CN107743354A - 数据中心机房的制冷系统和数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了数据中心机房的制冷系统和数据中心。该系统的一具体实施方式包括：液冷散热系统，包括液冷机柜、与液冷机柜形成第一循环回路的换热器、与换热器形成第二循环回路的冷却塔；辐射供冷系统，包括吸收数据中心机房内辐射热量的水管、与水管形成第三循环回路的冷水机组、与冷水机组形成第四循环回路的冷却塔。该实施方式提高了数据中心机房的冷却效率。

Description

数据中心机房的制冷系统和数据中心

技术领域

本申请涉及制冷技术领域，具体涉及数据中心机房的制冷系统和数据中心。

背景技术

随着通信和网络技术的飞速发展，数据中心规模和功率密度不断增加，在数据中心机房集中了大量的数据处理设备、联网设备和电信设备等。由于上述各种电子设备在工作中会产生大量的热量，使得数据中心机房的空气的温度升高，为了冷却数据中心机房中的设备产生的热量，通常需要设置制冷系统来为数据中心机房的空气降温。

传统的数据中心通常利用风冷系统空调给数据中心机房中的电子设备降温，因此，一个数据中心机房需要配套很多空调，通过空调送冷风，然后把服务器中内部元件中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、内存、南北桥、主板等产生的热量带走。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种数据中心机房的制冷系统和数据中心。

第一方面，本申请实施例提供了一种数据中心机房的制冷系统，该系统包括：液冷散热系统，包括液冷机柜、与液冷机柜形成第一循环回路的换热器、与换热器形成第二循环回路的冷却塔；辐射供冷系统，包括吸收数据中心机房内辐射热量的水管、与水管形成第三循环回路的冷水机组、与冷水机组形成第四循环回路的冷却塔。

在一些实施例中，液冷散热系统中设有循环水泵，以驱动液冷机柜输出的冷却液流向换热器；和/或液冷散热系统中设有第一冷却水泵，以驱动换热器输出的冷流体流向冷却塔。

在一些实施例中，辐射供冷系统中设有冷冻水泵，以驱动水管输出的液体流向冷水机组；和/或辐射供冷系统中设有第二冷却水泵，以驱动冷水机组输出的液体流向冷却塔。

在一些实施例中，所述液冷散热系统包括多个液冷机柜；液冷散热系统中设有液冷分配装置，液冷分配装置设置在各液冷机柜的进液口，用于为各液冷机柜分配冷却液。

在一些实施例中，水管设置在数据中心机房的楼板内部，以使数据中心机房内辐射的热量通过楼板与水管进行热交换；数据中心机房的楼板的外表面覆盖有绝热层。

在一些实施例中，换热器包括板式换热器。

第二方面，本申请实施例提供了一种数据中心，包括上述的数据中心机房的制冷系统。

本申请实施例提供的数据中心机房制冷系统和数据中心，其中液冷散热系统包括液冷机柜、与液冷机柜形成第一循环回路的换热器和与换热器形成第二循环回路的冷却塔，该液冷散热系统利用换热器和冷却塔可以排出液冷机柜的液冷末端吸收的热量，辐射供冷系统包括水管、与水管形成第三循环回路的冷水机组和与冷水机组形成第四循环回路的冷却塔，辐射供冷系统利用冷水机组和冷却塔可以排出水管吸收的数据中心机房内辐射的热量，降低数据中心机房的温度，从而实现了结合液冷散热系统和辐射供冷系统提高数据中心机房的冷却效率的目的。

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1A示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统的一实施例的结构示意图；

图1B示出了图1A中液冷散热系统的结构示意图；

图1C示出了图1A中辐射供冷系统的结构示意图；

图2A示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统中液冷散热系统的另一实施例的结构示意图；

图2B示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统中辐射供冷系统的另一实施例的结构示意图；

图2C示出了图2B中的水管在楼板中的结构示意图。

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，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

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。

请参考图1A，其示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统的一实施例的结构示意图。如图1A所示，本实施例的数据中心机房的制冷系统100可以包括液冷散热系统110和辐射供冷系统120。其中，液冷散热系统110和辐射供冷系统120可以分别如图1B和图1C所示，图1B示出了图1A中液冷散热系统的结构示意图，图1C示出了图1A中辐射供冷系统的结构示意图。如图1B所示，液冷散热系统110可以包括液冷机柜101、换热器102和冷却塔103。如图1C所示，辐射供冷系统120可以包括水管104、冷水机组105和冷却塔103。

