CN108571792A - 数据机房自然冷却系统及其控制方法 - Google Patents

数据机房自然冷却系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种数据机房自然冷却系统及其控制方法，所述系统包括数据机房、压缩机制冷系统及空气换热器，所述数据机房的内部设置有冷通道且底部设有架空地板，架空地板上开设有送风口，冷通道通过送风口与架空地板的下方连通；所述冷通道内设有服务器机柜，服务器机柜的出风口与冷通道的外部连通；所述空气换热器包括热交换芯体、下导流风扇和上导流风扇，下导流风扇和上导流风扇通过热交换芯体连接，所述下导流风扇位于架空地板的下方；压缩机制冷系统包括室内机和室外机。本发明实施例通过采用空气换热器进行平行逆流换热制冷，解决了能耗大的问题，进而达到节能效果好、安装维护方便、使机房设备免受新风污染的技术效果。

Description

数据机房自然冷却系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机房散热技术领域，尤其涉及一种数据机房自然冷却系统及其控制方 法。
背景技术
[0002] 数据机房设备运行时发热量巨大，为了设备的正常运行，需要对该机房设备降温， 使其保持在稳定的温度和湿度下。传统降温方式主要采用蒸汽压缩制冷空调系统，由于压 缩机需要全年使用，导致空调系统能耗巨大，其空调能耗可占数据机房整体能耗的40%〜 50%。
[0003] 从节能角度考虑，目前有直接利用室外冷源包括室外新风为机房降温的方案，或 间接利用室外冷源包括转轮热回收、冷水系统为机房降温的方案。当采用室外新风作为冷 源时，为了保证新风洁净度，机组需要配置中效过滤器和化学过滤器，其中，化学过滤器价 格非常昂贵，而且无法清洗反复利用，造成机组投资成本和运行成本非常大。当使用转轮热 回收自然冷却时，由于转轮热回收空调体积过于庞大(一般超过4米长），需要给转轮热回收 空调机组单独设计放置区域，现场安装工程量大。当使用冷水系统自然冷却时，空调设备需 要配置室外水塔，且只有在水塔的出水温度比冷冻水温度(一般为rc)低2〜5 °c时，才能停 下压缩机，采用水塔的冷却水直接冷却空调的冷冻水系统。但是这种方法的局限性在于:可 以直接利用室外自然冷源的时间段短(全年大部分时间处理水的温度高于5°〇、节能幅度 不大，而且现场安装的工程量大，维护工作量也大。
[0004]另外，公开号为CN201196466Y的中国实用新型专利介绍了一种新型逆流式热交换 器。该热交换器包括热交换器壳体、机芯、控制器、内循环风道和外循环风道，内外循环风道 均布置有数个轴流风机，轴流风机相对于热交换器成一定倾角放置。不过实际热交换器所 需风量巨大，且实测热交换器内部风阻也非常大，轴流风机无法满足使用要求。
发明内容
[0005]本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种数据机房自然冷却系统及其控 制方法，以使能够达到节能效果好、安装维护方便、使机房设备免受新风污染的效果。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种数据机房自然冷却系统，包括 数据机房和压缩机制冷系统，还包括设于数据机房的墙体内的空气换热器，所述数据机房 的内部设置有冷通道且数据机房的底部设有架空地板，冷通道设于架空地板上，架空地板 上开设有送风口，冷通道通过送风口与架空地板的下方连通;所述冷通道的内部对应设置 有服务器机柜，所述服务器机柜的出风口与冷通道的外部连通;所述空气换热器包括热交 换芯体、下导流风扇和上导流风扇，所述下导流风扇和上导流风扇通过中间设置的热交换 芯体连接，所述下导流风扇位于架空地板的下方;所述压缩机制冷系统包括设于数据机房 内的室内机和设于数据机房外的室外机，所述室内机和室外机通过制冷管道连接。
[0007]进一步地，所述室内机的出风口与架空地板的下方连通。
[0008] 进一步地，所述空气换热器分隔成内循环风道和外循环风道，相互隔开的内循环 风道和外循环风道呈平行布置，内循环风道的进风口、出风口均设于空气换热器处于室内 的一侧，内循环风道的进风口与数据机房内部连通，内循环风道的出风口与架空地板的下 方连通;外循环风道的进风口、出风口均设于空气换热器处于室外的一侧且均与数据机房 外部连通。
[0009] 进一步地,所述下导流风扇和上导流风扇均为尚心风机，下导流风扇设于内循环 风道的出风口处，上导流风扇设于外循环风道的出风口处。
[0010] 进一步地，还包括新风温度传感器、回风温度传感器和控制系统，新风温度传感器 设于空气换热器的外循环风道进风口处，回风温度传感器设于数据机房内部，控制系统与 空气换热器、新风温度传感器、回风温度传感器及压缩机制冷系统电连接，控制系统根据新 风温度传感器感应的温度来控制空气换热器和压缩机制冷系统的开/关。
