CN105157275B - 数据中心的冷却水余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数据中心的冷却水余热利用系统，其中，该系统包括冷却塔、冷水机组、第一阀门、第二阀门、第三阀门和用热单元，其中：冷却塔用于在第一阀门处于开启状态，且第二阀门与第三阀门均处于关闭状态时，根据设定的冷却水供水温度冷却冷却水回水；用热单元用于在第一阀门处于关闭状态，且第二阀门与第三阀门均处于开启状态时，利用冷却水回水的余热。本发明实施例的数据中心的冷却水余热利用系统，通过对冷却水回水的余热回用降低了数据中心中的冷却塔的能耗，减少数据中心加热设备的配置和能耗，提高数据中心的能源利用效率，降低了PUE。

Description

数据中心的冷却水余热利用系统

技术领域

本发明涉及数据中心的制冷技术领域，特别涉及一种数据中心的冷却水余热利用系统。

背景技术

随着能源成本的不断攀升以及人们对绿色环保的重视，数据中心节能需求越来越强烈，节能减排已成为数据中心基础设施追求的目标之一。在保证数据中心机房IT设备安全、高性能运行的前提下，综合利用各种节能手段，提高数据中心的能源利用效率，降低数据中心的功率使用有效性(Power Usage Effectiveness，简称PUE)。

数据中心常年需要制冷，冷却塔按照设定的冷却水供水温度，通过消耗电能降低冷却水回水温度，并将冷却后的冷却水提供给制冷系统以完成制冷。另外，在冬季，数据中心的新风机组需消耗电能加热室外新风以满足数据中心室内环境需求。在数据中心中，制冷系统能耗占数据中心能耗的比例在40％左右，能源耗费严重，如何降低制冷系统能耗对于降低数据中心的PUE至关重要。

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，本发明的目的在于提出一种数据中心的冷却水余热利用系统，该系统通过对冷却水回水的余热回用降低了数据中心中的冷却塔的能耗，减少数据中心加热设备的配置和能耗，提高数据中心的能源利用效率，降低了PUE。

为实现上述目的，本发明实施例的数据中心的冷却水余热利用系统，包括冷却塔、冷水机组、第一阀门、第二阀门、第三阀门和用热单元，其中：所述冷水机组的供水端与所述冷却塔的回水端相连，所述冷水机组的回水端通过所述第一阀门与所述冷却塔的供水端相连，所述冷却塔用于在所述第一阀门处于开启状态，且所述第二阀门与所述第三阀门均处于关闭状态时，根据设定的冷却水供水温度冷却冷却水回水；所述冷水机组的回水端通过所述第二阀门与所述用热单元的供水端相连，所述用热单元的回水端通过所述第三阀门与所述冷却塔的供水端相连，所述用热单元用于在所述第一阀门处于关闭状态，且所述第二阀门与所述第三阀门均处于开启状态时，利用所述冷却水回水的余热。

本发明实施例的数据中心的冷却水余热利用系统，在第一阀门处于关闭状态，且第二阀门与第三阀门均处于开启状态时，用热单元可利用冷却水回水的余热进行利用，该实施例通过对冷却水回水的余热回用降低了数据中心中的冷却塔的能耗，减少数据中心加热设备的配置和能耗，提高数据中心的能源利用效率，降低了PUE。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的数据中心的冷却水余热利用系统的结构示意图。

图2是数据中心的冷却水余热利用系统的示例图。

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元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的数据中心的冷却水余热利用系统。

图1是根据本发明一个实施例的数据中心的冷却水余热利用系统的结构示意图。

如图1所示，该数据中心的冷却水余热利用系统包括冷却塔10、冷水机组20、第一阀门30、第二阀门40、第三阀门50和用热单元60，其中：

冷水机组20的供水端与冷却塔10的回水端相连，冷水机组20的回水端通过第一阀门30与冷却塔10的供水端相连，冷却塔10用于在第一阀门30处于开启状态，且第二阀门40与第三阀门50均处于关闭状态时，根据设定的冷却水供水温度冷却冷却水回水。

