CN107525184A - 基于数据中心余热的供能系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了基于数据中心余热的供能系统。该数据中心包括制冷系统，用于向数据中心的用冷末端提供冷量。该供能系统的一具体实施方式包括：供热系统，用于向目标用热末端提供热量；余热回收系统，与制冷系统的回液管路和供热系统的回液管路连接，以使制冷系统中的冷却液体与所述供热系统的循环液体进行热交换。该实施方式可以实现制冷系统的回液管路中的高温冷却液体与供热系统中的回液管路中的低温循环液体之间的热交换，即利用冷却液体的余热来提高循环液体的温度，同时可以降低冷却液体的温度。从而提高数据中心能源的利用效率，降低能耗。

Description

基于数据中心余热的供能系统

技术领域

本申请实施例涉及节能技术领域，具体涉及数据中心的供能技术，尤其涉及基于数据中心余热的供能系统。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，数据中心服务器正在向高密集甚至是超高密集方向部署，以满足高性能计算服务。而在服务器运行过程中会产生大量热量，为了保证服务器的正常运行，需要对其进行冷却处理。与传统的风冷方式相比，目前大多数采用冷却效果更好的液冷服务器。

此外，在冬季，数据中心建筑内部及周边办公区或辅助区还需要消耗其他能源来供暖，以满足建筑内人员工作或生活的环境需求。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种基于数据中心余热的供能系统。

本申请实施例提供了一种基于数据中心余热的供能系统，该数据中心包括制冷系统，用于向数据中心的用冷末端提供冷量，该供能系统包括：供热系统，用于向目标用热末端提供热量；余热回收系统，与制冷系统的回液管路和供热系统的回液管路连接，以使制冷系统中的冷却液体与供热系统的循环液体进行热交换。

在一些实施例中，余热回收系统包括板式换热器，板式换热器包括第一入口和与第一入口连通的第一出口；第一入口与制冷系统的回液管路的第一节点连接，其中，第一节点位于制冷系统的制冷机组与数据中心的用冷末端之间。

在一些实施例中，第一出口与制冷系统的回液管路的第二节点连接，其中，第二节点位于第一节点的下游。

在一些实施例中，第一入口与第一节点之间设置有第一阀门，第一出口与第二节点之间设置有第二阀门，且第一节点与第二节点之间设置有第三阀门。

在一些实施例中，当供热系统运行时，第一阀门和第二阀门打开，且第三阀门关闭。

在一些实施例中，板式换热器还包括第二入口和与第二入口连通的第二出口；第二入口与供热系统的回液管路连接，且第二出口与目标用热末端连接。

在一些实施例中，第一出口与数据中心的用冷末端连接；第一出口与数据中心的用冷末端之间设置有第四阀门，且制冷系统与数据中心的用冷末端之间设置有第五阀门，其中，当供热系统运行时，第四阀门打开，且第五阀门关闭。

在一些实施例中，供热系统包括以下至少一项供热装置：毛细管空调、散热片、风机盘管和热水装置。

在一些实施例中，余热回收系统中，与制冷系统连接的供回液管路的直径与制冷系统的回液管路的直径相同。

在一些实施例中，供热系统和余热回收系统中均设置有循环泵。

本申请实施例提供的基于数据中心余热的供能，通过设置与制冷系统的回液管路和供热系统的回液管路连接的余热回收系统，可以使制冷系统中的冷却液体与供热系统的循环液体进行热交换。这样，可以利用制冷系统的回液管路中冷却液体的余热，来提高供热系统的回液管路中循环液体的温度，以向目标用热末端提供热量，从而提高数据中心能源的利用效率。同时，经过热交换，还可以降低回液管路中冷却液体的温度，从而减少制冷系统的能耗，进而减少数据中心的能耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请提供的供能系统的一个实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的供能系统的又一个实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的供能系统的再一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的原理和特征作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参见图1，其示出了本申请提供的供能系统的一个实施例的结构示意图。

数据中心的建筑内通常会放置很多服务器机柜，服务器机柜上则摆放服务器。而在服务器运行过程中会产生大量热量，为了保证服务器的正常运行，需要对其进行冷却处理。因此，数据中心会设置有制冷系统，用于冷却这些服务器。而在冬季时，为了满足人们工作和生活的环境需求，通常需要向数据中心的建筑内供暖。本申请实施例提供的供能系统主要是基于数据中心余热的供能系统。也就是说，可以利用数据中心中的设备(如服务器)产生的热量来进行供能，从而降低其他能源的消耗。

如图1所示，数据中心可以包括制冷系统1，用于向数据中心的用冷末端2提供冷量。这里的制冷系统1的具体结构在本申请中并不限制，可以根据实际情况进行设置。例如制冷系统可以包括制冷机组(如冷水机组)、循环泵等。而用冷末端2可以是数据中心中各种需要冷量的末端，如服务器、空调等。

