CN107957104A - 一种高效节能的数据机房冷却空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效节能的数据机房冷却空调系统，包括溶液除湿系统、复合冷却系统、再热器、新风管道、数据机房的用于输送新风的送风管道和用于送走热风的回风管道；在溶液除湿系统中，溶液吸收装置、提升泵、溶液再生装置、溶液换热器第二通道依次连接以形成溶液循环；冷冻水循环管道连接着冷却塔和溶液换热器第一通道；新风管道依次连通于溶液吸收装置、复合冷却系统的间接蒸发冷却装置和直接蒸发冷却装置、再热器的冷侧流道、送风管道；回风管道分别连通于溶液再生装置和再热器的热侧流道。本发明运行灵活、能耗低、高效除湿，将数据机房的热量回收利用到溶液再生和新风再热中，而且强化了除湿溶液对新风的干燥效果。
Description
技术领域
本发明属于制冷领域，具体涉及一种高效节能的数据机房冷却空调系统。
背景技术
随着ICT行业的快速发展，数据中心的空调冷却需求也在显著增加。传统的机房空气冷却处理系统采用低温冷源（如7℃的冷冻水）先将空气降温到饱和状态（即达到露点温度）后再继续降温，进行除湿，再利用再热装置进行升温，以致其达到送风状态，输送至数据中心进行机柜的冷却。然而，整个处理过程中存在着严重的冷热抵消以及除湿加湿抵消带来的能量损失，导致整个系统投资成本高，运行费用高，且系统运行时能耗大。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高效节能的数据机房冷却空调系统，有效回收数据机房的热量，并利用至溶液再生和新风再热工作中，且强化除湿溶液对新风的干燥效果，以实现充分利用数据机房的免费余热、降低冷却系统的能耗、提升干燥效果的技术目的，具有运行成本低、高效节能、运行灵活的特点。
为了实现以上提及到的技术目的，本发明采取了以下技术方案：
一种高效节能的数据机房冷却空调系统，包括溶液除湿系统、复合冷却系统、再热器、新风管道、数据机房的用于输送新风的送风管道和用于送走热风的回风管道；
所述溶液除湿系统包括溶液吸收装置、溶液再生装置、溶液换热器、提升泵、冷却塔、冷冻水循环管道，所述冷冻水循环管道连接着冷却塔和溶液换热器的第一通道，溶液吸收装置的水出口、提升泵、溶液再生装置、溶液换热器的第二通道、溶液吸收装置的水进口依次管道连接；
复合冷却系统包括间接蒸发冷却装置、直接蒸发冷却装置，所述新风管道依次连通于溶液吸收装置、间接蒸发冷却装置、直接蒸发冷却装置、再热器的冷侧流道、送风管道；所述回风管道分别连通于溶液再生装置和再热器的热侧流道。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，还包括新风旁通管道；所述新风旁通管道与溶液吸收装置并联连接，新风旁通管道设置有旁通控制阀；所述溶液吸收装置的进气端设置有新风控制阀。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，所述间接蒸发冷却装置和直接蒸发冷却装置为喷淋室。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，所述间接蒸发冷却装置和直接蒸发冷却装置均设置有补给水泵。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，所述数据机房包括由下自上分布并连通的下层技术夹层、机房中心和上层送风层；所述送风管道设置在数据机房的下层技术夹层，所述回风管道设置在数据机房的上层送风层。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，所述下层技术夹层和机房中心之间、机房中心和上层送风层之间均设置有过滤器。
所述的高效节能的数据机房冷却空调系统中，还包括二次风管道；所述二次风管道的一端连通于再热器的热侧流道的出口端，二次风管道另一端连通于间接蒸发冷却装置。
有益效果：
本发明提供了一种高效节能的数据机房冷却空调系统，该系统对新风采用溶液除湿方式进行干燥，设置冷却塔和溶液换热器对除湿溶液进行降温，进而强化其对新风的干燥效果；然后利用间接蒸发和直接蒸发复合的冷却方式对新风进行等湿降温、加湿降温，最后再热器利用数据机房的热量对新风升温，以达到送风要求，再经送风管道输送至数据机房中进行降温冷却。而在该冷却空调系统中，数据机房的热量得到有效的回收，并利用至溶液除湿和新风再热工作中，充分利用了数据机房的免费余热；数据机房的回风经再热器换热后再通入间接蒸发冷却装置，为其提供二次风；间接蒸发与直接蒸发复合冷却系统充分利用免费冷源，与溶液吸收装置、溶液再生装置联合实现了冷却空气的温湿度独立控制，提高了冷源需求温度，避免了不必要的能量损失。
