CN105120637B - 数据中心用蒸发冷却水冷‑风冷复合型冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的数据中心用蒸发冷却水冷‑风冷复合型冷却系统，包括有通过风管网与数据中心连接的蒸发冷却‑机械制冷联合的一体化空调机组和间接蒸发冷却塔；间接蒸发冷却塔通过水管网与数据中心内设置的机柜‑背板换热器组合柜系统连接。本发明数据中心用蒸发冷却水冷‑风冷复合型冷却系统，将蒸发冷却‑机械制冷联合的一体化空调机组、间接蒸发冷却塔与数据中心联合，为数据中心内的服务器配设背板换热器，并将背板换热器与间接蒸发冷却塔联合，节省能耗同时有效调节了数据中心内的温度。

Description

数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统

技术领域

本发明属于空调制冷系统技术领域，具体涉及一种数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统。

背景技术

随着数据时代的到来，IDC机房现已成为国民经济发展中的重要组成部分，它是推进国家科技工业信息化和数字化的重要支柱。

随着数据中心规模和集成度的发展，服务器中IT设备功率密度与日俱增，热密度急剧增长，这就带来了两方面的问题：一方面，在数据中心内制冷设备所消耗的电功率快速增大，使得机房内消耗的电量大幅度的增长；另一方面，服务器散热问题变得越来越严重，甚至可能在消耗大量能源和运营成本的代价下，还会因为设备发热而导致设备停机。针对上述两方面的问题，提出一种能耗小且适用于数据中心使用的降温系统非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，将蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组、间接蒸发冷却塔、背板换热器与数据中心联合，能在节省能耗的同时有效调节数据中心内的温度。

本发明所采用的技术方案是，数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，包括有通过风管网与数据中心连接的蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组和间接蒸发冷却塔；间接蒸发冷却塔通过水管网与数据中心内设置的机柜-背板换热器组合柜系统连接。

本发明的特点还在于：

机柜-背板换热器组合柜系统设置于高架地板风道上，高架地板风道紧贴着数据中心内的地板设置；高架地板风道的两端伸出数据中心分别与蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组、间接蒸发冷却塔连接；蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组通过回风管与回风通道连接，回风通道的一端连接排风管，回风通道的另一端伸入数据中心内并紧贴数据中心顶部设置；高架地板风道上均匀设置有多个冷风送风口；回风管内设置有风阀a；排风管内设置有风阀b。

机柜-背板换热器组合柜系统由多个机柜-背板换热器组合柜组成；每个机柜-背板换热器组合柜均与间接蒸发冷却塔连接。

机柜-背板换热器组合柜，包括有组合柜柜体，组合柜柜体内设置有服务器，服务器的出风侧设置有背板换热器；背板换热器通过回水支管与间接蒸发冷却塔的回水管连接；背板换热器还通过供水支管与间接蒸发冷却塔的供水管连接。

间接蒸发冷却塔，包括有冷却塔壳体，冷却塔壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，每个进风口内设置一个表冷器；冷却塔壳体顶壁上设置有排风口；冷却塔壳体内设置有填料式蒸发冷却单元。

排风口内设置有排风机；

填料式蒸发冷却单元，包括有填料b，填料b的上方设置有布水管，布水管上均匀设置有多个面向填料b喷淋的喷嘴；布水管分别通过多根进水管与多个表冷器连接，其中的一根进水管上连接回水管；填料b的下方设置有集水槽，集水槽连接供水管，供水管还通过多个分水管与多个表冷器连接。

回水管和供水管上均设置有阀门。

蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风入口、送风口；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器、管式间接蒸发冷却单元、回风室、蒸发器、直接蒸发冷却单元、挡水板a及送风机；过滤器的下部设置有压缩机；管式间接蒸发冷却单元的上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口，管式间接蒸发冷却单元与二次排风口之间设置有冷凝器；冷凝器、膨胀阀、蒸发器及压缩机依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统；回风室对应的机组壳体顶壁上设置有回风口，回风口上连接有回风管。

