视服务器在更高的环境温度下工作所获得的效率和成本的优势，信息技术(Information Technology，IT)设备供应商也致力于提升服务器所允许的进风温度限制，通过不断的优化IT设备内部布局和选用耐温电子元器件，服务器已经能够在35℃甚至更高的进风温度环境下正常运行。

针对高温服务器的数据中心常用的空调系统解决方案一般有以下两种：一种是利用水进行冷却的水侧自然冷却系统，另一种是利用风进行冷却的风侧自然冷却系统。现有技术中，水侧自然冷却系统由冷却塔、板式换热器、冷机、循环泵、空调末端等设备组成，冬季及春秋季时利用冷却塔和板式换热器制取冷冻水，无需开启冷机；夏季时开启冷机制取冷冻水。

但是，现有的水侧自然冷却的缺点主要体现在：冷机全年多数时间不运行，仅在夏季极端工况运行。但为了保证数据中心全年可用而不得不配置冷机，初投资及运行费用高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种水侧自然冷却系统，该系统可以不需要配置冷机，降低成本以及节能减排。

本发明的另一个目的在于提出一种水侧自然冷却方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的水侧自然冷却系统，包括：空调末端，用于根据冷冻水产生冷风；冷却塔和板式换热器，用于在室外环境温度小于预设温度时，为输送到所述空调末端的冷冻水进行降温；供水机组，用于在室外环境温度大于预设温度时，将自来水作为冷冻水输送到所述空调末端；降温装置，用于在自来水不能满足冷冻水温要求时，对自来水进行降温，并根据降温后的自来水得到输送到所述空调末端的冷冻水。

本发明第一方面实施例提出的水侧自然冷却系统，不需要设置冷机，可以降低成本以及节能减排。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的水侧自然冷却方法，包括：采用自然冷却设备或者自来水，对输送到空调末端的冷冻水进行降温，或者，为空调末端输送冷冻水；根据冷冻水产生冷风。

本发明第二方面实施例提出的水侧自然冷却方法，不需要设置冷机，可以降低成本以及节能减排。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的水侧自然冷却系统的第一运行模式的示意图；

图2是本发明一实施例提出的水侧自然冷却系统的第二运行模式的示意图；

图3是本发明一实施例提出的水侧自然冷却系统的第三运行模式的示意图；

图4是本发明另一实施例提出的水侧自然冷却方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本发明一实施例提出的水侧自然冷却系统的结构示意图，该系统包括：空调末端11，冷却塔12，板式换热器13，供水机组14，降温装置。

可选的，降温装置可以是蓄冰池，或者，降温装置是相变蓄冷装置。

如图1所示，以降温装置是蓄冰池15为例。

可选的，该系统还可以包括变频泵，如图1所示，变频泵可以分别设置在冷却塔回路，空调末端回路，自来水供应支路上，以分别对冷却水，冷冻水和自来水的循环提供动力。

应用本实施例的系统，可以对应三种运行模式，分别称为第一运行模式，第二运行模式和第三运行模式。

三种运行模式可以分别应用于不同的室外环境温度下，在不同的运行模式下，输送到空调末端的冷冻水采用不同的方式进行降温。分别参见图1-3，分别用粗黑线示出了相应运行模式下水输送的路径。

参见图1，第一运行模式下，水循环的回路存在两条，分别是冷却水回路和冷冻水回路，其中，冷却水回路中循环的水是冷却水，冷却水回路经过的设备包括冷却塔和板式换热器，另外，为了增强水循环的动力，可以在冷却水回路上设置变频泵。冷冻水回路中循环的水是冷冻水，冷冻水回路经过的设备包括板式换热器和空调末端，类似的，为了增强水循环的动力，可以在冷冻水回路上设置变频泵。

