CN108758786A - 一种分布式云计算系统的余热供能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式云计算系统的余热供能设备，涉及余热回收技术领域；本发明中的分布式云计算系统包括：至少一个控制节点和与所述控制节点交互的计算节点，将所有的计算节点划分为多组，每一组包括一个以上的计算节点，每一组计算节点位于第一区域内有供暖需求的家庭中；每一家庭对应一余热供能设备，每一余热供能设备包括：与每一组计算节点对应的用于吸收该组计算节点的热量的余热回收装置、该组计算节点所属的家庭内的供暖装置，余热回收装置与供暖装置形成热循环系统，以给所述家庭进行供暖；本发明灵活的将服务器独立的安装在有供暖需求的家庭中，回收并再次利用了服务器余热，提高了能源的利用率。

Description

一种分布式云计算系统的余热供能设备

技术领域

本发明涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种分布式云计算系统的余热供能设备。

背景技术

随着大数据和人工智能的发展，数据中心作为数据存储、计算的基础平台，近年来得到迅猛的发展，其建设规模和数量不断扩大，由于数据中心服务器的不间断运行会产生大量的热量，需要向数据中心机房内全年不间断供冷，空调系统因此全年不间断运行。空调系统在数据中心总电能消耗中的比重很大，通常达20％-30％，甚至更高。可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。

超大规模的数据中心的能耗主要来源于IT设备、空调系统、照明系统等。其中空调系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的40％左右。空调系统成为数据中心最大的能耗的来源之一，被认为是当前数据中心降低能耗的关键环节。

通常采用庞大的空调系统进行对服务器末端进行冷却，产生的热量直接排出大气中，既浪费宝贵的热能资源，又对环境造成污染。

目前我国北方许多地方还是采用烧煤、电的方式供暖，一到冬天，一个个烟囱不停地往外排放烟气，这个被认为是雾霾的主要来源。但数据中心是24小时工作的，24小时都在源源不断地产生热量。我们认为与其试着降低温度，不如加以利用这些热能。如果有家庭供热需求的用户，我们将在用户家中设置服务器，通过服务器产生的热能来为用户的房子免费加热，用户的家庭每年可以节省将近3000元的取暖和生活热水成本，企业则能省下近50％的能耗，实现用户和企业的双赢，与此同时有效保护了环境。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种分布式云计算系统的余热供能设备。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种分布式云计算系统的余热供能设备；

其中，所述分布式云计算系统包括：至少一个控制节点和与所述控制节点交互的计算节点，其特征在于，将所有的计算节点划分为多组，每一组包括一个以上的计算节点，每一组计算节点位于第一区域内有供暖需求的家庭中；每一家庭对应一余热供能设备；

每一余热供能设备包括：与每一组计算节点对应的用于吸收该组计算节点的热量的余热回收装置、该组计算节点所属的家庭内的供暖装置，所述余热回收装置与供暖装置形成热循环系统，以给所述家庭进行供暖。