冷水机组20的回水端通过第二阀门40与用热单元60的供水端相连，用热单元60的回水端通过第三阀门50与冷却塔10的供水端相连，用热单元用于在第一阀门30处于关闭状态，且第二阀门40与第三阀门50均处于开启状态时，利用冷却水回水的余热。

在本发明的一个实施例中，在第一阀门处于关闭状态，且第二阀门与第三阀门均处于开启状态时，上述冷却塔10还可以用于：在用热单元60输出的冷却水余热回水的温度没有达到设定的冷却水供水温度时，冷却冷却水余热回水，并将冷却后的冷却水余热回水返回冷水机组20。

在本发明的一个实施例中，上述用热单元60可以为新风机组，新风机组内部设置有预热盘管70，具体地，预热盘管70用冷却水回水的余热对从室外引进的新风进行预热。

需要理解的是，新风机组仅是用热单元60的一个示例，上述用热单元60还可以为其他可以利用冷却水回水的余热的其他用热设备。例如，用热单元60可以是用于加热生活用水的换热器，还可以是水环热泵机组，即将冷却水回水作为水环热泵机组的水源。

为了可以更好地对从室外引进的新风进行加热，如图2所示，可以在新风机组内部设置一个预热盘管70和一个加热盘管80。其中，加热盘管80与预热盘管70相连，加热盘管80用于在预热后的新风的温度未达到预设新风温度时，通过消耗电能对通过预热盘管70预热后的新风进行加热，以使预热后的新风达到预设新风温度。

具体地，当监控到从室外引进的新风的温度低于或者等于预设阈值时，关闭第一阀门30，开启第二阀门40与第三阀门50，此时，从冷水机组20的回水端流出的冷却水回水通过第二阀门40流向新风机组中的预热盘管70，为新风进行第一次加热，然后再从预热盘管70流出，并经过第三阀门50返回。由此，通过冷却水回水的热量为新风进行预热，新风的温度被预热盘管70加热的同时冷却水回水温度也得到降低，降低了新风机组机械制热的热负荷，减少机房供热机组容量，降低供热机组运行能耗。

在预热后的新风的温度未达到预设新风温度例如3℃时，新风机组中的加热盘管80通过消耗电能对通过预热盘管70预热后的新风进行加热，以使预热后的新风达到预设新风温度例如3℃，在新风机组中设置预热盘管70和加热盘管80，可降低单个热盘管所承担的热负荷，避免单盘管能力过大，造成系统不稳定。

其中，预设阈值是系统中预先设置的温度阈值。

例如，假定预设阈值为-4℃，可通过温度传感器测量从室外引进的新风的温度，在监控到新风的温度为-5℃时，由于新风的温度低于预设阈值，此时，可关闭第一阀门30，开启第二阀门40与第三阀门50，从冷水机组20的回水端流出的冷却水回水流经新风机组的预热盘管70，通过冷却水回水的余热为新风进行预热，在预热新风的同时，流经预热盘管70的冷却水回水的温度也得到了降低，实现冷却水水系统循环。

另外，在本发明的一个实施例中，当监控到从对室外引进的新风的温度高于预设阈值时，可开启第一阀门30，关闭第二阀门40与第三阀门50。即在用热单元60不需要使用冷却水回水的预热时，可开启第一阀门30，关闭第二阀门40与第三阀门50，此时，从冷水机组20的回水端流出的冷却水回水经过阀门组90(如图2所示)流进冷却塔10，冷却塔10将经过阀门组90温度较高的冷却水回水(>10℃)降温后，通过冷却水循环水泵100加压及冷却水供水管路输送至各冷水机组，实现制冷循环。

