CN105698314A - 数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，包括架设于数据机房内顶部的顶板风道、紧贴数据机房内侧墙设置的侧风道、设置于数据机房内架空地板上的多个机柜冷-热风循环一体化装置及架空地板下方形成的冷空气流道，机柜冷-热风循环一体化装置分别与顶板风道、冷空气流道连通，侧风道与冷空气流道连通；还包括设置于数据机房外的蒸发冷却节能型空调系统和太阳能发电系统，蒸发冷却节能型空调系统分别与顶板风道、侧风道连接，太阳能发电系统分别与蒸发冷却节能型空调系统、多个机柜冷-热风循环一体化装置连接。本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，不仅能提高对数据机房的制冷效果，还能节约能耗。

Description

数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统。
背景技术
近年来，随着数据机房的快速发展，特别是高发热密度设备的大量使用，使数据机房内机柜服务器发热量大，且基本为全年8760h运行；对于不采用新风的机房而言，全年均需供冷，其空调能耗约占数据机房整体能耗的40％～50％。上述现象使数据机房冷却问题和空调能耗问题面临着巨大压力，以至于数据机房的冷却问题直接影响着数据机房的建设及増容，因此寻求更有效的冷却方式和更低的冷却能耗成为业界关注的焦点。
将蒸发冷却与机械制冷相结合用于为数据机房供冷，将自然界存在天然可再生清洁能源太阳能用于发电供给蒸发冷却与机械制冷，不仅能有效提高对数据机房的制冷效果，还能充分利用太阳能来节约能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，不仅能有效提高对数据机房的制冷效果，还能充分利用太阳能来节约能耗。
本发明所采用的技术方案是，数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，包括有架设于数据机房内顶部的顶板风道、紧贴数据机房内侧墙设置的侧风道、设置于数据机房内架空地板上的多个机柜冷-热风循环一体化装置及架空地板下方形成的冷空气流道，每个机柜冷-热风循环一体化装置分别与顶板风道、冷空气流道连通，侧风道与冷空气流道连通；还包括有设置于数据机房外的蒸发冷却节能型空调系统和太阳能发电系统，蒸发冷却节能型空调系统分别与顶板风道、侧风道连接，太阳能发电系统分别与蒸发冷却节能型空调系统、多个机柜冷-热风循环一体化装置连接。
本发明的特点还在于：
太阳能发电系统，包括有太阳能板，太阳能板通过导线与逆变器连接，逆变器分别通过导线与蓄电池组、蒸发冷却节能型空调系统及多个机柜冷-热风循环一体化装置连接。
蒸发冷却-机械制冷节能型空调系统由通过水管网连接的复合型蒸发冷却空调机组和蒸发式冷凝器组成。
复合型蒸发冷却空调机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有进风口、送风口，进风口通过回风管与顶板风道连接，送风口通过送风管与侧风道连接；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a及送风机；过滤器的下部设置有压缩机，压缩机及蒸发器通过水管网与蒸发式冷凝器连接；间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口；二次排风口内设置有排风机a；压缩机、间接蒸发冷却器、蒸发器、直接蒸发冷却器、送风机、排风机a及蒸发式冷凝器均与逆变器连接。
蒸发式冷凝器，包括有冷凝器壳体，冷凝器壳体的顶壁上设置有排风窗口，排风窗口内设置有排风机b；冷凝器壳体内自上而下依次设置有挡水板b、布水器c、填料b、冷凝盘管及集水箱，布水器c通过水管与集水箱连接，该水管上设置有水泵；冷凝盘管与集水箱之间形成风道，风道对应的冷凝器壳体侧壁上设置有入风口；冷凝盘管的出水端通过出水管与蒸发器连接，出水管上设置有节流阀，冷凝盘管的入水端连接有进水管，进水管分别通过第一进水支管、第二进水支管与压缩机连接，第二进水支管上设置有氟泵；排风机b和氟泵均与逆变器连接。
间接蒸发冷却器，包括有换热管组，换热管组的上方设置有布水器a，换热管组的下方设置有循环水箱a，布水器a通过供水管与循环水箱a连接，供水管上设置有循环水泵a，循环水泵a与逆变器连接；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。
直接蒸发冷却器，包括有填料a，填料a的上方设置有布水器b，填料a的下方设置有循环水箱b，布水器b通过蓄水管与循环水箱b连接，蓄水管上设置有循环水泵b，循环水泵b与逆变器连接。