该冷却空调系统比传统的数据机房空气冷却处理系统运行更加灵活，可以根据室外空气状态，进行温湿度单独控制；而且，系统初始投资小，运行成本低，运行稳定可靠，使用寿命长，更重要的是，系统的干燥能力更佳，系统能耗更低。
附图说明
图1为本发明提供的高效节能的数据机房冷却空调系统的连接示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种高效节能的数据机房冷却空调系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供了一种高效节能的数据机房冷却空调系统，包括溶液除湿系统、复合冷却系统、再热器16、新风管道9、数据机房的用于输送新风的送风管道17和用于送走热风的回风管道7；溶液除湿系统包括溶液吸收装置11、溶液再生装置12、溶液换热器18、提升泵、冷却塔14、冷冻水循环管道，冷冻水循环管道连接着冷却塔14和溶液换热器18的第一通道，溶液吸收装置11的水出口、提升泵、溶液再生装置12、溶液换热器18的第二通道、溶液吸收装置11的水进口依次管道连接。冷冻水循环管道将冷却塔14自然冷却产生的冷量通过冷媒——冷冻水传递到溶液换热器18，进而冷却除湿溶液。
复合冷却系统包括间接蒸发冷却装置15、直接蒸发冷却装置13，新风管道9依次连通于溶液吸收装置11、间接蒸发冷却装置15、直接蒸发冷却装置13、再热器16的冷侧流道、送风管道17；回风管道7分别连通于溶液再生装置12和再热器16的热侧流道。新风管道9内的新风进入溶液吸收装置11，与被冷却的高浓度溶液直接接触，高浓度溶液不仅吸收新风中的水分，且将冷量传递给新风，使其中水分冷凝析出，从而加强了溶液吸收装置11的干燥能力。被除湿干燥处理过的新风从溶液吸收装置11出来后进入间接蒸发冷却装置15，完成间接冷却、等湿降温；再进入直接蒸发冷却装置13，作进一步的降温，使其温度处于湿球温度与露点温度之间。再利用再热器16对新风升温，以达到送风要求，后经送风管道17进入数据机房6中。其中，间接蒸发冷却装置15、直接蒸发冷却装置13均充分利用了免费冷源，将新风降温冷却，降低了系统运行能耗。
送风管道17往数据机房6输送的低温空气，吸收数据机房6的热量后经回风管道7排出，随后一部分通入溶液再生装置12中，与低浓度溶液直接换热，使得溶液中水蒸发，变成水蒸气后随热风排至外界，从而将溶液的浓度提高，以便于其在溶液吸收装置11中进行除湿工作；另一部分，进入再热器16，与待进入数据机房6的新风换热，确保其温度达到送风要求。
进一步地，该数据机房冷却空调系统还包括新风旁通管道8；新风旁通管道8与溶液吸收装置11并联连接，新风旁通管道8设置有旁通控制阀；溶液吸收装置11的进气端设置有新风控制阀。对于过渡季节，室外空气干燥度较高，那么不需要将新风通入到溶液吸收装置11进行干燥，故通过调节新风控制阀和旁通控制阀，使得室外新风流经新风旁通管道8再进入到间接蒸发冷却装置15进行等湿降温。
具体地，间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13为喷淋室。均设置有喷淋水泵（图中未标记），喷淋水泵用于将喷淋室底部的水往顶部输送，实现内部水循环，不断与新风进行热交换。
进一步地，间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13均设置有补给水泵（图中未示出）。在间接蒸发冷却装置15内，水吸热蒸发，变成水蒸气，然后排至间接蒸发冷却装置15的外面；从间接蒸发冷却装置15流出的新风进入直接蒸发冷却装置13内，与喷淋而下的水直接接触换热，蒸发出的水蒸气随着新风一并流出直接蒸发冷却装置13。由于在间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13均有水蒸发，部分水被带走，因此，通过在间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13都设置补给水泵，及时补充水量，防止间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13液位过低，运行发生异常，无法对新风进行降温处理，导致对数据机房的冷却效果大幅下降。
另外，间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13均设置有液位检测装置，液位检测装置与补给水泵的驱动电机的开关电性连接，实时检测间接蒸发冷却装置15和直接蒸发冷却装置13内的液位，当检测到的实际液位数值低于低位预设值，则液位检测装置发送信号，控制补给水泵的驱动电机运转，不断输送水量，直至实际液位达到高位预设值才停止。