管式间接蒸发冷却单元，包括有换热管组，换热管组的上方依次设置有喷淋管a、挡水填料，喷淋管a上均匀设置有多个面向换热管组喷淋的喷头；换热管组的下方设置有循环水箱a，循环水箱a通过蓄水管a与喷淋管a连接，蓄水管a上设置有循环水泵a；换热管组与循环水箱a之间形成二次风风道，二次风风道两侧对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口。

直接蒸发冷却单元，包括有填料a，填料a上方设置有喷淋管b，喷淋管b上均匀设置有多个面向填料a喷淋的喷头；填料a的下方设置有循环水箱b，循环水箱b通过蓄水管b与喷淋管b连接；蓄水管b上设置有循环水泵b。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统中，为数据中心内的服务器配设有背板换热器，背板换热器内通入由间接蒸发冷却冷却塔制取的高温冷水，背板换热器可以与服务器吹出的热风直接进行换热，换热后的热量则通过高温冷水循环被送到室外，完成制冷换热过程。

(2)本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，利用蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组给机房提供新风，实现对数据中心的全年供冷；在春秋过渡季和冬季，蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组以蒸发冷却模式运行；在夏季室外温度较高时，蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组以机械制冷加蒸发冷却联合模式运行，满足数据中心温湿度需求。

(3)在本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统中，间接蒸发冷却冷却塔和蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组，在过渡季节和冬季可以充分利用室外自然冷源为机房提供所需冷量，节能效果相当可观。

(4)本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，采用下送上回的通风方式，在数据中心内设有架空地板风道，冷空气直接进入架空地板风道下，然后通过架空地板风道上设置的多个冷风送风口把冷气均匀地送入机房内，提高了空调效率，节省了管道费用，且使得室内布局更加美观。

附图说明

图1是本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统的结构示意图；

图2是本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统内机柜-机柜水冷背板组合柜的结构示意图；

图3是本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统内间接蒸发冷却塔的结构示意图；

图4是本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统内蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组的结构示意图。

图中，1.蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组，2.机柜-背板换热器组合柜，3.高架地板风道，4.回水管，5.供水管，6.阀门，7.间接蒸发冷却塔，8.回风通道，9.风阀a，10.风阀b，11.排风管，12.回风管，13.服务器，14.背板换热器，15.压缩机，16.循环水箱a，17.二次进风口，18.换热管组，19.循环水泵a，20.回风室，21.填料a，22.循环水箱b，23.循环水泵b，24.挡水板a，25.送风机，26.送风口，27.喷淋管b，28.蒸发器，29.回风口，30.二次排风口，31.冷凝器，32.喷淋管a，33.过滤器，34.新风入口，35.分水管，36.表冷器，37.填料b，38.喷嘴，39.排风口，40.排风机，41.组合柜柜体，42.集水槽，43.布水管，44.进水管，45.挡水填料，46.蓄水管a，47.蓄水管b，48.回水支管，49.供水支管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其结构如图1所示，包括有通过风管网与数据中心连接的蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1和间接蒸发冷却塔7；间接蒸发冷却塔7通过水管网与数据中心内设置的机柜-背板换热器组合柜系统连接。

如图1所示，机柜-背板换热器组合柜系统设置于高架地板风道3上，高架地板风道3紧贴着数据中心内的地板设置；高架地板风道3的两端伸出数据中心分别与蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1、间接蒸发冷却塔7连接；蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1通过回风管12与回风通道8连接，回风通道8的一端连接排风管11，回风通道8的另一端伸入数据中心内并紧贴数据中心顶部设置。

高架地板风道3上均匀设置有多个冷风送风口，用于给数据中心送风，每个冷风送风口内都设置有控制阀。

回风管12内设置有风阀a9；排风管11内设置有风阀b10。

机柜-背板换热器组合柜系统由多个机柜-背板换热器组合柜2组成；每个机柜-背板换热器组合柜2均与间接蒸发冷却塔7连接。

机柜-背板换热器组合柜，其结构如图2所示，包括有组合柜柜体41，组合柜柜体41内设置有服务器13，服务器13的出风侧设置有背板换热器14，如图1所示，背板换热器14通过回水支管48与间接蒸发冷却塔7的回水管4连接，背板换热器14还通过供水支管49与间接蒸发冷却塔7的供水管5连接。