机柜冷-热风循环一体化装置，包括有机柜组，机柜组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，组成机柜组的两个机柜之间形成封闭冷通道，封闭冷通道与冷空气流道连通，每个机柜的另一侧壁上设置有面向顶板风道送风的热风送出单元；顶板风道上设置有多个热风回收口，用于回收机柜上热风送出单元送出的热风，使热风送出单元与顶板风道连通。
冷风进入单元由多个冷风入口组成；热风送出单元由多个热风出口组成，每个热风出口内设置有向上送风的百叶。
每个机柜由上下放置的多个服务器组成，多个服务器均通过导线与逆变器连接。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，将太阳能发电技术、蒸发冷却技术、机械制冷技术以及氟泵技术结合，能在不同的季节开启不同的运行模式，实现了空调系统的有效利用。
(2)本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其机械制冷系统中的冷凝器使用的是蒸发式冷凝器；在炎热的夏季以及过渡季节开启蒸发式冷凝器内的水泵，利用水的蒸发带走冷凝热；在寒冷的冬季为了避免蒸发式冷凝器出现结冰现象，则关闭蒸发式冷凝器内的水泵，利用风冷带走冷凝热。
(3)本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，主要针对数据机房冷却高能耗以及数据机房一年四季需要进行制冷的特点而特殊设计的；在冬季和过渡季节，应用蒸发冷却与氟泵运行的模式，在夏季开启间接蒸发冷却和机械制冷联合运行的模式，实现了干空气能和自然冷源的充分利用。
(4)本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，利用太阳能发电为空调系统所需的电能，将多余的电储存于蓄电池组中，当数据中心市政供电突然断电且柴油发电机开启未稳定的这段时间为数据机房主要设备进行供电，这样充分的利用太阳能，达到节能的目的。
附图说明
图1是本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统的结构示意图；
图2是本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统内太阳能发电系统的结构示意图；
图3是本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统内蒸发冷却节能型空调系统的结构示意图；
图4是本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统内机械制冷系统的结构示意图。
图中，1.冷空气流道，2.机柜，3.封闭冷通道，4.服务器，5.顶板风道，6.太阳能发电系统，7.回风管，8.蒸发冷却节能型空调系统，9.送风管，10.压缩机，11.循环水箱a，12.二次进风口，13.换热管组，14.循环水泵a，15.回风室，16.节流阀，17.填料a，18.循环水箱b，19.循环水泵b，20.挡水板a，21.送风机，22.送风口，23.布水器b，24.蒸发器，25.排风机a，26.二次排风口，27.布水器a，28.过滤器，29.进风口，30.氟泵，31.蒸发式冷凝器，32.入风口，33.冷凝盘管，34.水泵，35.填料b，36.布水器c，37.挡水板b，38.太阳能板，39.逆变器，40.蓄电池组，41.排风机b，42.集水箱，43.进水管，44.第一进水支管，45.第二进水支管，46.出水管，47.机柜冷-热风循环一体化装置。
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。
本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其结构如图1所示，包括有架设于数据机房内顶部的顶板风道5、紧贴数据机房内侧墙设置的侧风道、设置于数据机房内架空地板上的多个机柜冷-热风循环一体化装置47及架空地板下方形成的冷空气流道1，每个机柜冷-热风循环一体化装置47分别与顶板风道5、冷空气流道1连通，侧风道与冷空气流道1连通；还包括有设置于数据机房外的蒸发冷却节能型空调系统8和太阳能发电系统6，蒸发冷却节能型空调系统8分别与顶板风道5、侧风道连接，太阳能发电系统6分别与蒸发冷却节能型空调系统8、多个机柜冷-热风循环一体化装置47连接。
太阳能发电系统6，如图1及图2所示，包括有太阳能板38，太阳能板38通过导线与逆变器39连接，逆变器39分别通过导线与蓄电池组40、蒸发冷却节能型空调系统8及多个机柜冷-热风循环一体化装置47连接；蓄电池组40由多个蓄电池组经导线依次串联组成。