可以理解的是，冷却水和冷冻水可以采用不同的输送路径(图1中未示出)分别输送到冷却水回路和冷冻水回路中。

冷却塔可以具体是开式冷却塔，可以通过蒸发冷却将数据中心产生的热量散发到大气中。

空调末端是水冷型的，具体可以是精密空调，列间空调，组合式空调机组，水冷背板等形式。

当室外环境温度(具体可以是室外环境湿球温度)小于预设温度时，冷却塔可以对冷却水进行降温，降温后的冷却水输送到板式换热器后，可以对另一回路中的冷冻水进行降温，降温后的冷冻水可以输送到空调末端，空调末端采用降温后的冷冻水产生冷风，冷风可以对数据中心的IT设备进行降温。

参见图2，第二运行模式下，由自来水作为空调末端的冷冻水。自来水可以具体是市政自来水，如图2所示，供水机组可以具体是无负压供水机组。

在室外环境温度大于预设温度时，自来水可以由供水机组输送给空调末端，由自来水作为空调末端的冷冻水，空调末端接收到自来水后，可以利用自来水的冷量产生冷风，对数据中心的IT设备进行降温。另外，为了增强水循环的动力，在输送自来水到空调末端的支路上可以设置变频泵。

另外，作为冷冻水的自来水经过空调末端后，温度上升，空调末端输出的自来水可以经过变频泵被输送到蓄水池16，蓄水池16中的水可以作为冷却塔的补水池，从而在第一运行模式下，冷却水回路的水可以来自蓄水池16。

在夏季，白天湿球温度较高，可以启动第二运行模式，夜间湿球温度较低，可以启动第一运行模式。

可以理解的是，上述的预设温度可以根据实际工况，天气等情况预先设置。

参见图3，第三运行模式下，当自来水的温度大于冷却水温要求时，如图3所示，自来水经过供水机组后可以分为两个支路，一个支路是经过蓄冰池，另一个支路是未经过蓄冰池，经过蓄冰池的自来水与未经过蓄冰池的自来水混合，以便混合后的水温满足冷却水温的工况要求，在得到满足工况要求的混合水后，将混合水作为冷却水输送给空调末端。

蓄冰池内存储有冰，自来水进入蓄冰池后，由冰对自来水进行降温。其中，冰可以由制冰机(图中未示出)制得。

另外，制冰机可以在峰谷电价阶段进行制冰，例如，在夜晚完成制冰，从而可以充分利用峰谷电价，节省运营成本。

可以理解的是，对自来水进行降温不限于蓄冰池，还可以采用其他方式进行降温，例如，采用相变蓄冷装置对自来水进行降温，相应的，在采用相变蓄冷装置时，作为冷冻水的是经过相变蓄冷装置降温后的自来水。

为了降低成本，相变蓄冷装置也可以在峰谷电价阶段，如夜晚对自来水进行降温，在白天可以使用已经制得的冰对自来水进行降温。

本实施例中，不需要设置冷机，可以降低成本以及节能减排。本实施例最大限度的减少了机械制冷，充分利用室外自然冷量和自来水的冷量，大大节省制冷系统运行能耗，实现简单，可靠。本实施例充分利用峰谷电价政策，节约数据中心运营成本。

图4是本发明另一实施例提出的水侧自然冷却方法的流程示意图，该方法包括：

S41：采用自然冷却设备或者自来水，对输送到空调末端的冷冻水进行降温，或者，为空调末端输送冷冻水。

具体可以包括：

在室外环境温度小于预设温度时，采用冷却塔和板式换热器为输送到所述空调末端的冷冻水进行降温；或者，

在室外环境温度大于预设温度时，采用供水机组将自来水作为冷冻水输送到所述空调末端；或者，

在自来水不能满足冷冻水温要求时，采用降温装置对自来水进行降温，并根据降温后的自来水得到输送到所述空调末端的冷冻水。

具体的，根据室外环境温度或者自来水的温度，可以分为三种运行模式，分别是第一运行模式，第二运行模式和第三运行模式，在第一运行模式下，采用冷却塔和板式换热器对冷冻水进行降温，在第二运行模式下，将自来水作为冷冻水，在第三运行模式下，对自来水进行降温，将降温后的自来水与未经降温的自来水的混合水作为冷冻水，或者，将降温后的自来水作为冷冻水。每种运行模式的具体内容可以参见上述实施例中的相关描述，在此不再赘述。

