CN108413532A - 一种蒸发冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种蒸发冷却系统及控制方法，包括：蒸发冷却机组、机械制冷机组、换热器、回风风道、新风风道、排风风道和送风风道，所述蒸发冷却机组包括直接蒸发冷却机组和间接蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组用于将所述回风风道输送的高温气体与蒸发冷却机组的低温水直接或间接接触进行热交换后输送至送风风道内；所述换热器用于将回风风道输送的高温气体和排风风道、新风风道内低温气体进行热交换后输送至蒸发冷却机组内；本申请利用室外冷风实现免费制冷，避免全年开启压缩机，也避免单独蒸发冷却塔系统难以应对极端天气情况，实现集装箱数据中心的节能冷却、高效换热、精确控制和安全可靠运行。

Description

一种蒸发冷却系统及控制方法

技术领域

本发明涉及数据中心冷却技术领域，特别是涉及一种蒸发冷却系统及控制方法。

背景技术

随着信息技术的发展，服务器散热量和机房散热密度的增长，依靠电力的精密空调散热方式将逐渐被新型的制冷方式所取代。蒸发冷却技术是一种利用干空气制取冷风技术，可以根据末端的需要提供冷风，为数据中心供冷。蒸发冷却空调技术是利用自然环境中可再生能源干燥空气的干球温度与露点温度差,通过水与空气之间的热湿交换来获取冷量的一种环保高效而且经济的冷却方式,具有较低的冷却设备成本、能大幅度降低用电量和用电高峰期对电能的要求。现有的数据中心利用蒸发冷却空调进行制冷，仍存在换热效率低、能耗较大的技术缺陷。

因此，亟需一种双冷源数据中心及温度控制方法，以能够解决现有数据中心风冷末端散热能力低、能耗较大等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种蒸发冷却系统及控制方法，采用直接蒸发冷却和间接蒸发冷却并行方式，将两项技术应用在全年需要提供冷量的数据机房空调系统中，并配合人工冷源使用，节能潜力巨大。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

第一方面，提供一种蒸发冷却系统，包括：蒸发冷却机组、机械制冷机组、换热器、回风风道、新风风道、排风风道和送风风道；其中，

所述蒸发冷却机组包括直接蒸发冷却机组和间接蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组用于将所述回风风道输送的高温气体与蒸发冷却机组的低温水直接或间接接触进行热交换后输送至送风风道内；

所述换热器用于将回风风道输送的高温气体和排风风道、新风风道内低温气体进行热交换后输送至蒸发冷却机组内。

进一步的，所述间接蒸发冷却机组用于接收所述回风风道输出的高温气体，使得接收的所述高温气体与间接蒸发冷却机组低温水间接接触进行热交换以形成低温气体，并将形成的低温气体输送至所述直接蒸发冷却机组；

所述直接蒸发冷却机组用于接收所述间接蒸发冷却机组输出的低温气体，使得接收的所述低温气体与直接蒸发冷却机组低温水间接接触进行热交换以形成超低温气体，并将形成的超低温气体输送至送风风道内。

进一步的，所述换热器包括换热器A和换热器B，所述换热器A用于在接收到回风风道所述高温回风气体和排风风道所述低温排风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温排风气体进行热交换，以形成所述高温排风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温排风气体经排风风道排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至换热器B内；

所述换热器B用于在接收到回风风道所述高温回风气体和新风风道所述低温新风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温新风气体进行热交换，以形成所述高温新风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温新风气体经排风风道排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至间接蒸发冷却机组内。

进一步的，所述间接蒸发冷却模块主要包括布水器、喷头、填料、集水池、水泵、水管和风管。

进一步的，所述直接蒸发冷却模块由布水器、喷头、填料、集水池、水泵和水管。

进一步的，所述机械制冷机组由室外机冷凝器、压缩机、节流装置、蒸发器组成，所述的蒸发器安装于回风风道，设置在换热器B与蒸发冷却机组之间。当室外温度较高蒸发冷却机组不能完全满足制冷需求时，开启机械制冷、通过蒸发器对回风进行冷却，起到辅助制冷作用。

第二方面，提供一种蒸发冷却系统控制方法，包括：

(1)设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

(2)测试外界环境温度；

(3)根据温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。

进一步的，所述第一温度阈值为30度，第二温度阈值为20度。

第三方面，提供一种蒸发冷却系统控制装置，包括：

温度设定单元，所述温度设定单元用于设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

测试单元，所述测试外界环境温度T；

确定单元，所述确定单元用于根据外界温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

本申请集成了风风换热器、间接蒸发冷却机组、直接蒸发冷却机组、机械制冷机组，针对一般的冷却系统不利用或单纯依赖自然冷源的问题，实时采集室外空气气象参数，根据室外空气的干球温度和湿球温度来选择蒸发冷却系统的运行模式，利用室外冷风实现免费制冷，避免全年开启压缩机，也避免单独蒸发冷却塔系统难以应对极端天气情况，实现集装箱数据中心的节能冷却、高效换热、精确控制和安全可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例的结构示意图。