下面以图2为例详细说明数据中心的冷却水余热利用系统的工作过程。

在冬季，由于从室外引进的新风的温度较低，为了避免新风机组内水盘管结冻以及为新风进行第一次加热，此时，可关闭第一阀门30，开启第二阀门40与第三阀门50。此时，从冷水机组20的回水端的冷却水回水通过第二阀门40流进新风机组中的预热盘管70，为新风进行第一次加热，然后再从预热盘管70流出，并经过第三阀门50返回。

在监控到从预热盘管70流出的冷却水余热回水的温度没有达到设定的冷却水供水温度时，冷却塔10通过消耗电能对冷却水余热回水进行进一步降温后，通过冷却水循环水泵100加压及冷却水供水管路输送至各冷水机组20，实现制冷循环。由于经过预热盘管70的冷却水回水的温度得到了降低，因此，冷却塔10运行能耗也得到了降低，实现了数据中心的节能减排，进而可减少数据中心购置供热机组及敷设供热管道的初投资。

如果从预热盘管70流出的冷却水余热回水的温度与设定的冷却水供水温度之间没有温度差，此时，冷却塔10将不再需要运行能耗冷却冷却水余热回水。

综上可以看出，该实施例通过在系统中增加第一阀门、第二阀门和第三阀门，并在用热单元需要使用冷却水回水的余热时，关闭第一阀门，且开启第二阀门和第三阀门，使得用热单元可以利用冷却水回水的余热，并将通过用热单元的冷却水返回，实现了冷却水水系统循环，同时实现为用冷单元和用热单元供冷和供热，降低冷却塔能耗，减少数据中心加热设备的配置和能耗，提高数据中心的能源利用效率，降低PUE，降低数据中心购置供热机组及敷设供热管道的初投资。

本发明实施例的数据中心的冷却水余热利用系统，在第一阀门处于关闭状态，且第二阀门与第三阀门均处于开启状态时，用热单元可利用冷却水回水的余热进行利用，该实施例通过对冷却水回水的余热回用降低了数据中心中的冷却塔的能耗，减少数据中心加热设备的配置和能耗，提高数据中心的能源利用效率，降低了PUE。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

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。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 (2)

1.一种数据中心的冷却水余热利用系统，其特征在于，包括冷却塔、冷水机组、第一阀门、第二阀门、第三阀门和用热单元，其中：

所述冷水机组的供水端与所述冷却塔的回水端相连，所述冷水机组的回水端通过所述第一阀门与所述冷却塔的供水端相连，所述冷却塔用于在所述第一阀门处于开启状态，且所述第二阀门与所述第三阀门均处于关闭状态时，根据设定的冷却水供水温度冷却冷却水回水；

所述冷水机组的回水端通过所述第二阀门与所述用热单元的供水端相连，所述用热单元的回水端通过所述第三阀门与所述冷却塔的供水端相连，所述用热单元用于在所述第一阀门处于关闭状态，且所述第二阀门与所述第三阀门均处于开启状态时，利用所述冷却水回水的余热；

其中，所述用热单元为新风机组，所述新风机组内部设置有预热盘管，所述预热盘管用所述冷却水回水的余热对从室外引进的新风进行预热；

所述新风机组内部还设置有加热盘管，所述加热盘管与所述预热盘管相连，所述加热盘管，用于：在预热后的新风的温度未达到预设新风温度时，对预热后的新风继续加热，以使预热后的新风达到所述预设新风温度；

在所述第一阀门处于关闭状态，且所述第二阀门与所述第三阀门均处于开启状态时，所述冷却塔还用于：

在所述用热单元输出的冷却水余热回水的温度没有达到所述设定的冷却水供水温度时，冷却所述冷却水余热回水，并将冷却后的冷却水余热回水返回所述冷水机组；

当监控到从对室外引进的新风的温度低于或者等于预设阈值时，关闭所述第一阀门，开启所述第二阀门与所述第三阀门；

当监控到从室外引进的新风的温度高于预设阈值时，开启所述第一阀门，关闭所述第二阀门与所述第三阀门。

2.如权利要求1所述的数据中心的冷却水余热利用系统，其特征在于，所述预热盘管的数量为1个。