间接蒸发冷却塔7，如图3所示，包括有冷却塔壳体，冷却塔壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，每个进风口内设置一个表冷器36；冷却塔壳体顶壁上设置有排风口39；冷却塔壳体内设置有填料式蒸发冷却单元。

排风口39内设置有排风机40。

填料式蒸发冷却单元，如图3所示，包括有填料b37，填料b37的上方设置有布水管43，布水管43上均匀设置有多个面向填料b37喷淋的喷嘴38；布水管43分别通过多根进水管44与多个表冷器36连接，其中的一根进水管44上连接回水管4；填料b37的下方设置有集水槽42，集水槽42连接供水管5，供水管5还通过多个分水管35与多个表冷器36连接。

回水管4和供水管5上均设置有阀门6。

蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1，如图4所示，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风入口34、送风口26；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器33、管式间接蒸发冷却单元、回风室20、蒸发器28、直接蒸发冷却单元、挡水板a24及送风机25；过滤器33的下部设置有压缩机15；管式间接蒸发冷却单元的上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口30，管式间接蒸发冷却单元与二次排风口30之间设置有冷凝器31；冷凝器31、膨胀阀、蒸发器28及压缩机15依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统；回风室20对应的机组壳体顶壁上设置有回风口29，回风口29上连接有回风管12。

新风入口34、送风口26内均设置有风量控制阀。

二次排风口30及回风口29内设置有风机。

管式间接蒸发冷却单元，包括有换热管组18，换热管组18的上方依次设置有喷淋管a32、挡水填料45，喷淋管a32上均匀设置有多个面向换热管组18喷淋的喷头；换热管组18的下方设置有循环水箱a16，循环水箱a16通过蓄水管a46与喷淋管a32连接，蓄水管a46上设置有循环水泵a19；换热管组18与循环水箱a16之间形成二次风风道，二次风风道两侧对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口17。

二次进风口17采用百叶风口。

换热管组18由多根水平设置的换热管组成。

直接蒸发冷却单元，包括有填料a21，填料a21上方设置有喷淋管b27，喷淋管b27上均匀设置有多个面向填料a21喷淋的喷头；填料a21的下方设置有循环水箱b22，循环水箱b22通过蓄水管b47与喷淋管b27连接；蓄水管b47上设置有循环水泵b23。

本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统的工作过程具体如下：

1.间接蒸发冷却塔7，其水系统工作过程如下：

室外的空气经进风口进入冷却塔壳体内，先由进风口内设置的表冷器36对空气进行预冷，预冷后的空气汇聚于填料式蒸发冷却单元内，此时由布水管43上的多个喷嘴38将水喷淋在填料b37上，当空气流过填料b37时发生热湿交换，空气温度降低；温度降低的空气在排风机40的作用下经排风口39排出；

待空气处理完成后，填料b37上多余的水落入到集水槽42内，集水槽42内的水分为两部分使用(此时集水槽42内的水温度较低)：

一部分冷水作为输出水，通过供水管5上的多个供水支管49分流至多个背板换热器14中，用于吸收机柜-背板换热器组合柜2内服务器13产生的热量，之后水温升高；温度升高的水再通过多根回水支管48送至回水管4内，最终由回水管4送回到间接蒸发冷却塔7内；

而另一部分冷水则通过多根分水管35进入多个表冷器36中，利用表冷器36对进入间接蒸发冷却塔7的室外空气进行预冷，然后与来自回水管4的水混合后送至布水管43中，由布水管43上设置的多个喷嘴38再次将水均匀的喷淋到填料b37上，与预冷后的空气进行热湿交换，如此不断的进行循环。

2.蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1的工作过程具体如下：

(1)蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1可以在全年运行，但在不同的季节运行模式不同，主要分为以下三种运行模式：

(a)在高温的夏季，开启管式间接蒸发冷却单元和机械制冷系统；

室外的空气经新风入口34进入机组壳体内，先由过滤器33过滤掉空气中的灰尘和杂物，完成空气的净化处理；洁净的空气流过管式间接蒸发冷却单元，由管式间接蒸发冷却单元实现对空气的预冷；预冷后的空气流入回风室20内，此时回风口29内的风机是运行状态，所以数据中心内的回风也进入回风室20，预冷后的空气与回风在回风室20内混合形成混合风；混合风再经过膨胀阀和蒸发器28进行深度冷却之后，在送风机25的作用下，由送风口26送入高架地板风道3内，由高架地板风道3上的多个冷风送风口将冷风送入数据中心内。

