CN105465928A - 数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，包括有设置于数据中心内机柜封闭热通道上部的换热单元，还包括有设置于数据中心外的喷泉散热系统和机械制冷冷水机组；换热单元、喷泉散热系统及机械制冷冷水机组之间通过水管网连接；喷泉散热系统连接雨水回收装置。本发明的供冷系统，将喷泉散热与机械制冷联合用于为数据中心供冷，具有供冷过程中能耗低及冷却效果好的特点。

Description

数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统
技术领域
本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统。
背景技术
随着我国信息化的深入及快速发展，越来越多的用户需要大量的数据处理及信息交换，相应越来越多的企业开始建设数据中心，越来越多的通讯设备投入运行，数据中心的工作负荷不断增加，而数据中心的良好运行是确保通讯设备稳定工作的保障，因此数据中心的降温问题越来越重要。
据统计，数据中心用空调系统的耗电量非常巨大，大约占整个数据中心耗电量的40％左右，现有的精密空调已经远远不能满足节能要求，面对能源危机，寻求一种供数据中心使用的节能型供冷系统显得尤为重要。
将喷泉散热与机械制冷联合应用于数据中心，用于为数据中心进行供冷，就能满足数据中心绿色、节能及环保的要求。在数据中心内利用机柜之间围成的空间形成机柜封闭热通道，并在机柜封闭热通道上方设置换热单元，使换热单元内不同的换热器盘管中走不同环路的冷水对数据中心进行冷却，不仅充分利用了室外自然冷源，而且避免了数据中心内的冷热掺混；采用喷泉散热替代冷却塔散热，有效解决了冷却塔散热存在的能耗大、噪音大、占地面积大及不利于整体景观美化的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，将喷泉散热与机械制冷联合用于为数据中心供冷，具有供冷过程中能耗低及冷却效果好的特点。
本发明所采用的技术方案是，数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，包括有设置于数据中心内机柜封闭热通道上部的换热单元，还包括有设置于数据中心外的喷泉散热系统和机械制冷冷水机组；换热单元、喷泉散热系统及机械制冷冷水机组之间通过水管网连接；喷泉散热系统连接雨水回收装置。
本发明的特点还在于：
机柜封闭热通道为由两排相对设置的机柜围成的竖直热风流道。
换热单元壳体，换热单元壳体的顶壁上设置有送风口，送风口内设置有风机；换热单元壳体内设置有核心换热部件，核心换热部件分别与喷泉散热系统、机械制冷冷水机组连接。
核心换热部件由呈上、下设置的换热器a和换热器b组成；换热器a分别通过冷媒水供水管、冷媒水回水管与机械制冷冷水机组连接；换热器b分别通过冷却水供水管b、冷却水回水管b与喷泉散热系统连接；冷却水供水管b上设置有三通阀b，三通阀b通过冷却水回水管c与冷媒水回水管连接；冷却水回水管b上设置有三通阀a，三通阀a通过冷却水供水管c与冷媒水供水管连接。
喷泉散热系统，包括有置于地面上的喷泉池，喷泉池的底部设置有过滤器；喷泉池内设置有主喷淋部件；喷泉池内还设置有喷淋供水管，喷淋供水管上设置有多个喷嘴，喷淋供水管通过蓄水管与集水池连接；集水池设置于喷泉池的下方，集水池分别与冷却水供水管b、冷却水回水管b、机械制冷冷水机组连接；集水池通过补水管与雨水回收装置连接。
多个喷嘴呈均匀设置；蓄水管上设置有喷泉水泵。
冷却水供水管b上设置有第一阀门；冷却水回水管b上按水流方向依次设置有第四阀门、水质处理器、第三阀门、水泵及第二阀门。
机械制冷冷水机组，包括有机组壳体，机组壳体内设置有机械制冷部件；机械制冷部件由通过管道依次连接的蒸发器、压缩机、冷凝器及节流阀构成；冷凝器分别通过冷却水供水管a、冷却水回水管a与集水池连接。
冷却水供水管a上设置有第七阀门；冷却水回水管a上设置有第八阀门。
