CN108507085A - 基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统 - Google Patents

基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统，包括设置于数据中心机房外的蒸发冷却单元，蒸发冷却单元分别通过冷风输送通道、回风管与数据中心机房连接；数据中心机房顶部还设置有排风系统。本发明蒸发冷却通风空调系统考虑到蒸发冷却具有大风量、小焓差以及降温又加湿的特点，并采用数据中心内冷通道将热气流排出室外的方式，不仅能把冷热气流完全隔离开来，还能避免机房内湿度累积；另外设置太阳能烟囱，热通道的热气流可以通过太阳能烟囱直接排出室外，省去排风机，而且优化了室内气流组织形式；两者结合，充分利用太阳能、室外环境干空气能等可再生能源，可以将数据中心制冷系统能耗降到最低。

Description

基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统。
背景技术
互联网时代让我们见证了现代数据中心建设的繁荣，与此同时服务器中的IT设备功率也与日俱增，热密度急剧增长。如何保证数据处理设备正常运行而又不耗费较大制冷能耗，成为数据中心制冷系统越来越关注的问题。
传统的数据中心用空调因其有较低的送风温度容易产生严重的冷热掺混现象，且其气流组织也很混乱，导致制冷效果不佳，耗能较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统，解决了现有数据中心空调系统制冷效果不佳、能耗较大的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统，包括设置于数据中心机房外的蒸发冷却单元，蒸发冷却单元分别通过冷风输送通道、回风管与数据中心机房连接；
数据中心机房顶部还设置有排风系统。
本发明的特征还在于，
蒸发冷却单元包括壳体，壳体对应两侧分别设置有一次风进风口和送风口，一次风进风口内按照空气流动方向依次设置有过滤器、隔风板、间接蒸发冷却段、回风段、直接蒸发冷却段、挡水板和送风风机。
送风口内设置有送风口调节阀，且送风口接通冷风输送通道。
间接蒸发冷却段包括板管间接蒸发冷却器，管间接蒸发冷却器顶部设置有布水器a，管间接蒸发冷却器底部设置有循环水箱a，布水器a与循环水箱a通过循环水管a连接，循环水管a上设置有循环水泵a；
管间接蒸发冷却器顶部对应的壳体上还设置有二次风排风口，二次风排风口内设置有二次风排风机；
管间接蒸发冷却器底部对应的壳体上还设置有二次风进风口。
回风段包括位于对应壳体顶部的机组回风口，机组回风口内设置有回风风机，机组回风口还通过回风管与数据中心机房连接。
直接蒸发冷却段包括直接蒸发冷却填料，直接蒸发冷却填料顶部设置有布水器b，直接蒸发冷却填料底部设置有循环水箱b，布水器b与循环水箱b通过循环水管b连接，循环水管b上设置有循环水泵b。
冷风输送通道位于数据中心机房地板底部，冷风输送通道上均匀分布若干出风孔且穿出地板、并与数据中心机房内的冷通道接通。
冷通道由两个相对的服务器机柜组成，服务器机柜的出风侧与数据中心机房形成热通道。
排风系统包括不少于两个的太阳能烟囱，每个太阳能烟囱顶部设有太阳能烟囱排风口，每个太阳能烟囱底部均与数据中心机房的热通道连接。
太阳能烟囱排风口上还设置有顶帽。
本发明蒸发冷却通风空调系统的有益效果是：
(1)本发明蒸发冷却通风空调系统利用蒸发冷却单元处理之后的大风量、小焓差的冷风送入服务器机柜之间的冷通道，热通道内的热风通过太阳能烟囱排出，避免了冷热气流掺混的现象；
(2)本发明蒸发冷却通风空调系统通过直流排风能将服务器机柜散的热量迅速排走，而不是将其吸收，不仅使能耗大大降低，还能避免使数据中心机房内部湿度不断增加的现象；
(3)本发明蒸发冷却通风空调系统使用太阳能烟囱排风系统，充分利用太阳辐射造成的热压，不仅省去了排风风机，而且强化了排风效果；
(4)本发明蒸发冷却通风空调系统根据室外环境状态可开启通风模式或空调模式，新风满足送风条件时可只利用太阳能烟囱将机柜散热排出室外，冬天空调机组引入室内部分回风并与新风混合送入室内；
(5)本发明蒸发冷却通风空调系统在太阳能烟囱排风口设有顶帽，通过调节太阳能烟囱排风口顶帽可以改变回风与排风的风量；
(6)本发明蒸发冷却通风空调系统省去了冷却塔、制冷主机及板式换热器等设备，相应的也省去了复杂的管网系统，整个空调系统运行维护简单。
附图说明
图1是本发明蒸发冷却通风空调系统的结构示意图；
图2是本发明蒸发冷却通风空调系统中蒸发冷却单元的结构示意图。
图中，1.服务器机柜，2.出风孔，3.冷风输送通道，4.壳体，5.回风管，6.回风口调节阀，7.太阳能烟囱，8.顶帽，9.太阳能烟囱排风口，10.热通道，11.冷通道，12.板管间接蒸发冷却器，13.一次风进风口，14.二次风进风口，15.过滤器，16.隔风板，17.循环水箱a，18.循环水泵a，19.循环水管a，20.循环水泵b，21.循环水箱b，22.直接蒸发冷却填料，23.送风口，24.送风口调节阀，25.送风风机，26.挡水板，27.喷嘴b，28.布水器b，29.循环水管b，30.机组回风口，31.回风风机，32.二次风排风口，33.二次风排风机，34.布水器a，35.喷嘴a。