(b)在春、秋季，开启管式间接蒸发冷却单元和直接蒸发冷却单元；在春秋季可以充分利用室外冷源，不利用回风，采用全新风运行；

室外的空气经新风入口34进入机组壳体内，先由过滤器33过滤掉空气中的灰尘和杂物，完成空气的净化处理；洁净的空气流过管式间接蒸发冷却单元，由管式间接蒸发冷却单元实现对空气的预冷；预冷后的空气流经直接蒸发冷却单元，由直接蒸发冷却单元对空气进行进一步冷却，冷却后的空气在送风机25的作用下经送风口26送入高架地板风道3内；由高架地板风道3上的多个冷风送风口将冷风送入数据中心内。

(c)在寒冷的冬季，只开启直接蒸发冷却单元；

室外的空气经新风入口34进入机组壳体内，先由过滤器33过滤掉空气中的灰尘和杂物，完成空气的净化处理；洁净的空气流入回风室20内，此时回风口29内的风机是运行状态，所以数据中心内的回风也进入回风室20，预冷后的空气与回风在回风室20内混合形成混合风；由于冬季室外温度较低，混合风温度本身就低，无需在进行预冷，混合风只需要经过直接蒸发冷却单元处理就可以达到较低的温度，冷却后的空气在送风机25的作用下经送风口26送入高架地板风道3内，由高架地板风道3上的多个冷风送风口将冷风送入数据中心内。

(2)蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1的水系统工程如下：

在管式间接蒸发冷却单元中，循环水箱a16中的循环水在循环水泵a19的作用下经蓄水管a46送至喷淋管a32内，由喷淋管a32上设置的多个喷头将水喷淋在换热管组18上，与空气热湿交换后，换热管组18上剩余的水重新落入循环水箱a16中，如此不断循环。

在直接蒸发冷却单元中，循环水箱b22中的循环水在循环水泵b23的作用下经蓄水管b47送至喷淋管b27内，由喷淋管b27上设置的多个喷头将水喷淋在填料a21上，与空气热湿交换后，填料a21上剩余的水重新落入循环水箱b 22中，如此不断循环。

(3)蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1内机械制冷系统的工作过程：

在机械制冷系统中，由压缩机15排出的过热高压制冷剂气体流经冷凝器31内，在冷凝器31处，使高温气态的制冷剂与间接蒸发冷却单元所排出的二次空气之间进行换热处理，换热后气态制冷剂被冷凝为高压的液态制冷剂；高压的液态制冷剂经膨胀阀节流降压后进入蒸发器28中，液态制冷剂吸收空气热量而蒸发变为低温低压的制冷剂气体，之后该制冷剂气体再次被压缩机15吸入进行压缩，制冷剂如此不断的进行压缩、冷凝、节流、蒸发的循环。

本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，将间接蒸发冷却塔7与蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1联合后应用于数据中心，并且为数据中心内的服务器配设了背板换热器14。将背板换热器14与间接蒸发冷却塔7连接，就能使背板换热器14中通入间接蒸发冷却塔7制取的高温冷水，背板换热器14与服务器13吹出的热风直接进行换热，热量通过高温冷水循环被送到室外，完成制冷换热过程。利用蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组1为数据中心提供所需的新风，可以实现全年供冷；在冬季和春秋过度季节采用蒸发冷却运行模式，在炎热的夏季则采用间接蒸发冷却与机械制冷联合运行的模式，由于能够利用自然冷源，所以实现了对数据中心绿色、节能及环保的要求。此外，本发明数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统的送风形式采用的是高架地板风道3下送风，而将回风通道8设置于数据中心内的顶部，实现了下送上回的通风方式，优化了气流组织。

Claims (5)

1.数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其特征在于，包括有通过风管网与数据中心连接的蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组(1)和间接蒸发冷却塔(7)；所述间接蒸发冷却塔(7)通过水管网与数据中心内设置的机柜-背板换热器组合柜系统连接；