换热器a和换热器b均为换热盘管；冷媒水供水管上设置有第五阀门；冷媒水回水管上设置有第六阀门。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的供冷系统，利用机柜之间的空间形成机柜封闭热通道，并在机柜封闭热通道上面叠放换热单元，使其与机柜封闭热通道形成一个整体，并使换热单元中的每个换热器中走不同环路的冷水；本发明的供冷系统利用水冷代替风冷且加装机柜封闭热通道，有效解决了冷、热掺混造成能量浪费的问题；而且水冷冷却与风冷冷却相比，水冷冷却带走热量的能力更强。
(2)本发明的供冷系统内省去了冷却塔的设置，在运行过程中具有能耗低、噪音低、有利于周围环境的美化及不会增加占地面积的特点。
(3)本发明的供冷系统内设置有喷泉散热系统，喷泉散热系统的冷却水一部分供给数据中心内的换热单元，另一部分供给机械制冷冷水机组中的冷凝器，达到了双重供冷的目的。
(4)本发明的供冷系统，将雨水回收装置与喷泉散热系统相结合，雨水回收装置作为喷泉散热系统的一部分水源，实现了天然水资源的充分利用。
附图说明
图1是本发明供冷系统的结构示意图；
图2是本发明供冷系统内喷泉散热系统的结构示意图。
图中，1.机柜，2.机柜封闭热通道，3.三通阀a，4.喷泉散热系统，5.冷却水供水管a，6.冷却水回水管a，7.机械制冷冷水机组，8.冷却水回水管c，9.冷却水供水管c，10.冷媒水供水管，11.冷媒水回水管，12.冷却水供水管b，13.冷却水回水管b，14.风机，15.换热器a，16.换热器b，17.雨水回收装置，18.补水管，19.喷泉水泵，20.集水池，21.水质处理器，22.蓄水管，23.水泵，24.喷淋供水管，25.过滤器，26.喷泉池，27.喷嘴，28.喷泉水，29.三通阀b，30.送风口，V1.第一阀门，V2.第二阀门，V3.第三阀门，V4.第四阀门，V5.第五阀门，V6.第六阀门，V7.第七阀门，V8.第八阀门。
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。
本发明数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，其结构如图1所示，包括有设置于数据中心内机柜封闭热通道2上部的换热单元，还包括有设置于数据中心外的喷泉散热系统4和机械制冷冷水机组7；换热单元、喷泉散热系统4及机械制冷冷水机组7之间通过水管网连接；如图2所示，喷泉散热系统4连接雨水回收装置17。
如图1所示，机柜封闭热通道2为由两排相对设置的机柜1围成的竖直热风流道；采用机柜封闭热通道2，其目的在于：能有效避免冷热掺混所造成的能量浪费。
换热单元，如图1所示，包括有换热单元壳体，换热单元壳体的顶壁上设置有送风口30，送风口30内设置有风机14；换热单元壳体内设置有核心换热部件，核心换热部件分别与喷泉散热系统4、机械制冷冷水机组7连接。
核心换热部件由呈上、下设置的换热器a15和换热器b16组成；换热器a15分别通过冷媒水供水管10、冷媒水回水管11与机械制冷冷水机组7连接，换热器b16分别通过冷却水供水管b12、冷却水回水管b13与喷泉散热系统4连接；冷却水供水管b12上设置有三通阀b29，三通阀b29通过冷却水回水管c8与冷媒水回水管11连接，冷却水回水管b13上设置有三通阀a3，三通阀a3通过冷却水供水管c9与冷媒水供水管10连接。
换热器a15和换热器b16均为换热盘管。
冷媒水供水管10上设置有第五阀门V5；冷媒水回水管11上设置有第六阀门V6。
冷却水供水管b12上设置有第一阀门V1。
如图2所示，冷却水回水管b13上按水流方向依次设置有第四阀门V4、水质处理器21、第三阀门V3、水泵23及第二阀门V2。
喷泉散热系统4，如图2所示，包括有置于地面上的喷泉池26，喷泉池26的底部设置有过滤器25，用于粗过滤喷泉池26中的喷泉水；喷泉池26内的中央设置有主喷淋部件，喷泉池26内还设置有喷淋供水管24，喷淋供水管24上设置有多个喷嘴27，喷淋供水管24通过蓄水管22与集水池20连接，集水池20设置于喷泉池26的下方，集水池20分别与冷却水供水管b12、冷却水回水管b13、机械制冷冷水机组7连接；集水池20通过补水管18与雨水回收装置17连接。
主喷淋部件与喷淋供水管24上的喷嘴27用于将水喷射到空气中形成喷泉水28。
多个喷嘴27呈均匀设置。
蓄水管22上设置有喷泉水泵19。
机械制冷冷水机组7，包括有机组壳体，机组壳体内设置有机械制冷部件，机械制冷部件由通过管道依次连接的蒸发器、压缩机、冷凝器及节流阀构成；冷凝器分别通过冷却水供水管a5、冷却水回水管a6与集水池20连接。