在本实施例中，供能系统可以包括余热回收系统3和供热系统4。余热回收系统3用于回收数据中心的设备所产生的热量。供热系统4用于向目标用热末端提供热量。在这里，余热回收系统3和供热系统4的具体结构在本申请中同样不限制，可以根据数据中心的设备所产生的热量及用热末端的具体需求进行设置。用热末端可以是各种需要热量的末端，如空调、加热器等。需要说明的是，目标用热末端可以是数据中心的建筑(如办公楼)内的用热末端，也可以是数据中心周边的建筑(如居民楼)内的用热末端。

从图1中可以看出，余热回收系统3与制冷系统1的回液管路连接，且与供热系统4的回液管路连接。这样，通过余热回收系统3可以使制冷系统1的回液管路中的冷却液体与供热系统4的回液管路中循环液体进行热交换。图中箭头表示液体的流动方向。

可以理解的是，由于制冷系统1的供液管路中的低温冷却液体与数据中心的用冷末端2热交换后温度会升高，同时供热系统4的供液管路中的高温循环液体与目标用热末端热交换后温度会降低，所以可以利用制冷系统1的回液管路中的高温冷却液体与供热系统4的回液管路中的低温循环液体之间的热交换，来提高供热系统4中的循环液体的温度，以向目标用热末端提供热量。即利用冷却液体的余热来提高循环液体的温度，这样可以提高数据中心能源的利用效率。此外，在进行热交换后，供热系统4中的循环液体的温度，同时制冷系统1中冷却液体的温度会降低。这样可以减少制热循环液体和制冷冷却液体所需的能量，从而有助于降低供热系统4和制冷系统1的能耗。

在本实施例的一些可选地实现方式中，为了简化供能系统的结构，降低生产成本，余热回收系统可以包括板式换热器。

具体地，如图1所示，板式换热器3可以包括第一入口和与该第一入口连通的第一出口。此时，第一入口与制冷系统1的回液管路的第一节点A连接，第一出口则与制冷系统1的回液管路的第二节点B连接。其中，第一节点A和第二节点B均可以位于制冷系统1的制冷机组与数据中心的用冷末端2之间。且第二节点B位于第一节点A的下游。在这里的，相对于第一节点，管路中的液体后经过的部分即为第一节点的下游。

从图1中可以看出，第一入口与第一节点A之间可以设置有第一阀门51。第一出口与第二节点B之间可以设置有第二阀门52。且第一节点A与第二节点B之间可以设置有第三阀门53。这样，当供热系统运行时，即在冬季需要向目标用热末端提供热量，可以打开第一阀门51和第二阀门52，且关闭第三阀门53。此时，制冷系统1的回液管路中的高温冷却液体经第一节点A从第一入口进入板式换热器3，在与供热系统4的回液管路中的低温循环液体热交换后，从第一出口流出板式换热器3，并经第二节点B再次进入制冷系统1的回液管路。由于第二节点B处的冷却液体的温度要低于第一节点A处的冷却液体的温度，所以可以减少制冷系统1的制冷机组在制冷冷却液体时所需消耗的能量，从而降低数据中心的能耗。

当供热系统停止运行时，即处于非冬季，不需要向目标用热末端提供热量，可以关闭第一阀门51和第二阀门52，且打开第三阀门53。这样，冷却液体可以在制冷系统1与用冷末端2之间的供回液回路中循环流动，而不会流入余热回收系统3的供回液管路中。

此外，板式换热器3还可以包括第二入口和与该第二入口连通的第二出口。如图1所示，第二入口可以与供热系统4的回液管路连接，且第二出口可以与目标用热末端连接。

需要说明的是，若与冷却液体热交换后的循环液体满足供热要求，从第二出口流出的循环液体可以经供热系统4的供液管路输送至目标用热末端。此时的供热系统4中可以不需要设置加热装置，从而降低供热系统4的能耗以及生产成本。

在一些应用场景中，供热系统中也可以设置加热装置。此时，从第二出口流出的循环液体可以经加热装置升温后输送至目标用热末端。由于从第二出口流出的循环液体的温度要高于第二入口处的循环液体的温度，所以可以减少加热装置制热循环液体时所需消耗的能量，从而可以降低供热系统的能耗。

继续参见图2，其示出了本申请提供的供能系统的又一个实施例的结构示意图。与图1实施例中的供能系统相同的是，本实施例中的供能系统也是基于数据中心余热的供能系统。其中，数据中心包括制冷系统1。

在本实施例中，该供能系统同样可以包括供热系统4和余热回收系统。余热回收系统可以包括板式换热器3。板式换热器3的第一入口与制冷系统1的回液管路的第一节点A连接。板式换热器3的第二入口和第二出口同样分别与供热系统4的回液管路、目标用热末端连接。

与图1实施例中的供能系统不同的是，本实施例中的板式换热器3的第一出口与数据中心的用冷末端连接。同时，第一出口与数据中心的用冷末端2之间设置有第四阀门，且制冷系统1与数据中心的用冷末端2之间设置有第五阀门。这样，当供热系统4运行时，即需要向目标用热末端提供热量，可以打开第四阀门，且关闭第五阀门。

具体地，如图2所示，第一出口可以与制冷系统1的供液回路的第三节点C连接。其中，第三节点位于制冷系统1的制冷机组与数据中心的用冷末端2之间。且第一出口与第三节点C之间可以设置有第四阀门54。同时，制冷系统1的制冷机组与第三节点C之间可以设置有第五阀门55，且与第一节点A之间设置有第五阀门55。