在本实施例中，数据中心机房中的计算机、控制台等电子设备可以设置在液冷机柜101中，以便于液冷机柜101的液冷末端可以吸收电子设备中的CPU和GPU等产生的热量。液冷机柜101中的冷却液吸收热量后温度会相应地升高形成高温冷却液。上述换热器102可以与液冷机柜101形成第一循环回路，如图1B所示，因此液冷机柜101可以将吸热后的高温冷却液经第一循环回路输出到换热器102。换热器102可以将高温冷却液中的热量传递给冷流体侧，从而降低高温冷却液的温度。同时，换热器102还可以与冷却塔103形成第二循环回路，如图1B所示，因此换热器102可以将吸收了高温冷却液中的热量的冷流体经第二循环回路输出到冷却塔103，以便于冷却塔103可以将热量排放至大气中。可见，上述液冷散热系统110可以通过液冷机柜101、换热器102和冷却塔103将数据中心机房中的电子设备的CPU和GPU等产生的热量排放到室外。

具体地，在液冷散热系统110工作的过程中，上述液冷机柜101可以将吸收热量后的高温冷却液从A口输出到换热器102的C口，如图1B所示，换热器102可以将C口输入的高温冷却液的热量传递到冷流体侧，从而使得高温冷却液的温度降低形成低温冷却液，换热器102可以将低温冷却液从D口输出到液冷机柜101的B口，该低温冷却液可以重新吸收电子设备的CPU和GPU等产生的热量。换热器102中的冷流体吸收高温冷却液的热量后温度升高，并从E口输出到冷却塔103的F口，冷却塔103可以将升温后的冷流体中的热量散发到室外，从而实现为数据中心机房内的电子设备散热的目的。最后，冷却塔103可以通过H口将散热后的冷流体输出到换热器102的G口，以使冷流体可以循环地吸收从换热器102的C口输入的高温冷却液中的热量。

通常，数据中心机房内可以设有服务器液冷机柜、网络液冷机柜、控制台液冷机柜等多种液冷机柜。各液冷机柜101可以存放计算机和相关控制设备的物件，各液冷机柜101除了起到散热作用外，还可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰，有序、整齐地排列设备，方便以后维护设备。进一步地，液冷机柜101中用于为CPU和GPU降温的冷却液可以为去离子水、乙醇等，从而可以避免发生冷却液泄露造成的电子设备故障。

在本实施例中，虽然上述液冷散热系统110可以将电子设备的CPU和GPU等产生的热量散发到数据中心机房外，但是各电子设备中的内存、硬盘等元器件还会产生热量，并将热量辐射到数据中心机房内的空气中，使得数据中心机房的温度升高。上述辐射供冷系统120可以将数据中心机房的空气中的热量散发到室外。上述辐射供冷系统120中的水管104可以吸收数据中心机房内的辐射热量，从而使得水管104中的液体(例如，水、冷却剂等)温度升高。水管104可以与冷水机组105形成第三循环回路，水管104可以将温度升高后的液体经第三循环回路输出到冷水机组105，从而使得冷水机组105可以获取液体中的热量。进一步地，冷水机组105可以与冷却塔103形成第四循环回路，冷水机组105可以将其所获取的热量经第四循环回路传输到冷却塔103，冷却塔103可以将热量散发到数据中心机房外，从而实现为数据中心机房内空气降温的目的。

具体地，在辐射供冷系统120工作的过程中，上述水管104可以将吸收数据中心机房辐射热量后的液体从A’口输出到冷水机组105的C’口，冷水机组105可以将C’口输入的液体的热量经E’口传输到冷却塔103的F’口，从而使得D’口输出的液体的温度降低，冷水机组105可以将D’口输出的液体输出到水管104的B’口，以使该液体可以再次吸收数据中心机房中的热量。冷却塔105可以将其所吸收的热量散发到大气中，从而实现为数据中心机房降温的目的。最后，冷却塔103可以通过H’口将散热后的液体输出到冷水机组105的G’口，以使该液体可以再次从冷水机组105中吸收热量。