太阳能发电系统6通过支撑架倾斜的设置于数据机房的房顶上；蒸发冷却-机械制冷节能型空调系统8也设置于数据机房的房顶上。
蒸发冷却-机械制冷节能型空调系统8，如图3所示，由通过水管网连接的复合型蒸发冷却空调机组和蒸发式冷凝器31组成。
复合型蒸发冷却空调机组，如图3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29、送风口22，进风口29通过回风管7与顶板风道5连接，送风口22通过送风管9与侧风道连接；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤器28、间接蒸发冷却器、回风室15、蒸发器24、直接蒸发冷却器、挡水板a20及送风机21；过滤器28的下部设置有压缩机10，压缩机10及蒸发器24通过水管网与蒸发式冷凝器31连接，间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口26；二次排风口26内设置有排风机a25；压缩机10、间接蒸发冷却器、蒸发器24、直接蒸发冷却器、送风机21、排风机a25及蒸发式冷凝器31均与逆变器39连接。
蒸发式冷凝器31，如图3所示，包括有冷凝器壳体，冷凝器壳体的顶壁上设置有排风窗口，排风窗口内设置有排风机b41；冷凝器壳体内自上而下依次设置有挡水板b37、布水器c36、填料b35、冷凝盘管33及集水箱42，布水器c36通过水管与集水箱42连接，该水管上设置有水泵34；冷凝盘管33与集水箱42之间形成风道，风道对应的冷凝器壳体侧壁上设置有入风口32，入风口32内设置有百叶；冷凝盘管33的出水端通过出水管46与蒸发器24连接，出水管46上设置有节流阀16，冷凝盘管33的入水端连接有进水管43，进水管43分别通过第一进水支管44、第二进水支管45与压缩机10连接，第二进水支管45上设置有氟泵30，排风机b41和氟泵30均与逆变器39连接。
如图4所示，压缩机10、蒸发式冷凝器31、节流阀16、蒸发器24及氟泵30连接后构成机械制冷系统。
间接蒸发冷却器，如图3所示，包括有换热管组13，换热管组13的上方设置有布水器a27，换热管组13的下方设置有循环水箱a11，布水器a27通过供水管与循环水箱a11连接，供水管上设置有循环水泵a14，循环水泵a14与逆变器39连接；换热管组13与循环水箱a11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12；二次进风口12内设置有百叶。
直接蒸发冷却器，如图3所示，包括有填料a17，填料a17的上方设置有布水器b23，填料a17的下方设置有循环水箱b18，布水器b23通过蓄水管与循环水箱b18连接，蓄水管上设置有循环水泵b19，循环水泵b19与逆变器39连接。
机柜冷-热风循环一体化装置，如图1所示，包括有机柜组，机柜组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，组成机柜组的两个机柜2之间形成封闭冷通道3，封闭冷通道3与冷空气流道1连通，每个机柜2的另一侧壁上设置有面向顶板风道5送风的热风送出单元，顶板风道5上设置有多个热风回收口，用于回收机柜2上热风送出单元送出的热风，使热风送出单元与顶板风道5连通。
冷风进入单元由多个冷风入口组成；热风送出单元由多个热风出口组成，每个热风出口内设置有向上送风的百叶。
每个机柜2由上下放置的多个服务器4组成，多个服务器4均通过导线与逆变器39连接。
本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其内部的蒸发冷却节能型空调系统8具体工作过程如下：
(1)在冬季或过渡季节：室外存在着丰富的干空气能和自然冷源，对于蒸发冷却节能型空调系统8，只需开启间接蒸发冷却器、氟泵30和直接蒸发冷却器；
室外空气在送风机21的作用下进入到复合型蒸发冷却空调机组中，先由过滤器28过滤掉室外空气中的灰尘和杂质，形成洁净的空气；
洁净的空气流过间接蒸发冷却器，由间接蒸发冷却器对其进行预冷，形成预冷空气；
预冷空气流过蒸发器24时被再次降温，形成冷空气(此时机械制冷系统内的压缩机10处于关闭状态，开启的是氟泵30，依靠氟泵30和室外的自然冷源使得制冷剂在蒸发器24处蒸发用于为空气降温，在蒸发式冷凝器31处释放冷凝热)；
冷空气经过直接蒸发冷却器时被降温加湿，形成符合送风条件的空气；
符合送风条件的空气在送风机21的作用下，由送风口22送到送风管9中并由送风管9送入数据机房内的侧风道中，然后由侧风道送入架空地板下方的冷空气流道1内，再进入封闭冷通道3内，由封闭冷通道3分送至机柜2内用于为机柜内的所有服务器4降温，待完成对服务器4的降温后，空气温度升高，变成热空气；
