CN105485800A - 数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，由设置于数据中心外的自然冷却-机械制冷一体化机组和数据中心内形成的冷-热风循环供应系统经连接组成。本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，将蒸发冷却技术及机械制冷技术结合，在冬季和过渡季节充分利用干空气能与自然冷源，从而减少压缩机的运行时间，实现了数据中心绿色、节能及环保的要求；在夏季开启蒸发冷却卧管式间接蒸发冷却器和机械制冷系统联合运行的模式，保障整个系统的正常运行。

Description

数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统
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自然冷却-机械制冷一体化空调系统。
背景技术
近些年来，随着我国IT行业的高速发展，大量的数据处理及信息交换成为摆在诸多企业面前的难题，促使越来越多的企业开始数据中心的建设，从而将更多的通讯设备投入运行，导致数据中心的工作负荷不断增加，机房内设备的平稳运行是通讯设备稳定工作的保障，而数据中心产生的高热量如果不及时排除将会影响机房设备的正常运行,因此数据中心降温问题面临着更加严峻的考验。
据统计，数据中心高发热密度设备的大量使用，使得机房内机柜服务器发热量大，且基本为全年8760h运行，其空调能耗约占数据中心整体能耗的40％～50％，这使得数据中心高能耗问题在能源紧张的形势下面临着巨大压力。
采用合理的方式，通过对能量进行有效及梯级利用，并结合干空气能和自然冷源，不仅能有效的对数据中心进行降温，还能在降温过程中有效缓解数据中心高能耗的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，不仅能有效的对数据中心降温，还能在降温过程中缓解数据中心高能耗的问题。
本发明所采用的技术方案是，数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，由设置于数据中心外的自然冷却-机械制冷一体化机组和数据中心内形成的冷-热风循环供应系统经连接组成。
本发明的特点还在于：
自然冷却-机械制冷一体化机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有进风口、送风口，进风口通过回风管与冷-热风循环供应系统连接，送风口通过送风管与冷-热风循环供应系统连接；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器、间接蒸发冷却器、回风室、蒸发器、直接蒸发冷却器、挡水板及送风机；过滤器的下方设置有压缩机；间接蒸发冷却器的上方设置有冷凝器；冷凝器上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口；回风室对应的机组壳体顶壁上设置有回风口；蒸发器通过管道分别与压缩机、氟泵连接，压缩机、氟泵均匀通过管道与冷凝器连接，冷凝器通过管道依次与节流阀、蒸发器连接，构成机械制冷系统。
冷-热风循环供应系统，包括有沿数据中心内顶壁设置的顶壁风道和数据中心内架空地板下形成冷风输送通道；架空地板上部形成机柜冷-热风循环输送系统；顶壁风道与回风管连接，且顶壁风道上设置有多个热风入口；冷风输送通道通过送风通道与送风管连接。
机柜冷-热风循环输送系统，包括有多个机柜组，每个机柜组均由两个相对设置的机柜及连接两个机柜顶部的挡板构成；组成机柜组的两个机柜相对的侧壁上设置有冷风进入单元，每个机柜的另一侧壁上设置有热风输出单元，每个机柜由上下放置的多个服务器组成；组成机柜组的两个机柜之间形成封闭冷风流道；相邻两个机柜组之间形成机柜热风流道。
二次排风口内设置有二次风机；回风口内设置有风机。
间接蒸发冷却器采用卧管式间接蒸发冷却器。
卧管式间接蒸发冷却器，包括有卧管式换热管组，卧管式换热管组的上方依次设置有布水管a及挡水装置，布水管a上均匀设置有多个面向卧管式换热管组喷淋的喷嘴；卧管式换热管组的下方设置有循环水箱a，循环水箱a通过供水管与布水管a连接；卧管式换热管组与循环水箱a之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口。
卧管式换热管组由多根水平设置的换热管组成；挡水装置采用干式填料；二次进风口内设置有百叶；供水管上设置有循环水泵a。
直接蒸发冷却器，包括有填料，填料的上方设置有布水管b，布水管b上设置有多个面向填料喷淋的喷头；填料的下方设置有循环水箱b，循环水箱b通过蓄水管与布水管b连接。