可选地，所述余热回收装置包括：

用于吸收所述家庭内的计算节点产生的热量的热吸收段结构；

用于将所述热吸收段结构中的热量传递至供暖装置的热回收段结构；

供暖装置包括：末端供热段结构和控制器；

所述末端供热段结构用于吸收热回收段结构的热量；

其中，所述热吸收段结构和所述热回收段结构通过所述热回收段结构的第一热交换单元连接，实现热交换；

所述热回收段结构和所述末端供热段结构通过所述末端供热段结构的第二热交换单元连接，实现热交换；

所述控制器用于控制所述热吸收段结构、热回收段结构和末端供热段结构之间的热量交换。

可选地，所述供暖装置还包括：

辅助供热段结构，用于辅助所述末端供热段结构以向所述供暖装置供热量。

可选地，所述热吸收段结构包括：

蒸发冷却单元、第一循环通道、风机和电磁阀；

所述蒸发冷却单元位于所述计算节点周围；

所述风机与控制器连接，所述风机位于所述第一循环通道内，用于将蒸发冷却单元热交换产生的热空气在所述第一循环通道中循环；

所述电磁阀与控制器连接，所述电磁阀设置在所述第一循环通道内，并控制所述第一循环通道内的经过热交换后的空气是否排出所述第一循环通道。

可选地，所述热回收段结构包括：

第一热交换单元、压缩机、第二循环通道和节流阀；

所述第一热交换单元是热吸收段结构与热回收段结构热交换的单元；

所述压缩机与所述控制器连接，所述压缩机驱动冷媒在第二循环通道内循环；

所述第二循环通道承载冷媒，所述第一循环通道的部分区域位于所述第一热交换单元中，所述第二循环通道的一部分区域位于所述第一热交换单元中，使得第二循环通道的冷媒与所述第一循环通道的热空气进行热交换；

所述节流阀与所述控制器连接，所述节流阀设置在所述第二循环通道内，用于控制所述第二循环通道内的冷媒的流量；

所述压缩机与所述控制器连接。

可选地，所述末端供热段结构包括：

第二热交换单元、第三循环通道、第一电动阀和第一水泵；

所述第二热交换单元是热回收段结构与热末端供热段结构交换的单元；

所述第三循环通道为所述末端供热段结构的水循环通道；

所述第二循环通道的另一部分区域位于所述第二热交换单元中，所述第三循环通道的一部分区域位于所述第二热交换单元中，所述第二循环通道中吸收热量的冷媒与所述第二热交换单元中第三循环通道的水进行热交换；

所述第一电动阀与所述控制器连接，所述第一电动阀控制所述第三循环通道内的热水是否被输送至供暖装置；

所述第一水泵与所述控制器连接。

可选地，

所述辅助供热段结构包括：用于产生热水的供热模块，用于驱动所述供热模块的水进入所述第三循环通道的第二水泵、用于控制所述供热模块与所述第三循环通道之间开启与关闭的第二电动阀；

所述第二水泵、第二电动阀均与所述控制器连接。

可选地，

所述第三循环通道上还设置有第一温度传感器，用于采集热交换后的水的温度；

所述第一温度传感器与所述控制器连接；

所述控制器根据所述第一温度传感器的温度值，确定是否启动所述辅助供热段结构的第二水泵以向所述第三循环通道提供具有较高热量的热水。

可选地，

所述第一循环通道上设置有与所述控制器连接的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于采集所述第一循环通道内热交换之后的空气温度值；

和/或，

所述第二循环通道上设置有与所述控制器连接的第三温度传感器，所述第二温度传感器用于采集所述第二循环通道内与热空气进行热交换之后的冷媒温度值。

可选地，每一组计算节点、与该组计算节点对应的余热回收装置和所述供暖装置位于家庭中指定区域。

(三)有益效果

本发明方法针对云计算系统服务器的功能和运行特点而建，能够保证服务器的供冷目标，系统运行灵活；能够直接为有取暖供热需求的家庭用户提供支持。

此外本发明方法配置的辅助供热段针对热需求增加而造成采暖供热不足，可以设置辅助供热系统，实现分布式云计算系统的余热供能设备的正常运行，本发明设备可靠性高，余热回收效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例提供的分布式云计算系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种分布式云计算系统的余热供能设备工作示意图；

图3为本发明实施例提供的一种分布式云计算系统的余热供能设备结构示意图。

【附图标记说明】

1：房间；2：第一循环通道；3：计算节点；4：蒸发冷却单元；5：风机；6：电磁阀；7：第二温度传感器；8：压缩机；9：节流阀；10：第二水泵；11：第二电动阀；12：控制器；13：蓄水罐；14：辅助供热装置；15：暖气片；16：水龙头；17：生活供水管道；18：办公房间；19：卫生用热房间；20：送风区；21：回风区；22：第一温度传感器；23：第一水泵；24：第一电动阀；25：第二循环通道；26：第一热交换单元；27：第二热交换单元；28：第三温度传感器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合说明书附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例(一)