热空气通过顶板风道5进入回风管7中，然后由回风管7再次进入到复合型蒸发冷却空调机组中完成循环，通过不断的循环完成对数据机房的降温。
(2)在炎热的夏季，开启间接蒸发冷却器及压缩机10，关闭直接蒸发冷却器内的循环水泵b19；
室外空气在送风机21的作用下进入到复合型蒸发冷却空调机组中，先由过滤器28过滤掉室外空气中的灰尘和杂质，形成洁净的空气；
洁净的空气流过间接蒸发冷却器，由间接蒸发冷却器对其进行预冷，形成预冷空气；
预冷空气流过蒸发器24时被再次降温，形成冷空气(此时氟泵30处于关闭状态不运行，而由压缩机10、蒸发式冷凝器31、节流阀16及蒸发器24构成的系统进行制冷)；
冷空气流过直接蒸发冷却器时被降温加湿，形成符合送风条件的空气；
符合送风条件的空气在送风机21的作用下，由送风口22送到送风管9中并由送风管9送入数据机房内的侧风道中，然后由侧风道送入架空地板下方的冷空气流道1内，再进入封闭冷通道3内，由封闭冷通道3分送至机柜2内用于为机柜内的所有服务器4降温，待完成对服务器4的降温后，空气温度升高，变成热空气；
热空气通过顶板风道5进入回风管7，然后由回风管7再次进入到复合型蒸发冷却空调机组中完成循环，通过不断的循环完成对数据机房的降温。
本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其内部的蒸发式冷凝器31的工作过程具体如下：
在蒸发式冷凝器31内，集水箱42中的水在水泵34的作用下进入水管中，再由水管送到布水器c36内，由布水器c36将水喷淋到填料b35上，填料b35能将水均匀的淋到冷凝盘管33上，并在冷凝盘管33形成一层很薄的水膜，由入风口32进入的空气与水膜进行热湿交换，之后空气在排风机b41的作用经排风窗口排出；冷凝盘管33剩余的水落回蒸发式冷凝器31内的集水箱42中，如此不断的循环。
本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其内部的太阳能发电系统6的工作过程具体如下：
太阳能发电系统6用于给整个系统提供电力；其中，太阳能板38用于吸收太阳辐射并转换成直流电，经逆变器39处理后为蒸发冷却节能型空调系统8及多个机柜冷-热风循环一体化装置47内的耗电部件提供电能。
当太阳能板38产生多余的电时，多余的电经逆变器39储存于蓄电池组40中备用。当阳光不足时，储存于蓄电池组40的直流电经逆变器39给蒸发冷却节能型空调系统8、多个机柜冷-热风循环一体化装置47内的耗电部件使用；另外，当数据机房市政供电突然断电且柴油发电机开启未稳定的这段时间，也可为数据机房主要设备进行供电。
本发明数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，将太阳能发电技术、蒸发冷却降温技术、氟泵技术以及机械制冷技术相结合。其中，太阳能是清洁能源，在太阳能充足的地区就能充分的利用来给空调系统提供电能；而蒸发冷却技术、氟泵技术、机械制冷技术相结合，能实现在不同季节的轮换使用，可以充分发挥蒸发冷却及氟泵利用室外干空气能和自然冷源，能源消耗低，节能效果显著和无污染的特点，对数据机房进行降温；另外，在炎热的夏季节，常常出现蒸发冷却的供冷量不足以降低数据机房内温度的现象，若将其与机械制冷结合，就能进行进一步实现降温。

Claims (10)

1.数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，包括有架设于数据机房内顶部的顶板风道(5)、紧贴数据机房内侧墙设置的侧风道、设置于数据机房内架空地板上的多个机柜冷-热风循环一体化装置(47)及架空地板下方形成的冷空气流道(1)，每个所述机柜冷-热风循环一体化装置(47)分别与顶板风道(5)、冷空气流道(1)连通，所述侧风道与冷空气流道(1)连通；
还包括有设置于数据机房外的蒸发冷却节能型空调系统(8)和太阳能发电系统(6)，所述蒸发冷却节能型空调系统(8)分别与顶板风道(5)、侧风道连接，所述太阳能发电系统(6)分别与蒸发冷却节能型空调系统(8)、多个机柜冷-热风循环一体化装置(47)连接。
2.根据权利要求1所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述太阳能发电系统(6)，包括有太阳能板(38)，所述太阳能板(38)通过导线与逆变器(39)连接，所述逆变器(39)分别通过导线与蓄电池组(40)、蒸发冷却节能型空调系统(8)及多个机柜冷-热风循环一体化装置(47)连接。
3.根据权利要求1或2所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却-机械制冷节能型空调系统(8)由通过水管网连接的复合型蒸发冷却空调机组和蒸发式冷凝器(31)组成。