图2是本申请另一个实施例的方法的示意性流程图。

图3是本申请一个实施例的装置的示意性框图。

图中，间接蒸发冷却机组1、直接蒸发冷却机组2、换热器A3、换热器B4、回风风道5、新风风道6、排风风道7、送风风道8、回风口9、新风口10、排风口11、送风口12、布水器13、喷头14、填料15、风管16、集水池17、水泵18、水管19、蒸发器20、压缩机21、室外机冷凝器22、风机23。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本申请一个实施例的结构示意图。、

如图1所示，一种蒸发冷却系统，包括：蒸发冷却机组、机械制冷机组、换热器、回风风道5、新风风道6、排风风道7和送风风道8，所述回风风道5入口、新风风道6入口、排风风道7出口和送风风道8出口处分别设有回风口9、新风口10、排风口11和送风口12；其中，

所述蒸发冷却机组包括直接蒸发冷却机组1和间接蒸发冷却机组2，所述蒸发冷却机组用于将所述回风风道5输送的高温气体与蒸发冷却机组的低温水直接或间接接触进行热交换后输送至送风风道8内；

所述换热器用于将回风风道5输送的高温气体和排风风道、新风风道内低温气体进行热交换后输送至蒸发冷却机组内。

可选的，作为本申请一个实施例，所述间接蒸发冷却机组2用于接收所述回风风道5输出的高温气体，使得接收的所述高温气体与间接蒸发冷却机组2的低温水间接接触进行热交换以形成低温气体，并将形成的低温气体输送至所述直接蒸发冷却机组1；

所述直接蒸发冷却机组1用于接收所述间接蒸发冷却机组2输出的低温气体，使得接收的所述低温气体与直接蒸发冷却机组1低温水间接接触进行热交换以形成超低温气体，并将形成的超低温气体输送至送风风道8内。

可选的，作为本申请一个实施例，所述换热器包括换热器A4和换热器B5，所述换热器A5用于在接收到回风风道5所述高温回风气体和排风风道7所述低温排风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温排风气体进行热交换，以形成所述高温排风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温排风气体经排风风道7排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至换热器B2内；

所述换热器B4用于在接收到回风风道5所述高温回风气体和新风风道6所述低温新风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温新风气体进行热交换，以形成所述高温新风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温新风气体经排风风道7排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至间接蒸发冷却机组1内。

可选的，作为本申请一个实施例，所述间接蒸发冷却模块主要包括布水器13、喷头14、填料15、风管16、集水池17、水泵18和水管19。间接蒸发冷却机组1的水泵18将集水池17中的水通过水管19提升至填料15的顶部，冷水通过水泵18的作用下通过布水器13上的喷头14喷淋到填料15上，回风在风管16内流过和喷淋水不直接接触，填料与风管充分接触，利用喷淋水的蒸发带走热量实现风管16内回风的降温冷却；在此过程中新风与回风不直接接触，喷淋水在风管16外壁形成水膜，新风自下而上横掠风管16管束，与风管16外水膜发生热、湿交换，风管16可以采用圆管或椭圆管，材料为聚氯乙烯等高分子材料或铝箔。风管16管外可以包覆吸水性纤维材料，使管外侧保持均匀的水膜，以增强蒸发冷却的效果。

可选的，作为本申请一个实施例，所述直接蒸发冷却模块由布水器13、喷头14、填料15、集水池17、水泵18和水管19。直接蒸发冷却机组2的水泵18将集水池17中的水通过水管19提升至填料15的顶部，冷水通过水泵18的作用下通过布水器13上的喷头14均匀地喷淋到填料15上，在风机23的作用下，空气与水在填料中直接充分接触，空气被等焓冷却，填料15上多余的水最终回到位于填料底部的集水池17中。

可选的，作为本申请一个实施例，所述机械制冷机组由室外机冷凝器22、压缩机21、节流装置、蒸发器20组成，所述的蒸发器20安装于回风风道5内，设置在换热器B4与蒸发冷却机组之间。当室外温度较高蒸发冷却机组不能完全满足制冷需求时，开启机械制冷、通过蒸发器20对回风进行冷却，起到辅助制冷作用。