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。
本发明基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统，如图1所示，包括设置于数据中心机房外的蒸发冷却单元，蒸发冷却单元分别通过冷风输送通道3、回风管5与数据中心机房连接；数据中心机房顶部还设置有排风系统。蒸发冷却单元通过冷风输送通道3与数据中心机房连接；蒸发冷却单元通过回风管5引入部分回风并与新风混合，符合送风条件的空气送入数据中心机房；排风系统与大气相通。
如图2所示，蒸发冷却单元包括壳体4，壳体4对应两侧分别设置有一次风进风口13和送风口23，一次风进风口13内按照空气流动方向依次设置有过滤器15、隔风板16、间接蒸发冷却段、回风段、直接蒸发冷却段、挡水板26和送风风机25。
送风口23内设置有送风口调节阀24，且送风口23接通冷风输送通道3。
间接蒸发冷却段包括板管间接蒸发冷却器12，管间接蒸发冷却器12顶部设置有布水器a34，管间接蒸发冷却器12底部设置有循环水箱a17，布水器a34与循环水箱a17通过循环水管a19连接，循环水管a19上设置有循环水泵a18；管间接蒸发冷却器顶部对应的壳体4上还设置有二次风排风口32，二次风排风口32内设置有二次风排风机33；管间接蒸发冷却器12底部对应的壳体4上还设置有二次风进风口14。
板管间接蒸发冷却器12由多个水平设置的板式换热管组成。
布水器a34上均匀设置有多个面向板管间接蒸发冷却器36喷淋的喷嘴a35；布水器b28上均匀设置有多个面向板管间接蒸发冷却器22喷淋的喷嘴b27。
挡水板26采用干式填料，用于过滤掉空气中多余的水份。
回风段包括位于对应壳体4顶部的机组回风口30，机组回风口30内设置有回风风机31，机组回风口30还通过回风管5与数据中心机房连接。
直接蒸发冷却段包括直接蒸发冷却填料22，直接蒸发冷却填料22顶部设置有布水器b28，直接蒸发冷却填料22底部设置有循环水箱b21，布水器b28与循环水箱b21通过循环水管b29连接，循环水管b29上设置有循环水泵b20。
冷风输送通道3位于数据中心机房地板底部，冷风输送通道3上均匀分布若干出风孔2且穿出地板、并与数据中心机房内的冷通道11接通。冷通道由两个相对的服务器机柜1组成，服务器机柜1的出风侧与数据中心机房形成热通道10。
冷风输送通道3将蒸发冷却单元的冷空气传递至服务器机柜直接冷却，避免的能量的流失，换热后的冷空气从服务器机柜1的出风侧流出，经热通道10后从太阳能烟囱7排出。
排风系统包括不少于两个的太阳能烟囱7，每个太阳能烟囱7顶部设有太阳能烟囱排风口9，每个太阳能烟囱7底部均与数据中心机房的热通道10连接；太阳能烟囱排风口9上还设置有顶帽8。
本发明蒸发冷却通风空调系统的工作过程如下：
(1)蒸发冷却空调机组工作过程
第一种水系统的工作过程具体如下：
循环水箱a17中的循环水在循环水泵a18的抽吸作用下，沿循环水管a19至板管间接蒸发冷却器12上方的布水器a34中；循环水从布水器a34中喷淋下来，在板管间接蒸发冷却器36换热管的管外壁形成水膜，在二次风排风机33的作用下，二次空气与水发生热湿交换，通过传热使板管壁温降低，进而冷却板管内的一次空气；与二次空气进行充分热湿交换后的循环水落入循环水箱a17中，如此循环。
第二种水系统的工作过程具体如下：
循环水箱b21中的循环水在循环水泵b20的抽吸作用下，沿循环水管b29至布水器b28；从布水器b28中喷淋下来的水喷至直接蒸发冷却填料22中，并在直接蒸发冷却填料22中形成水膜，与迎面而来的一次冷空气热湿交换，一次冷空气等焓降温；直接蒸发冷却填料22中的水与一次冷空气热湿交换后流入直接段下方的循环水箱b21，如此循环。
(2)蒸发冷却空调机组风系统的工作过程
室外新风分为两部分由进风口进入机组内部，一部分作为二次风在二次风排风机33的作用下，由二次风进风口14进入机组，经过滤器15过滤后进入水箱a17上方的板管间接蒸发冷却器36板管外壁，与布水器a34喷淋下来的循环水进行热湿交换，二次空气在板管外壁吸收一次空气的热量后，被二次风排风机33排出。
一部分作为一次风在送风风机25的作用下，由一次风进风口13进入机组，经过滤器15过滤后进入板管间接蒸发冷却器36换热管的管内壁进行等湿冷却，经等湿冷却后的空气在机组回风段与来自回风管5的回风混合，再经直接蒸发冷却填料22进行等焓冷却，等焓降温后的空气经送风机25送入冷风输送通道3，随后进入数据中心机房内经冷通道11、热通道10后，经太阳能烟囱7排出。
本发明蒸发冷却通风空调系统考虑到蒸发冷却具有大风量、小焓差以及降温又加湿的特点，并采用数据中心内冷通道11将热气流排出室外的方式，不仅能把冷热气流完全隔离开来，还能避免机房内湿度累积；另外设置太阳能烟囱7，热通道10的热气流可以通过太阳能烟囱7直接排出室外，省去排风机，而且优化了室内气流组织形式；两者结合，充分利用太阳能、室外环境干空气能等可再生能源，可以将数据中心制冷系统能耗降到最低。