4.根据权利要求3所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述复合型蒸发冷却空调机组，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(29)、送风口(22)，所述进风口(29)通过回风管(7)与顶板风道(5)连接，所述送风口(22)通过送风管(9)与侧风道连接；
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(28)、间接蒸发冷却器、回风室(15)、蒸发器(24)、直接蒸发冷却器、挡水板a(20)及送风机(21)；所述过滤器(28)的下部设置有压缩机(10)，所述压缩机(10)及蒸发器(24)通过水管网与蒸发式冷凝器(31)连接；
所述间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次排风口(26)；所述二次排风口(26)内设置有排风机a(25)；
所述压缩机(10)、间接蒸发冷却器、蒸发器(24)、直接蒸发冷却器、送风机(21)、排风机a(25)及蒸发式冷凝器(31)均与逆变器(39)连接。
5.根据权利要求4所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述蒸发式冷凝器(31)，包括有冷凝器壳体，所述冷凝器壳体的顶壁上设置有排风窗口，所述排风窗口内设置有排风机b(41)；
所述冷凝器壳体内自上而下依次设置有挡水板b(37)、布水器c(36)、填料b(35)、冷凝盘管(33)及集水箱(42)，所述布水器c(36)通过水管与集水箱(42)连接，该水管上设置有水泵(34)；
所述冷凝盘管(33)与集水箱(42)之间形成风道，所述风道对应的冷凝器壳体侧壁上设置有入风口(32)；
所述冷凝盘管(33)的出水端通过出水管(46)与蒸发器(24)连接，所述出水管(46)上设置有节流阀(16)，所述冷凝盘管(33)的入水端连接有进水管(43)，所述进水管(43)分别通过第一进水支管(44)、第二进水支管(45)与压缩机(10)连接，所述第二进水支管(45)上设置有氟泵(30)；
所述排风机b(41)和氟泵(30)均与逆变器(39)连接。
6.根据权利要求4所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却器，包括有换热管组(13)，换热管组(13)的上方设置有布水器a(27)，所述换热管组(13)的下方设置有循环水箱a(11)，所述布水器a(27)通过供水管与循环水箱a(11)连接，所述供水管上设置有循环水泵a(14)，所述循环水泵a(14)与逆变器(39)连接；
所述换热管组(13)与循环水箱a(11)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(12)。
7.根据权利要求4所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却器，包括有填料a(17)，所述填料a(17)的上方设置有布水器b(23)，所述填料a(17)的下方设置有循环水箱b(18)，所述布水器b(23)通过蓄水管与循环水箱b(18)连接，所述蓄水管上设置有循环水泵b(19)，所述循环水泵b(19)与逆变器(39)连接。
8.根据权利要求1或2所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述机柜冷-热风循环一体化装置，包括有机柜组，机柜组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，组成机柜组的两个机柜(2)之间形成封闭冷通道(3)，所述封闭冷通道(3)与冷空气流道(1)连通，每个机柜(2)的另一侧壁上设置有面向顶板风道(5)送风的热风送出单元；
所述顶板风道(5)上设置有多个热风回收口，用于回收机柜(2)上热风送出单元送出的热风，使热风送出单元与顶板风道(5)连通。
9.根据权利要求8所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述冷风进入单元由多个冷风入口组成；所述热风送出单元由多个热风出口组成，所述每个热风出口内设置有向上送风的百叶。
10.根据权利要求8所述的数据机房用蒸发冷却-机械制冷复合式节能型空调系统，其特征在于，所述每个机柜(2)由上下放置的多个服务器(4)组成，所述多个服务器(4)均通过导线与逆变器(39)连接。
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