图2是本申请一个实施例的示意性流程图。

如图2所示，该方法200包括：

步骤210，设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

步骤220，测试外界环境温度；

步骤230，根据温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。

可选的，作为本申请一个实施例，所述第一温度阈值为30度，第二温度阈值为20度。

也就是说，在不同室外环境工况下，主要由以下三种运行模式：

(1)当室外温度Ta≥30℃时，开启压缩机，数据中心室内热回风在回风风道内经过换热器A与来自蒸发冷却机组的新风排风进行一次换热初步降温，经回风风道与来自室外的新风在换热器B内进行二次换热降温，经蒸发器再三次降温，在间接蒸发冷却机组、直接蒸发冷却机组处理后经蒸发冷却处理完成的冷空气通过送风管进入数据中心内，对IT设备和配电设备进行降温冷却；冷空气通过IT设备后变为高温的热空气通过回风管道回到蒸发冷却机组，如此循环。

(2)当室外温度20℃＜Ta＜30℃时，关闭压缩机制冷，回风经过换热器A和换热器B后，经间接蒸发冷却机组、直接蒸发冷却机组，在蒸发冷却机组降温处理后，冷空气由送风口输出，冷空气通过IT设备后变为高温的热空气通过回风管道回到蒸发冷却机组，如此循环。

(3)当室外温度Ta≤20℃时，关闭压缩机制冷，间接蒸发冷却机组、直接蒸发冷却机组停止运行，回风经过换热器A和换热器B后，经间接蒸发冷却机组、直接蒸发冷却机组，冷空气由送风口输出，冷空气通过IT设备后变为高温的热空气通过回风管道回到蒸发冷却机组，如此循环。

图3示出了本申请一个实施例的装置的示意性框图。

如图3所示，该装置300包括：

温度设定单元310，所述温度设定单元用于设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

测试单元320，所述测试外界环境温度T；

确定单元330，所述确定单元用于根据外界温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。

可选地，作为本申请一个实施例，所述第一温度阈值为30度，第二温度阈值为20度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种蒸发冷却系统，其特征在于，包括：蒸发冷却机组、机械制冷机组、换热器、回风风道、新风风道、排风风道和送风风道；其中，

所述蒸发冷却机组包括直接蒸发冷却机组和间接蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组用于将所述回风风道输送的高温气体与蒸发冷却机组的低温水直接或间接接触进行热交换后输送至送风风道内；

所述换热器用于将回风风道输送的高温气体和排风风道、新风风道内低温气体进行热交换后输送至蒸发冷却机组内。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却机组用于接收所述回风风道输出的高温气体，使得接收的所述高温气体与间接蒸发冷却机组低温水间接接触进行热交换以形成低温气体，并将形成的低温气体输送至所述直接蒸发冷却机组；所述直接蒸发冷却机组用于接收所述间接蒸发冷却机组输出的低温气体，使得接收的所述低温气体与直接蒸发冷却机组低温水间接接触进行热交换以形成超低温气体，并将形成的超低温气体输送至送风风道内。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述换热器包括换热器A和换热器B，所述换热器A用于在接收到回风风道所述高温回风气体和排风风道所述低温排风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温排风气体进行热交换，以形成所述高温排风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温排风气体经排风风道排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至换热器B内；

所述换热器B用于在接收到回风风道所述高温回风气体和新风风道所述低温新风气体时，使得所述高温回风气体和所述低温新风气体进行热交换，以形成所述高温新风气体和所述低温回风气体，并将形成的所述高温新风气体经排风风道排出，以及将形成的所述低温回风气体输出至间接蒸发冷却机组内。

4.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却模块主要包括布水器、喷头、填料、集水池、水泵、水管和风管。

5.根据权利要求1所述的双冷源数据中心，其特征在于，所述直接蒸发冷却模块由布水器、喷头、填料、集水池、水泵和水管。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述机械制冷机组由室外机冷凝器、压缩机、节流装置、蒸发器组成，所述的蒸发器安装于回风风道，设置在换热器B与蒸发冷却机组之间。

7.一种蒸发冷却系统控制方法，其特征在于，包括：

(1)设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

(2)测试外界环境温度；

(3)根据温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。

8.根据权利要求7所述的蒸发冷却系统控制方法，其特征在于，所述第一温度阈值为30度，第二温度阈值为20度。

9.一种蒸发冷却系统控制装置，其特征在于，包括：

温度设定单元，所述温度设定单元用于设定第一温度阈值和第二温度阈值，且所述的所述第一温度阈值大于第二温度阈值；

测试单元，所述测试外界环境温度T；

确定单元，所述确定单元用于根据外界温度T控制冷却系统的循环回路：

当温度大于等于第一温度阈值时，启动蒸发冷却机组和机械制冷机组工作；

当温度大于第二温度阈值小于第三阈值时，启动蒸发冷却机组，关闭机械制冷机组；

当温度小于等于第二温度阈值时，关闭蒸发冷却机组和机械制冷机组。