冷却水供水管a5上设置有第七阀门V7；冷却水回水管a6上设置有第八阀门V8。
本发明数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，其工作过程具体如下：
集水池20中的水通过喷泉水泵19打到蓄水管22中，蓄水管22中的水进入喷淋供水管24内，由喷淋供水管24上设置的多个喷嘴27将水喷射到空气中形成喷泉水28，同时喷泉池26中的水由主喷淋部件喷射到空气中也形成喷泉水28，利用形成的喷泉水28与周围空气进行换热，被喷射出的喷泉水28与空气的换热分为如下两种情况：
第一种情况为：若水的温度高于空气温度，则传热和蒸发都使热量由水传给空气；
第二种情况为：若水的温度低于空气温度，则对流换热量虽然由空气传热给水，但水分蒸发的汽化潜热又随蒸汽流向空气，总的结果仍然是热量由热水传给空气，使水温下降；
当喷泉水28与周围的空气换热完成后，被冷却的水落回到喷泉池26中，经过滤器25进行粗过滤后回到集水池20内，基于冷热分层的原理，被冷却的水层分布在集水池20的下部，而温度相对较高的水则分布在集水池20的上部，温度相对较高的水在喷泉水泵19的压力作用下被再次打入喷淋供水管24内，并利用喷淋供水管24上多个喷嘴27形成喷泉水28，形成的喷泉水28能继续与周围的空气进行换热，如此不断的循环。由于喷泉散热系统4形成的喷泉水28在与空气接触时有部分水分蒸发进入到空气中，所以集水池20中的水会不断减少，而减少的这部分水则由雨水回收装置17进行补偿(雨水回收装置17中回收的雨水经补水管18送入集水池20中)，集水池20中被冷却的水首先通过水质处理器21处理，之后经冷却水回水管b13输出。
对于喷泉散热系统4而言，其输出的冷水分为以下两种情况：
情况一：在春、秋过渡季节，仅由喷泉散热系统4制取的高温冷水就能满足数据中心的供冷需求，所以在春、秋过渡季节，将机械制冷冷水机组7关闭，将喷泉散热系统4输出的冷水全部供给数据中心；其输出的冷水分为两部分进入数据中心：
一部分通过冷却水回水管b13送至换热器b16，另一部分通过切换三通阀a3进入到冷却水供水管c9，进而进入到冷媒水供水管10，再通过冷媒水供水管10进入到换热器a15中；换热器a15、换热器b16与机柜封闭热通道2中的热空气(被风机14卷席上来的)换热后，其内部的水温都升高，升温后的水分别通过冷却水供水管b12以及冷媒水回水管11回到喷泉散热系统4、机械制冷冷水机组7内。
情况二：在炎热的夏季，室外温度较高，仅喷泉散热系统4所制取的高温冷水的温度不能满足数据中心的供冷需求，需要机械制冷冷水机组7辅助供冷；此时由喷泉散热系统4制取的冷水一部分通过冷却水回水管b13送至换热器b16内，对空气进行预冷处理，待吸收空气中的热量后水温升高，通过冷却水供水管b12回到喷泉散热系统4内进行散热；另一部分冷水通过冷却水供水管a5供给了机械制冷冷水机组7，用于为冷凝器散热，而机械制冷冷水机组7制取的冷媒水则通过冷媒水供水管10送至换热器a15，吸收空气热量水温升高，温度升高的水通过冷媒水回水管11回到机械制冷冷水机组7内进行冷却；如此不断的循环。
在数据中心内：冷空气首先进入机柜1吸收服务器散发出的热量后进入到机柜封闭热通道2中，热量(热空气)在风机14的作用下沿着机柜封闭热通道2向上流动依次流经换热器b16和换热器a15，被换热器b16和换热器a15冷却后又回到数据中心内，如此不断的循环。
本发明数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，在机柜封闭热通道2的上面设置有换热单元，换热单元内设置有换热器a15、换热器b16，换热器a15、换热器b16均为换热盘管，使换热器a15、换热器b16中走不同环路的冷水。在炎热的夏季，换热器b16内走的是由喷泉散热系统4制取的冷却水，用于对热空气进行预冷，减少机械制冷冷水机组7内压缩机的运行时间；换热器a15内走的是机械制冷冷水机组7制取的冷水。在冬季或是过渡季节，换热器a15和换热器b16内走的都是喷泉散热系统4制取的高温冷水，充分利用了室外自然冷源，实现了数据中心绿色、节能及环保的要求。另外，在数据中心内每两排机柜呈面对面排放，中间形成机柜封闭热通道2，这样做避免了数据中心内冷热掺混所造成的能量浪费。