蓄水管上设置有循环水泵b。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，将蒸发冷却与机械制冷结合，在不同的温度下开启不同的运行模式，实现能量的有效利用。
(2)本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，针对数据中心内冷却高能耗的问题，并考虑到数据中心一年四季需要进行制冷的特点；在不同季节采用不同的运行模式，实现了在制冷过程中对干空气能和自然冷源的充分利用。
(3)本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，将冷凝器置于卧管式间接蒸发冷却器的二次排风口处，充分利用了二次排风中携带的冷量，实现了能量的梯级利用。
附图说明
图1是将本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统应用于数据中心的结构示意图；
图2是本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统内自然冷却-机械制冷一体化机组的结构示意图；
图3是本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统内机械制冷系统的结构示意图。
图中，1.冷风输送通道，2.机柜，3.封闭冷风流道，4.服务器，5.顶壁风道，6.回风管，7.自然冷却-机械制冷一体化机组，8.送风管，9.压缩机，10.循环水箱a，11.二次进风口，12.卧管式换热管组，13.循环水泵a，14.回风室，15.填料，16.循环水箱b，17.循环水泵b，18.挡水板，19.送风机，20.送风口，21.布水管b，22.蒸发器，23.回风口，24.二次排风口，25.冷凝器，26.布水管a，27.过滤器，28.进风口，29.节流阀，30.氟泵，31.供水管，32.蓄水管，33.挡水装置，34.送风通道，35.机柜热风流道。
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。
本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其结构如图1所示，由设置于数据中心外的自然冷却-机械制冷一体化机组7和数据中心内形成的冷-热风循环供应系统经连接组成。
自然冷却-机械制冷一体化机组7，其结构如图2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进风口28、送风口20，进风口28通过回风管6与冷-热风循环供应系统连接，送风口20通过送风管8与冷-热风循环供应系统连接；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器27、间接蒸发冷却器、回风室14、蒸发器22、直接蒸发冷却器、挡水板18及送风机19；过滤器27的下方设置有压缩机9；间接蒸发冷却器的上方设置有冷凝器25，冷凝器25上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口24(将冷凝器25置于管式间接蒸发冷却器的二次排风口24处，充分利用了二次排风中携带的冷量，实现了能量的梯级利用)；回风室14对应的机组壳体顶壁上设置有回风口23；如图3所示，蒸发器22通过管道分别与压缩机9、氟泵30连接，压缩机9、氟泵30均匀通过管道与冷凝器25连接，冷凝器25通过管道依次与节流阀29、蒸发器22连接，构成机械制冷系统。
冷-热风循环供应系统，如图1所示，包括有沿数据中心内顶壁设置的顶壁风道5和数据中心内架空地板下形成冷风输送通道1；顶壁风道5与回风管6连接，且顶壁风道5上设置有多个热风入口；冷风输送通道1通过送风通道34与送风管8连接；架空地板上部形成机柜冷-热风循环输送系统。
数据中心内的架空地板是用支架、横梁及面板组装而成的，其内部形成一定的空间，即冷风输送通道1。
机柜冷-热风循环输送系统，如图1所示，包括有多个机柜组，每个机柜组均由两个相对设置的机柜2及连接两个机柜2顶部的挡板构成，组成机柜组的两个机柜2相对的侧壁上设置有冷风进入单元，每个机柜2的另一侧壁上设置有热风输出单元，每个机柜2由上下放置的多个服务器4组成；组成机柜组的两个机柜2之间形成封闭冷风流道3；相邻两个机柜组之间形成机柜热风流道35(机柜2内所有服务器4产生的热风经热风输出单元送出，通过机柜热风流道35向数据中心上方输送，由热风入口进入顶壁风道5内，最终由回风管6送入自然冷却-机械制冷一体化机组7内进行处理，充分回收利用了数据中心内的回风)。
冷风进入单元由多个冷风入口组成；热风输出单元由多个热风送出口组成。
进风口28内设置有风量控制阀；二次排风口24内设置有二次风机；回风口23内设置有风机。
间接蒸发冷却器采用卧管式间接蒸发冷却器。