可选的，当所述降温装置是蓄冰池时，所述方法还包括：

采用制冰机进行制冰，并将制得的并添加到所述蓄冰池内。

将冰添加到蓄冰池后，可以采用冰对自来水进行降温，以降低自来水的水温。

可选的，所述制冰机在峰谷电价阶段工作，或者，所述相变蓄冷装置在峰谷电价阶段进行制冷。

通过利用峰谷电价，可以有效降低成本。

可选的，该方法还可以包括：将经过空调末端后输出的自来水存储到蓄水池，并将所述蓄水池作为所述冷却塔的补水池。

通过回收经过空调末端输出的自来水，可以提高资源利用率。

S42：根据冷冻水产生冷风。

将降温后的冷冻水输送到空调末端，或者，将自来水作为冷冻水输送到空调末端，或者，将降温后的自来水与未降温的自来水的混合水作为冷冻水输送到空调末端后，空调末端可以利用水温较低的冷冻水产生冷风，使用冷风对数据中心的IT设备进行降温。

本实施例中，不需要设置冷机，可以降低成本以及节能减排。本实施例最大限度的减少了机械制冷，充分利用室外自然冷量和自来水的冷量，大大节省制冷系统运行能耗，实现简单，可靠。本实施例充分利用峰谷电价政策，节约数据中心运营成本。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种水侧自然冷却系统，其特征在于，包括：

空调末端，用于根据冷冻水产生冷风；

冷却塔和板式换热器，用于在室外环境温度小于预设温度时，为输送到所述空调末端的冷冻水进行降温；

供水机组，用于在室外环境温度大于预设温度时，将自来水作为冷冻水输送到所述空调末端；

降温装置，用于在自来水不能满足冷冻水温要求时，对自来水进行降温，并根据降温后的自来水得到输送到所述空调末端的冷冻水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述降温装置是蓄冰池，所述冷冻水是经过蓄冰池后的自来水与未经过蓄冰池的自来水的混合水；或者，

所述降温装置是相变蓄冷装置，所述冷冻水是经过相变蓄冷装置后的自来水。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述降温装置是蓄冰池时，所述系统还包括：

制冰机，用于制冰，并添加到所述蓄冰池中。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述制冰机在峰谷电价阶段工作，或者，所述相变蓄冷装置在峰谷电价阶段进行制冷。

5.根据权利要求2-4任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

蓄水池，用于存储经过空调末端后输出的自来水，并作为所述冷却塔的补水池。

6.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

变频泵，为水的循环提供动力。

7.一种水侧自然冷却方法，其特征在于，包括：

采用自然冷却设备或者自来水，对输送到空调末端的冷冻水进行降温，或者，为空调末端输送冷冻水；

根据冷冻水产生冷风。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用自然冷却设备或者自来水，对输送到空调末端的冷冻水进行降温，或者，为空调末端输送冷冻水，包括：

在室外环境温度小于预设温度时，采用冷却塔和板式换热器为输送到所述空调末端的冷冻水进行降温；或者，

在室外环境温度大于预设温度时，采用供水机组将自来水作为冷冻水输送到所述空调末端；或者，

在自来水不能满足冷冻水温要求时，采用降温装置对自来水进行降温，并根据降温后的自来水得到输送到所述空调末端的冷冻水。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述降温装置是蓄冰池时，所述方法还包括：

采用制冰机进行制冰，并将制得的并添加到所述蓄冰池内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制冰机在峰谷电价阶段工作，或者，所述相变蓄冷装置在峰谷电价阶段进行制冷。

11.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

将经过空调末端后输出的自来水存储到蓄水池，并将所述蓄水池作为所述冷却塔的补水池。