可以理解，液冷散热系统110中的冷却塔103和辐射供冷系统120中的冷却塔103可以为同一冷却塔，还可以为不同的冷却塔，这一没有唯一的限定。并且该冷却塔可以为开式冷却塔，开式冷却塔具有结构简单、造价低、维护检修方便等优点。

本申请的上述实施例提供的数据中心机房的制冷系统100，其中的液冷散热系统110可以包括液冷机柜101、与液冷机柜101形成第一循环回路的换热器102和与换热器102形成第二循环回路的冷却塔103，该液冷散热系统110利用换热器102和冷却塔103可以排出液冷机柜101吸收的电子设备的热量，辐射供冷系统120可以包括水管104、与水管104形成第三循环回路的冷水机组105和与冷水机组105形成第四循环回路的冷却塔103，辐射供冷系统120利用冷水机组105和冷却塔103可以排出水管104吸收的数据中心机房内辐射的热量，降低数据中心机房的温度，从而实现了结合液冷散热系统110和辐射供冷系统120提高数据中心机房的冷却效率的目的。

请继续参考图2A和图2B，其中图2A示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统的液冷散热系统的另一实施例的结构示意图，图2B示出了根据本申请的数据中心机房的制冷系统的辐射供冷系统的另一实施例的结构示意图。如图2A所示，在本实施例的数据中心机房的制冷系统中，液冷散热系统210可以包括液冷机柜201、换热器202、冷却塔203、循环水泵206、第一冷却水泵207。如图2B所示，在本实施例的数据中心机房的制冷系统中，辐射供冷系统220可以包括水管204、冷水机组205、冷冻水泵208、第二冷却水泵209。

在本实施例中，液冷散热系统210的液冷机柜201的液冷末端可以通过冷却液吸收电子设备的CPU和GPU等产生的热量。液冷机柜201可以与上述换热器202形成第一循环回路，液冷机柜201中的冷却液可以经第一循环回路输出到换热器202，换热器202可以将冷却液的热量传递到冷流体，从而使得冷却液降温，并且降温后的冷却液可以输向液冷机柜201，再次为液冷机柜201中的电子设备进行降温。换热器202可以与上述冷却塔203形成第二循环回路，换热器202中的冷流体吸热后温度升高，换热器202中的冷流体经第二循环回路输出到冷却塔203，以便于冷却塔203将热量散发到大气，从而使得冷流体的温度降低。最后，冷却塔203可以将温度降低后的冷流体输出到换热器202，以便于该冷流体可以继续吸收液冷机柜201输出的高温冷却液中的热量。

在本实施例中，液冷散热系统210中的循环水泵206和第一冷却水泵207，如图2A所示。其中，循环水泵206可以设置在液冷机柜201和换热器202之间，当液冷机柜201输出的高温冷却液的压力不足时，该循环水泵206可以为液冷机柜201输出的高温冷却液提供动力，从而驱动液冷机柜201输出的高温冷却液可以流向换热器202。具体地，上述循环水泵206可以驱动液冷机柜201的A口输出的高温冷却液流向换热器202，从而使得高温冷却液可以从换热器202的C口输入。

上述换热器202可以为间接换热设备，因此，在换热器202中，CD之间和EG之间并不相连通，CD之间流动液体的是由C口输入的冷却液，EG之间流动液体的是用于吸收C口输入的冷却液的热量的冷流体。CD之间流动的高温冷却液与EG之间流动的冷流体可以进行热交换，从而使得该冷流体的温度升高。上述第一冷却水泵207可以设置在换热器202和冷却塔203之间，当换热器202输出的冷流体的压力不足时，该第一冷却水泵207可以驱动温度升高的冷流体流向冷却塔203。具体地，该第一冷却水泵207可以驱动换热器202的E口输出的温度升高后的冷流体流向冷却塔203的F口。在冷却塔203工作的过程中，经F口输入的高温冷流体可以喷洒至散热材料的表面，高温冷流体与冷空气之间产生热交换作用，形成蒸发水汽，从而使得高温冷流体中的热量可以排放至空气中，并且冷却后的冷流体落至水槽中，而后利用泵浦可以将其传送至换热器202，以使该冷流体可以再次吸收热量。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述液冷散热系统210可以包括多个液冷机柜201，且该液冷散热系统210中还可以设有液冷分配装置(CDU)，该液冷分配装置可以连接在各液冷机柜201的进液口，可以用于为各液冷机柜201分配冷却液。进一步地，上述换热器202可以为板式换热器，板式换热器具有传热系数高、结构紧凑、体积小、价格低等优点，适合设置在液冷散热系统210中。