Claims (10)

1.基于太阳能烟囱的数据中心用蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，包括设置于数据中心机房外的蒸发冷却单元，蒸发冷却单元分别通过冷风输送通道(3)、回风管(5)与数据中心机房连接；
所述数据中心机房顶部还设置有排风系统。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却单元包括壳体(4)，壳体(4)对应两侧分别设置有一次风进风口(13)和送风口(23)，一次风进风口(13)内按照空气流动方向依次设置有过滤器(15)、隔风板(16)、间接蒸发冷却段、回风段、直接蒸发冷却段、挡水板(26)和送风风机(25)。
3.根据权利要求2所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述送风口(23)内设置有送风口调节阀(24)，且送风口(23)接通冷风输送通道(3)。
4.根据权利要求2所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却段包括板管间接蒸发冷却器(12)，管间接蒸发冷却器(12)顶部设置有布水器a(34)，管间接蒸发冷却器(12)底部设置有循环水箱a(17)，布水器a(34)与循环水箱a(17)通过循环水管a(19)连接，循环水管a(19)上设置有循环水泵a(18)；
所述管间接蒸发冷却器顶部对应的壳体(4)上还设置有二次风排风口(32)，二次风排风口(32)内设置有二次风排风机(33)；
所述管间接蒸发冷却器(12)底部对应的壳体(4)上还设置有二次风进风口(14)。
5.根据权利要求2所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述回风段包括位于对应壳体(4)顶部的机组回风口(30)，机组回风口(30)内设置有回风风机(31)，机组回风口(30)还通过回风管(5)与数据中心机房连接。
6.根据权利要求2所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却段包括直接蒸发冷却填料(22)，直接蒸发冷却填料(22)顶部设置有布水器b(28)，直接蒸发冷却填料(22)底部设置有循环水箱b(21)，布水器b(28)与循环水箱b(21)通过循环水管b(29)连接，循环水管b(29)上设置有循环水泵b(20)。
7.根据权利要求1所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述冷风输送通道(3)位于数据中心机房地板底部，冷风输送通道(3)上均匀分布若干出风孔(2)且穿出地板、并与数据中心机房内的冷通道(11)接通。
8.根据权利要求7所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述冷通道由两个相对的服务器机柜(1)组成，服务器机柜(1)的出风侧与数据中心机房形成热通道(10)。
9.根据权利要求1所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述排风系统包括不少于两个的太阳能烟囱(7)，每个太阳能烟囱(7)顶部设有太阳能烟囱排风口(9)，每个太阳能烟囱(7)底部均与数据中心机房的热通道(10)连接。
10.根据权利要求1所述的蒸发冷却通风空调系统，其特征在于，所述太阳能烟囱排风口(9)上还设置有顶帽(8)。
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