所述机柜-背板换热器组合柜系统设置于高架地板风道(3)上，所述高架地板风道(3)贴附于数据中心内的地板设置；所述高架地板风道(3)的两端伸出数据中心分别与蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组(1)、间接蒸发冷却塔(7)连接；所述蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组(1)通过回风管(12)与回风通道(8)连接，所述回风通道(8)的一端连接排风管(11)，所述回风通道(8)的另一端伸入数据中心内并紧贴数据中心顶部设置；所述高架地板风道(3)上均匀设置有多个冷风送风口；所述回风管(12)内设置有风阀a(9)；所述排风管(11)内设置有风阀b(10)；

所述机柜-背板换热器组合柜系统由多个机柜-背板换热器组合柜(2)组成；每个所述机柜-背板换热器组合柜(2)均与间接蒸发冷却塔(7)连接；

所述机柜-背板换热器组合柜，包括有组合柜柜体(41)，所述组合柜柜体(41)内设置有服务器(13)，所述服务器(13)的出风侧设置有背板换热器(14)；

所述背板换热器(14)通过回水支管(48)与间接蒸发冷却塔(7)的回水管(4)连接；所述背板换热器(14)还通过供水支管(49)与间接蒸发冷却塔(7)的供水管(5)连接；

所述间接蒸发冷却塔(7)，包括有冷却塔壳体，冷却塔壳体的侧壁上均匀设置有多个进风口，每个所述进风口内设置一个表冷器(36)；所述冷却塔壳体顶壁上设置有排风口(39)；所述冷却塔壳体内设置有填料式蒸发冷却单元；

所述蒸发冷却-机械制冷联合的一体化空调机组(1)，包括有机组壳体，所述机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风入口(34)、送风口(26)；

所述机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器(33)、管式间接蒸发冷却单元、回风室(20)、蒸发器(28)、直接蒸发冷却单元、挡水板a(24)及送风机(25)；

所述过滤器(33)的下部设置有压缩机(15)；

所述管式间接蒸发冷却单元的上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口(30)，所述管式间接蒸发冷却单元与二次排风口(30)之间设置有冷凝器(31)；

所述冷凝器(31)、膨胀阀、蒸发器(28)及压缩机(15)依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统；

所述回风室(20)对应的机组壳体顶壁上设置有回风口(29)，回风口(29)上连接有回风管(12)。

2.根据权利要求1所述的数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其特征在于，所述排风口(39)内设置有排风机(40)；

所述填料式蒸发冷却单元，包括有填料b(37)，填料b(37)的上方设置有布水管(43)，所述布水管(43)上均匀设置有多个面向填料b(37)喷淋的喷嘴(38)；

所述布水管(43)分别通过多根进水管(44)与多个表冷器(36)连接，其中的一根进水管(44)上连接回水管(4)；

所述填料b(37)的下方设置有集水槽(42)，所述集水槽(42)连接供水管(5)，所述供水管(5)还通过多个分水管(35)与多个表冷器(36)连接。

3.根据权利要求2所述的数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其特征在于，所述回水管(4)和供水管(5)上均设置有阀门(6)。

4.根据权利要求1所述的数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其特征在于，所述管式间接蒸发冷却单元，包括有换热管组(18)，所述换热管组(18)的上方依次设置有喷淋管a(32)、挡水填料(45)，所述喷淋管a(32)上均匀设置有多个面向换热管组(18)喷淋的喷头；

所述换热管组(18)的下方设置有循环水箱a(16)，所述循环水箱a(16)通过蓄水管a(46)与喷淋管a(32)连接，所述蓄水管a(46)上设置有循环水泵a(19)；

所述换热管组(18)与循环水箱a(16)之间形成二次风风道，所述二次风风道两侧对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口(17)。

5.根据权利要求1所述的数据中心用蒸发冷却水冷-风冷复合型冷却系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却单元，包括有填料a(21)，所述填料a(21)上方设置有喷淋管b(27)，所述喷淋管b(27)上均匀设置有多个面向填料a(21)喷淋的喷头；

所述填料a(21)的下方设置有循环水箱b(22)，循环水箱b(22)通过蓄水管b(47)与喷淋管b(27)连接；

所述蓄水管b(47)上设置有循环水泵b(23)。