[0011] 相应地，本发明实施例还提供了一种数据机房自然冷却系统的控制方法，包括： 步骤1:检测室外新风的新风温度，当新风温度<预设温度时，执行步骤2,当新风温度 >预设温度时，执行步骤3; 步骤2:控制空气换热器对数据机房进行冷却； 步骤3:控制压缩机制冷系统制冷。
[0012] 进一步地，所述预设温度为14°C。
[0013] 本发明的有益效果为:结构设计简单、节省被控环境内部空间且热交换效率高；同 时充分利用自然冷却措施，功耗低，满足节能环保理念。
[0014] 本发明实施例通过提出一种数据机房自然冷却系统及其控制方法，所述系统包括 数据机房、压缩机制冷系统、空气换热器，通过采用空气换热器进行平行逆流换热制冷，解 决了能耗大的问题，进而达到节能效果好、安装维护方便、使机房设备免受新风污染的技术 效果。
附图说明
[0015] 图1是本发明实施例的数据机房自然冷却系统的结构示意图。
[0016] 图2是本发明实施例的空气换热器的结构示意图。
[0017]图3是本发明实施例的数据机房自然冷却系统的控制方法的流程示意图。
[0018] 附图标号说明 数据机房10 冷通道11 架空地板12 送风口 13 压缩机制冷系统20 室内机21 室外机22 空气换热器30 热交换芯体31 下导流风扇32 上导流风扇33 服务器机柜40。
具体实施方式
[0019]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 互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0020]本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某 一特定姿态(如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发 生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0021]另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为 指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0022]请参照图1〜图2，本发明实施例的数据机房1〇自然冷却系统主要包括数据机房 10、压缩机制冷系统20及空气换热器30。
[0023]数据机房10的内部设置有冷通道11且数据机房1〇的底部设有架空地板12,冷通道 11设于架空地板12上，架空地板12上开设有送风口 13 (优选地，送风口 13设于服务器机柜40 与服务器机柜40之间的位置），冷通道11通过送风口 13与架空地板12的下方连通。冷通道11 的内部对应设置有服务器机柜40，服务器机柜40的出风口（即网孔状导风后门）与冷通道11 的外部连通，服务器机柜40不间断运行时所产生的热气流通过网孔状导风后门排出至冷通 道11外部(即数据机房10内）。
[0024]空气换热器30设于数据机房1〇的墙体内。空气换热器3〇包括热交换芯体31、下导 流风扇32和上导流风扇33,所述下导流风扇32和上导流风扇33通过中间设置的热交换芯体 31连接，所述工导流风扇32位于架空地板12的下方。本发明实施例在低温季节(新风温度< 预设温度时)采用空气换热器3〇制冷，服务器机柜40排到数据机房10内热气流供应给空气 换热器30,热气流与数据机房10外的空气流在空气换热器30中进行平行逆流换热，热气流 换热冷却后再循环送入架空地板12下方，再吹送到冷通道11内，为服务器机柜40降温，达到 制冷效果。本发明充分利用自然冷却措施，功耗低，满足节能环保理念。
[0025]压缩机制冷系统20包括设于数据机房10内的室内机21和设于数据机房10外的室 外机22,所述室^机21和室外机22通过制冷管道连接。本发明实施例在高温季节(新风温度 >预设温度)则采用压缩机制冷系统20制冷。本发明结构设计简单、节省内部空间且热交换 效率高;此外，本发明实施例的空气换热器30及压缩机制冷系统20均采用内循环制冷方式， 采用室内新风作为间接冷源，保证了新风洁净度，节省了过滤器，降低了成本。
[0026]作为一种实施方式，室内机21的出风口与架空地板12的下方连通。压缩机制冷系 统2〇的室内机所送出的冷空气流通过架空地板12的下方输送至冷通道11内，降低冷通道 11内的温度，为服务器机柜40降温。
[0027]作为一种实施方式，空气换热器30分隔成内循环风道和外循环风道，相互隔开的 内循环风道和外循环风道呈平行布置，内循环风道的进风口、出风口均设于空气换热器30 处于室内的一侧，内循环风道的进风口与数据机房10内部连通，内循环风道的出风口与架 空地板12的下方连通;外循环风道的进风口、出风口均设于空气换热器30处于室外的一侧 且均与数据机房10外部连通。如图1及图2所示（图中箭头方向表示气流运动方向），数据机 房10内的热空气流通过内循环风道的进风口流入空气换热器30,经过热交换芯体31交换热 量后降低温度，再汇集气流由大风量下导流风扇32通过内循环风道的出风口送回架空地板 12的下方，向冷通道11内提供温度较低的空气流;外循环风道连通数据机房1〇外部，温度较 低的自然空气流通过外循环风道的进风口流入空气换热器30,经过热交换芯体31交换热量 后升高温度，再汇集气流由大风量上导流风扇33排向通过外循环风道的出风口排至自然环 境。