本发明数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统内没有设置冷却塔，而是由喷泉散热系统4替代冷却塔，解决了冷却塔散热能耗大、噪音大、占地面积大及不利于整体景观美化的缺陷。
本发明数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，将喷泉散热与机械制冷联合用于为数据中心供冷，具有供冷过程中能耗低及冷却效果好的特点。

Claims (10)

1.数据中心用喷泉散热与机械制冷联合的供冷系统，其特征在于，包括有设置于数据中心内机柜封闭热通道(2)上部的换热单元，还包括有设置于数据中心外的喷泉散热系统(4)和机械制冷冷水机组(7)；所述换热单元、喷泉散热系统(4)及机械制冷冷水机组(7)之间通过水管网连接；所述喷泉散热系统(4)连接雨水回收装置(17)。
2.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，所述机柜封闭热通道(2)为由两排相对设置的机柜(1)围成的竖直热风流道。
3.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，所述换热单元，包括有换热单元壳体，所述换热单元壳体的顶壁上设置有送风口(30)，所述送风口(30)内设置有风机(14)；
所述换热单元壳体内设置有核心换热部件，所述核心换热部件分别与喷泉散热系统(4)、机械制冷冷水机组(7)连接。
4.根据权利要求3所述的供冷系统，其特征在于，所述核心换热部件由呈上、下设置的换热器a(15)和换热器b(16)组成；
所述换热器a(15)分别通过冷媒水供水管(10)、冷媒水回水管(11)与机械制冷冷水机组(7)连接；
所述换热器b(16)分别通过冷却水供水管b(12)、冷却水回水管b(13)与喷泉散热系统(4)连接；
所述冷却水供水管b(12)上设置有三通阀b(29)，所述三通阀b(29)通过冷却水回水管c(8)与冷媒水回水管(11)连接；
所述冷却水回水管b(13)上设置有三通阀a(3)，所述三通阀a(3)通过冷却水供水管c(9)与冷媒水供水管(10)连接。
5.根据权利要求1、3或4所述的供冷系统，其特征在于，所述喷泉散热系统(4)，包括有置于地面上的喷泉池(26)，所述喷泉池(26)的底部设置有过滤器(25)；
所述喷泉池(26)内设置有主喷淋部件；
所述喷泉池(26)内还设置有喷淋供水管(24)，所述喷淋供水管(24)上设置有多个喷嘴(27)，所述喷淋供水管(24)通过蓄水管(22)与集水池(20)连接；
所述集水池(20)设置于喷泉池(26)的下方，所述集水池(20)分别与冷却水供水管b(12)、冷却水回水管b(13)、机械制冷冷水机组(7)连接；所述集水池(20)通过补水管(18)与雨水回收装置(17)连接。
6.根据权利要求5所述的供冷系统，其特征在于，所述多个喷嘴(27)呈均匀设置；
所述蓄水管(22)上设置有喷泉水泵(19)。
7.根据权利要求5所述的供冷系统，其特征在于，所述冷却水供水管b(12)上设置有第一阀门(V1)；
所述冷却水回水管b(13)上按水流方向依次设置有第四阀门(V4)、水质处理器(21)、第三阀门(V3)、水泵(23)及第二阀门(V2)。
8.根据权利要求5所述的供冷系统，其特征在于，所述机械制冷冷水机组(7)，包括有机组壳体，所述机组壳体内设置有机械制冷部件；所述机械制冷部件由通过管道依次连接的蒸发器、压缩机、冷凝器及节流阀构成；
所述冷凝器分别通过冷却水供水管a(5)、冷却水回水管a(6)与集水池(20)连接。
9.根据权利要求8所述的供冷系统，其特征在于，所述冷却水供水管a(5)上设置有第七阀门(V7)；
所述冷却水回水管a(6)上设置有第八阀门(V8)。
10.根据权利要求4所述的供冷系统，其特征在于，所述换热器a(15)和换热器b(16)均为换热盘管；
所述冷媒水供水管(10)上设置有第五阀门(V5)；
所述冷媒水回水管(11)上设置有第六阀门(V6)。
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