在本实施中，辐射供冷系统220中的冷冻水泵208和第二冷却水泵209，如图2B所示。其中，冷冻水泵208可以设置在水管204和冷水机组204之间，当水管204输出的液体的压力不足时，该冷冻水泵208可以为水管204输出的液体提供动力，从而驱动水管204中吸收热量的液体流向冷水机组205。具体地，上述冷冻水泵208可以驱动水管204中吸热后的液体从A’口输出到冷水机组205的C’口。在冷水机组205的工作过程中，制冷剂在蒸发器内吸收由C’口输入的液体的热量并汽化成蒸汽，压缩机不断地将产生的蒸汽从蒸发器中抽出，并进行压缩，经压缩后的高温、高压蒸汽被送到冷凝器后向E’G’之间流动的液体放热后冷凝成高压液体，在经节流阀降压后进入蒸发器，再次汽化，吸收C’口输入的液体的热量，如此周而复始地循环，从而实现将水管204中的液体的热量输出到冷却塔203，以便于冷却塔203可以将热量释放到大气中。需要说明的是，冷却塔203和冷水机组205之间设有第二冷却水泵209，如图2B所示，当冷水机组205的E’口输出的液体的压力不足时，该第二冷却水泵209可以为冷水机组205输出的液体提供动力，从而驱动E’口输出的液体流向冷却塔203。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述水管204可以设置在数据中心机房的楼板内部，如图2C所示，其示出了图2B中的水管在楼板中的结构示意图。具体地，上述各水管204可以设置在楼板的混凝土内。水管204内流动的液体的温度较低，从而可以降低楼板的温度，因此该楼板可以吸收数据中心机房的空气中的热量。进一步地，数据中心机房中的热量通常会集中在顶部楼板处，水管204设置在楼板内部可以提高辐射供冷系统210对数据中心机房的冷却效率。如图2C所示，设有水管204的楼板的外部还设有绝缘层，该绝缘层可以避免设有水管204的楼板与外部空气进行热交换降低辐射供冷系统220的冷却效率。可见，上述辐射供冷系统220利用楼板辐射的方式可以直接将数据中心机房中的热量排出到室外，并且数据中心机房的制冷系统在制冷的过程中不需要风机，降低了数据中心机房的制冷系统的功耗，提高了能源的利用率。

此外，本申请实施例还提供了一种数据中心，该数据中心可以包括上述实施例中的数据中心机房的制冷系统。该数据中心机房的制冷系统的结构和功能与上述实施例相同，这里不再赘述。

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上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 (7)

1.一种数据中心机房的制冷系统，其特征在于，包括：

液冷散热系统，包括液冷机柜、与所述液冷机柜形成第一循环回路的换热器、与所述换热器形成第二循环回路的冷却塔；

辐射供冷系统，包括吸收所述数据中心机房内辐射热量的水管、与所述水管形成第三循环回路的冷水机组、与所述冷水机组形成第四循环回路的冷却塔。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液冷散热系统中设有循环水泵，以驱动所述液冷机柜输出的冷却液流向所述换热器；和/或

所述液冷散热系统中设有第一冷却水泵，以驱动所述换热器输出的冷流体流向所述冷却塔。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辐射供冷系统中设有冷冻水泵，以驱动所述水管输出的液体流向所述冷水机组；和/或

所述辐射供冷系统中设有第二冷却水泵，以驱动所述冷水机组输出的液体流向所述冷却塔。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液冷散热系统包括多个液冷机柜；

所述液冷散热系统中设有液冷分配装置，所述液冷分配装置设置在各所述液冷机柜的进液口，用于为各所述液冷机柜分配冷却液。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水管设置在所述数据中心机房的楼板内部，以使所述数据中心机房内辐射的热量通过楼板与所述水管进行热交换；

所述数据中心机房的楼板的外表面覆盖有绝热层。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器包括板式换热器。

7.一种数据中心，其特征在于，包括如权利要求1-6之一所述的数据中心机房的制冷系统。