[0028]作为一种实施方式，下导流风扇32和上导流风扇33均为离心风机，下导流风扇32 设于内循环风道的出风口处，上导流风扇33设于外循环风道的出风口处。本发明实施例的 内循环风道的气流流向自上而下，外循环风道的气流流向自下而上，可使热空气流充分吸 入热交换芯体31，并且经过热交换芯体31换热冷却，而温度较低的自然空气流充分吸入热 交换芯体31，并且经过热交换芯体31换热，有效利用热空气上升，冷空气下沉的自然对流原 理，防止冷热空气流交叉污染。
[0029]作为一种实施方式，数据机房10自然冷却系统还包括新风温度传感器、回风温度 传感器和控制系统，新风温度传感器设于空气换热器30的外循环风道进风口处，回风温度 传感器设于数据机房10内部，控制系统(控制系统采用常规的空调控制系统即可，例如可采 用PID控制器)与空气换热器30、新风温度传感器、回风温度传感器及压缩机制冷系统2〇电 连接，控制系统根据新风温度传感器感应的温度来控制空气换热器30(即控制下导流风扇 32和上导流风扇33的开/关)和压缩机制冷系统20的开/关。
[0030]请参照图3，本发明实施例的数据机房10自然冷却系统的控制方法，包括步骤1〜步 骤3。
[0031]步骤1:检测室外新风的新风温度（即户外温度），判断新风温度是否大于预设温 度;当新风温度<预设温度时，执行步骤2,当新风温度>预设温度时，执行步骤3。
[0032]步骤2:控制空气换热器30对数据机房10进行冷却。本发明实施例在低温季节自动 采用空气换热器30制冷，节能电能。
[0033]步骤3:控制压缩机制冷系统2〇制冷。本发明实施例在高温季节自动采用压缩机制 冷系统20制冷。
[0034]作为一种实施方式，预设温度为14°C。本发明实施例通过将预设温度设为14°C，可 以使服务器机柜40始终处于23± 1-C的温度之下，保障服务器机柜40内的各种设备的正常 运转。
[0035]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1. 一种数据机房自然冷却系统，包括数据机房和压缩机制冷系统，其特征在于，还包括 设于数据机房的墙体内的空气换热器，所述数据机房的内部设置有冷通道且数据机房的底 部设有架空地板，冷通道设于架空地板上，架空地板上开设有送风口，冷通道通过送风口与 架空地板的下方连通;所述冷通道的内部对应设置有服务器机柜，所述服务器机柜的出风 口与冷通道的外部连通;所述空气换热器包括热交换芯体、下导流风扇和上导流风扇，所述 下导流风扇和上导流风扇通过中间设置的热交换芯体连接，所述下导流风扇位于架空地板 的下方;所述压缩机制冷系统包括设于数据机房内的室内机和设于数据机房外的室外机， 所述室内机和室外机通过制冷管道连接。
2. 如权利要求1所述的数据机房自然冷却系统，其特征在于，所述室内机的出风口与架 空地板的下方连通。
3. 如权利要求1所述的数据机房自然冷却系统，其特征在于，所述空气换热器分隔成内 循环风道和外循环风道，相互隔开的内循环风道和外循环风道呈平行布置，内循环风道的 进风口、出风口均设于空气换热器处于室内的一侧，内循环风道的进风口与数据机房内部 连通，内循环风道的出风口与架空地板的下方连通;外循环风道的进风口、出风口均设于空 气换热器处于室外的一侧且均与数据机房外部连通。
4. 如权利要求3所述的数据机房自然冷却系统，其特征在于，所述下导流风扇和上导流 风扇均为离心风机，下导流风扇设于内循环风道的出风口处，上导流风扇设于外循环风道 的出风口处。
5.如权利要求3所述的数据机房自然冷却系统，其特征在于，还包括新风温度传感器、 回风温度传感器和控制系统，新风温度传感器设于空气换热器的外循环风道进风口处，回 风温度传感器设于数据机房内部，控制系统与空气换热器、新风温度传感器、回风温度传感 器及压缩机制冷系统电连接，控制系统根据新风温度传感器感应的温度来控制空气换热器 和压缩机制冷系统的开/关。
6.—种如权利要求1-5中任一项所述的数据机房自然冷却系统的控制方法，其特征在 于，包括： 步骤1:检测室外新风的新风温度，当新风温度<预设温度时，执行步骤2,当新风温度 >预设温度时，执行步骤3; 步骤2:控制空气换热器对数据机房进行冷却； 步骤3:控制压缩机制冷系统制冷。
7.如权利要求6所述的数据机房自然冷却系统的控制方法，其特征在于，所述预设温度 为 14。。。
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