此时，打开第一阀门51和第四阀门54，关闭第五阀门55。这样，从第一出口流出的冷却液体可以直接输送至数据中心的用冷末端2，而无需经过制冷系统1的制冷机组的制冷过程，从而可以进一步地降低制冷系统的能耗。

可选地，第一出口可以同时与制冷系统的回液管路的第二节点、供液管路的第三节点连接。作为示例，如图3所示，板式换热器3的第一入口与制冷系统1的回液管路的第一节点A连接。板式换热器的第一出口与制冷系统1的回液管路的第二节点B连接，且与制冷系统1的供液管路的第三节点C连接。其中，第一节点A、第二节点B和第三节点C均位于制冷系统1的制冷机组与用冷末端2之间。且第二节点B位于第一节点A的下游。

从图3中可知，第一入口与第一节点A之间设置有第一阀门51。第一出口与第二节点B之间设置有第二阀门52。第一节点A与第二节点B之间设置有第三阀门53。另外，第一出口与第三节点C之间设置有第四阀门54。制冷系统1与第三节点之间设置有第五阀门55。

在本实施例中，第一出口处可以设置有温度传感器(图中未示出)，用于检测冷却液体的温度。当冷却液体的温度不满足供冷要求时，第一阀门51、第二阀门52和第五阀门55打开，且第三阀门53和第四阀门54关闭。此时，制冷系统1中的冷却液体可以按照图1实施例中的情况循环流动。当冷却液体的温度满足供冷要求时，第一阀门51和第四阀门54打开，且第二阀门52、第三阀门53和第五阀门55关闭。此时，制冷系统1中的冷却液体可以按照图2实施例中的情况循环流动。

可以理解的是，为了降低生产成本，对于上述各实施例中的冷却液体和循环液体可以(但不限于)为水。上述各实施例中的供热系统可以用于供暖、供热水等。作为示例，上述供热系统可以包括以下至少一项供热装置：毛细管空调、散热片、风机盘管和热水装置。

此外，为了实现液体在管路中的循环流动，上述各实施例中的供热系统和余热回收系统中均可以设置有循环泵，如图1中的循环泵61、62、63。同时，各管路中的液体的流速可以根据实际情况进行调整。作为示例，当第二出口处的循环液体的温度较低时，可以降低供热系统中循环液体的流速，或者在保证数据中心的用冷末端的供冷要求的情况下，也可以降低余热回收系统中冷却液体的流速。

进一步地，为了便于控制冷却液体的流速，简化控制操作的过程，上述余热回收系统中，与制冷系统连接的供回液管路的直径可以与制冷系统的回液管路的直径相同。通常情况下，制冷系统的供液管路的直径与制冷系统的回液管路的直径相同。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种基于数据中心余热的供能系统，所述数据中心包括制冷系统，用于向所述数据中心的用冷末端提供冷量，所述供能系统包括：

供热系统，用于向目标用热末端提供热量；

余热回收系统，与所述制冷系统的回液管路和所述供热系统的回液管路连接，以使所述制冷系统中的冷却液体与所述供热系统的循环液体进行热交换。

2.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述余热回收系统包括板式换热器，所述板式换热器包括第一入口和与所述第一入口连通的第一出口；

所述第一入口与所述制冷系统的回液管路的第一节点连接，其中，所述第一节点位于所述制冷系统的制冷机组与所述数据中心的用冷末端之间。

3.根据权利要求2所述的供能系统，其特征在于，所述第一出口与所述制冷系统的回液管路的第二节点连接，其中，所述第二节点位于所述第一节点的下游。

4.根据权利要求3所述的供能系统，其特征在于，所述第一入口与所述第一节点之间设置有第一阀门，所述第一出口与所述第二节点之间设置有第二阀门，且所述第一节点与所述第二节点之间设置有第三阀门。

5.根据权利要求4所述的供能系统，其特征在于，当所述供热系统运行时，所述第一阀门和所述第二阀门打开，且所述第三阀门关闭。

6.根据权利要求2所述的供能系统，其特征在于，所述板式换热器还包括第二入口和与所述第二入口连通的第二出口；

所述第二入口与所述供热系统的回液管路连接，且所述第二出口与所述目标用热末端连接。

7.根据权利要求2所述的供能系统，其特征在于，所述第一出口与所述数据中心的用冷末端连接；

所述第一出口与所述数据中心的用冷末端之间设置有第四阀门，且所述制冷系统与所述数据中心的用冷末端之间设置有第五阀门，其中，当所述供热系统运行时，所述第四阀门打开，且所述第五阀门关闭。

8.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述供热系统包括以下至少一项供热装置：毛细管空调、散热片、风机盘管和热水装置。

9.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述余热回收系统中，与所述制冷系统连接的供回液管路的直径与所述制冷系统的回液管路的直径相同。

10.根据权利要求1-9之一所述的供能系统，其特征在于，所述供热系统和所述余热回收系统中均设置有循环泵。