具体地，数据机房6包括由下自上分布并连通的下层技术夹层2、机房中心20和上层送风层1；送风管道17设置在数据机房6的下层技术夹层2，回风管道7设置在数据机房6的上层送风层1。在数据机房6内放置若干机柜4，送风管道17输送的新风从下层技术夹层2流进至机房中心20内，先是进入机柜4之间的冷通道5，通过热交换带走机柜上各层服务器24运行时所产生的热量，然后经过机房中心20的热通道3进入上层送风层1中的回风管道7。
具体地，下层技术夹层2和机房中心20之间设置有进口过滤器19，用于对由下层技术夹层2流进至机房中心20的新风进行水分吸附过滤，将新风的含水量进一步降低。机房中心20和上层送风层1之间设置有出口过滤器（图中未示出），用于吸附回风的水分，便于回风在溶液再生装置12换热过程中能获得更好的溶液再生效果。
进一步地，该数据机房冷却空调系统还包括二次风管道10；二次风管道10的一端连通于再热器16的热侧流道的出口端，二次风管道10另一端连通于间接蒸发冷却装置15。回风管道7输送的部分热风经再热器16换热后，通过二次风管道10通入到间接蒸发冷却装置15，与水换热变成湿空气，来冷却新风。经机房中心20和上层送风层1之间设置的出口过滤器吸附处理过的热风，将其携带的部分热量用于再热器16中，温度得到下降，然后再利用至间接蒸发冷却装置15中，实现热风的二次利用，能够起到较好的蒸发冷却效果。
综上所述，本发明提供了一种高效节能的数据机房冷却空调系统，该系统对新风采用溶液除湿方式进行干燥，设置冷却塔和溶液换热器对除湿溶液进行降温，进而强化其对新风的干燥效果；然后利用间接蒸发和直接蒸发复合的冷却方式对新风进行等湿降温、加湿降温，最后再热器利用数据机房的热量对新风升温，以达到送风要求，再经送风管道输送至数据机房中进行降温冷却。而在该冷却空调系统中，数据机房的热量得到有效的回收，并利用至溶液除湿和新风再热工作中，充分利用了数据机房的免费余热；数据机房的回风经再热器换热后再通入间接蒸发冷却装置，为其提供二次风；间接蒸发与直接蒸发复合冷却系统充分利用免费冷源，与溶液吸收装置、溶液再生装置联合实现了冷却空气的温湿度独立控制，提高了冷源需求温度，避免了不必要的能量损失。
该冷却空调系统比传统的数据机房空气冷却处理系统运行更加灵活，可以根据室外空气状态，进行温湿度单独控制；而且，系统初始投资小，运行成本低，运行稳定可靠，使用寿命长，更重要的是，系统的干燥能力更佳，系统能耗更低。
应当理解的是，若其他发明创造采用了多级间接/直接蒸发冷却复合系统，以及冷却塔和溶液换热器组成的溶液降温系统，且其能够达到相同的技术效果，那么，也应在本发明的保护范围内。另外，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，包括溶液除湿系统、复合冷却系统、再热器、新风管道、数据机房的用于输送新风的送风管道和用于送走热风的回风管道；
所述溶液除湿系统包括溶液吸收装置、溶液再生装置、溶液换热器、提升泵、冷却塔、冷冻水循环管道，所述冷冻水循环管道连接着冷却塔和溶液换热器的第一通道，溶液吸收装置的水出口、提升泵、溶液再生装置、溶液换热器的第二通道、溶液吸收装置的水进口依次管道连接；
复合冷却系统包括间接蒸发冷却装置、直接蒸发冷却装置，所述新风管道依次连通于溶液吸收装置、间接蒸发冷却装置、直接蒸发冷却装置、再热器的冷侧流道、送风管道；所述回风管道分别连通于溶液再生装置和再热器的热侧流道。
2.根据权利要求1所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，还包括新风旁通管道；所述新风旁通管道与溶液吸收装置并联连接，新风旁通管道设置有旁通控制阀；所述溶液吸收装置的进气端设置有新风控制阀。
3.根据权利要求1所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却装置和直接蒸发冷却装置为喷淋室。
4.根据权利要求3所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却装置和直接蒸发冷却装置均设置有补给水泵。
5.根据权利要求1所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，所述数据机房包括由下自上分布并连通的下层技术夹层、机房中心和上层送风层；所述送风管道设置在数据机房的下层技术夹层，所述回风管道设置在数据机房的上层送风层。
6.根据权利要求5所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，所述下层技术夹层和机房中心之间、机房中心和上层送风层之间均设置有过滤器。
7.根据权利要求1所述的高效节能的数据机房冷却空调系统，其特征在于，还包括二次风管道；所述二次风管道的一端连通于再热器的热侧流道的出口端，二次风管道另一端连通于间接蒸发冷却装置。
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