卧管式间接蒸发冷却器，如图2所示，包括有卧管式换热管组12，卧管式换热管组12的上方依次设置有布水管a26及挡水装置33，布水管a26上均匀设置有多个面向卧管式换热管组12喷淋的喷嘴；卧管式换热管组12的下方设置有循环水箱a10，循环水箱a10通过供水管31与布水管a26连接；卧管式换热管组12与循环水箱a10之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口11。
卧管式换热管组12由多根水平设置的换热管组成。
挡水装置33采用干式填料，用于过滤掉空气中多余的水份。
二次进风口11内设置有百叶。
供水管31上设置有循环水泵a13。
直接蒸发冷却器，包括有填料15，填料15的上方设置有布水管b21，布水管b21上设置有多个面向填料15喷淋的喷头，填料15的下方设置有循环水箱b16，循环水箱b16通过蓄水管32与布水管b21连接。
蓄水管32上设置有循环水泵b17。
本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其工作过程具体如下：
(1)制冷剂工作流程：
在夏季，采用卧管式间接蒸发冷却器和机械制冷系统联合运行的模式：
低压的气态制冷剂被吸入压缩机9，被压缩成高温高压的气态制冷剂，气态制冷剂流到冷凝器25中，在散热的过程中逐渐冷凝成高压液体制冷剂，高压液体制冷剂通过节流阀29降压(同时也降温)后又变成低温低压的气液制冷剂混合物，气液制冷剂混合物进入蒸发器22中，通过吸收空气中的热量而不断汽化，使空气的温度降低，同时制冷剂又变成低压气体，重新进入了压缩机9中，如此循环往复。
在冬季和过渡季节，只需停止运行压缩机9，而改换为氟泵30，即可为机械制冷系统中制冷剂从冷凝器25到蒸发器22的流动提供动力。
(2)空气处理过程具体如下：
在冬季和过渡季节时：空气通过进风口28进入机组壳体内，先由过滤器27对其初步过滤处理，形成洁净的空气；
洁净的空气流过卧管式间接蒸发冷却器时，由卧管式间接蒸发冷却器对其进行预冷，形成预冷空气；
预冷空气与经回风口23进入的回风在回风室14内进行混合，形成混合风；
混合风继续流经直接蒸发冷却器，由直接蒸发冷却器对其进行降温加湿处理，得到冷却加湿的空气，冷却加湿的空气流过挡水板18时被滤掉多余的水份，形成符合送风条件的空气；
符合送风条件的空气在送风机19的作用下经送风口20进入送风管8中，然后由送风管8经数据中心内的送风通道34送入架空地板下形成的冷风输送通道1中，再由冷风输送通道1将冷风送入封闭冷风流道3内，最终经冷风进入单元进入机柜2内用于冷却服务器4。
在夏季时，采用卧管式间接蒸发冷却器和机械制冷系统联合运行的模式，具体方法如下：
空气通过进风口28进入机组壳体内，先由过滤器27对其初步过滤处理，形成洁净的空气；
洁净的空气流过卧管式间接蒸发冷却器时，由卧管式间接蒸发冷却器对其进行预冷，形成预冷空气；
预冷空气直接在送风机19的作用下经送风口20进入送风管8中，然后由送风管8经数据中心内的送风通道34送入架空地板下形成的冷风输送通道1中，再由冷风输送通道1将冷风送入封闭冷风流道3内，最终经冷风进入单元进入机柜2内用于冷却服务器4。
(3)水处理过程具体如下：
在卧管式间接蒸发冷却器中，利用循环水泵a13将循环水箱a10中的水经供水管31送到布水管a26中，由布水管a26上的多个喷嘴将水喷淋下来落在多根水平设置的换热管上，用于对空气进行等湿降温，完成等湿降温后，换热管上多余的水流又回到循环水箱a13中，再通过循环水泵a13送到布水管a26内进行喷淋，如此往复循环。
在直接蒸发冷却器中，利用循环水泵b17将循环水箱b16中的水经蓄水管32送到布水管b21中，由布水管b21上的多个喷头将水喷淋在填料15上，形成水膜，流经填料15的空气与填料15上的水膜进行热湿交换，从而达到对空气降温加湿的目的，完成热湿交换后，填料15上多余的水又回到循环水箱b16中，再通过循环水泵b17送到布水管b21内进行喷淋，如此往复循环。
本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，针对数据中心冷却高能耗，加之数据中心一年四季需要进行制冷的特点，将蒸发冷却与机械制冷进行了一体化设计，在冬季和过渡季节充分利用干空气能与自然冷源，从而减少压缩机的运行时间，实现了数据中心绿色、节能及环保的要求；在夏季开启卧管式间接蒸发冷却器和机械制冷系统联合运行的模式，保障整个系统的正常运行。此外，本发明数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统中，将冷凝器25置于卧管式间接蒸发冷却器的二次排风口24处，充分利用了二次排风中携带的冷量，实现了能量的梯级利用。

Claims (10)

1.数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，由设置于数据中心外的自然冷却-机械制冷一体化机组(7)和数据中心内形成的冷-热风循环供应系统经连接组成。
2.根据权利要求1所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述自然冷却-机械制冷一体化机组(7)，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进风口(28)、送风口(20)，所述进风口(28)通过回风管(6)与冷-热风循环供应系统连接，所述送风口(20)通过送风管(8)与冷-热风循环供应系统连接；
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(27)、间接蒸发冷却器、回风室(14)、蒸发器(22)、直接蒸发冷却器、挡水板(18)及送风机(19)；所述过滤器(27)的下方设置有压缩机(9)；所述间接蒸发冷却器的上方设置有冷凝器(25)；
所述冷凝器(25)上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口(24)；所述回风室(14)对应的机组壳体顶壁上设置有回风口(23)；
所述蒸发器(22)通过管道分别与压缩机(9)、氟泵(30)连接，所述压缩机(9)、氟泵(30)均匀通过管道与冷凝器(25)连接，所述冷凝器(25)通过管道依次与节流阀(29)、蒸发器(22)连接，构成机械制冷系统。
3.根据权利要求1或2所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述冷-热风循环供应系统，包括有沿数据中心内顶壁设置的顶壁风道(5)和数据中心内架空地板下形成冷风输送通道(1)；所述架空地板上部形成机柜冷-热风循环输送系统；
所述顶壁风道(5)与回风管(6)连接，且顶壁风道(5)上设置有多个热风入口；
所述冷风输送通道(1)通过送风通道(34)与送风管(8)连接。
4.根据权利要求3所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述机柜冷-热风循环输送系统，包括有多个机柜组，每个机柜组均由两个相对设置的机柜(2)及连接两个机柜(2)顶部的挡板构成；
组成机柜组的两个机柜(2)相对的侧壁上设置有冷风进入单元，每个机柜(2)的另一侧壁上设置有热风输出单元，每个机柜(2)由上下放置的多个服务器(4)组成；
组成机柜组的两个机柜(2)之间形成封闭冷风流道(3)；相邻两个机柜组之间形成机柜热风流道(35)。
5.根据权利要求2所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述二次排风口(24)内设置有二次风机；所述回风口(23)内设置有风机。
6.根据权利要求2所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却器采用卧管式间接蒸发冷却器。
7.根据权利要求6所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述卧管式间接蒸发冷却器，包括有卧管式换热管组(12)，所述卧管式换热管组(12)的上方依次设置有布水管a(26)及挡水装置(33)，所述布水管a(26)上均匀设置有多个面向卧管式换热管组(12)喷淋的喷嘴；
所述卧管式换热管组(12)的下方设置有循环水箱a(10)，所述循环水箱a(10)通过供水管(31)与布水管a(26)连接；
所述卧管式换热管组(12)与循环水箱a(10)之间形成二次风流道，所述二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次进风口
(11)。
8.根据权利要求7所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述卧管式换热管组(12)由多根水平设置的换热管组成；
所述挡水装置(33)采用干式填料；
所述二次进风口(11)内设置有百叶；
所述供水管(31)上设置有循环水泵a(13)。
9.根据权利要求2所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却器，包括有填料(15)，所述填料(15)的上方设置有布水管b(21)，所述布水管b(21)上设置有多个面向填料(15)喷淋的喷头；
所述填料(15)的下方设置有循环水箱b(16)，所述循环水箱b(16)通过蓄水管(32)与布水管b(21)连接。
10.根据权利要求9所述的数据中心用自然冷却-机械制冷一体化空调系统，其特征在于，所述蓄水管(32)上设置有循环水泵b(17)。
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