如图1所示，一种分布式云计算系统，云计算系统包括控制服务器和受控制服务器控制的子服务，将子服务划分成组，每个组作为一个计算节点；

在具体实施过程中，可将云计算系统的服务器分成N组，将作为计算节点的每组服务器分别设置在N个用户家庭中，特别说明分组的数目仅用于举例说明，本发明不对其进行限定。

控制节点和计算节点对应的服务器相交互，本实施例控制节点和计算节点通过网络相连。位于取暖用户家庭中的服务器作为计算节点可对位于数据中心的控制节点进行响应，控制节点可通过相应的控制策略，将任务分配到位于各个取暖用户家庭中的计算节点。各个计算节点响应控制节点的请求进行逻辑计算，在实施任务的过程中，位于取暖用户家庭中的服务器将不断地产生热量。

在上述的基础上，本发明设计了位于各个取暖用户家庭中的一种分布式云计算系统的余热供能设备，如图2所示，每一组计算节点对应一个用于吸收该组计算节点的热量的余热回收装置，余热回收装置与供暖装置形成热循环系统，以给家庭用户供暖装置提供热量，其中供暖装置为该组计算节点所属的家庭内的设备。

具体实施过程中，余热回收装置包括：热吸收段结构、热回收段结构；

供暖装置包括：末端供热段结构、辅助供热段结构和控制器；

具体地，热吸收段结构用于吸收位于家庭内的计算节点产生的热量并将吸收的热量传递给热回收段结构；

热回收段结构用于将热吸收段结构的热量传递至末端供热段结构；

其中，热吸收段结构和热回收段结构通过热回收段结构的第一热交换单元连接，实现热交换；

热回收段结构和末端供热段结构通过末端供热段结构的第二热交换单元连接，实现热交换。

举例来说，本发明设备中的热吸收段结构包括：蒸发冷却单元，风机、第一循环通道和电磁阀；

蒸发冷却单元位于计算节点周围，例如可以和计算节点的外壳接触等，本实施例不对其限定。本实施例中的蒸发冷却单元和计算节点都位于第一循环通道内；

风机位于第一循环通道内的第一蒸发冷却单元附近，风机可带动空气在第一循通道内流动；当蒸发冷却单元和计算节点产生热交换，风机设置在循环通道内，风机驱动空气在第一循环通道内流动；

在具体实施过程中，可在循环通道内设置多个风机，即多个风机间隔设置在第一循环通道内能够加速空气的流动速度。

热吸收段结构的电磁阀与控制器连接，电磁阀设置在第一循环通道上，在具体实施过程中，电磁阀用于控制第一循环通道内的经过热交换后的空气排除第一循环通道，以方便设备检修或在不需要为供暖装置提供热水时将计算节点的热量散出以保证计算节点正常运行

举例来说，本发明设备中热回收段结构包括：

第一热交换单元、承载冷媒的第二循环通道，用于驱动冷媒在第二循环通道内循环的压缩机和节流阀；

具体实施过程中，第一热交换单元是热吸收段结构与热回收段结构热交换的单元，第一循环通道的部分区域位于第一热交换单元中，第二循环通道的一部分区域位于第一热交换单元中，使得第二循环通道的冷媒与第一循环通道的热空气进行热交换；

举例来说，节流阀设置在第二循环通道内节流阀用于控制第二循环通道内的冷媒的流量，节流阀和压缩机分别与控制器连接。

本实施例中供暖装置在包括末端供热段结构和控制器的基础上，供暖装置的末端设置有供暖设备，具体的用热设备包括：暖气片、热水水龙头等。

进一步地，为保证家庭内的供暖需求，本实施例中的供暖装置包括：末端供热段结构和控制器。

在具体实施过程中使用控制器控制热吸收段结构、热回收段结构和末端供热段结构之间的热量交换。

举例来说，本发明设备的末端供热段结构包括：第二热交换单元、第三循环通道，与控制器连接的第一电动阀和用于驱动水在第三循环通道内循环的第一水泵；

第二热交换单元是热回收段结构与热末端供热段结构交换的单元；

第三循环通道为末端供热段结构的水循环通道，第三循环通道与供暖装置连通；举例来说，第三循环通道可以是蓄水装置如蓄水罐，第三循环通道与供暖装置连通，举例来说蓄水罐外接暖气管或生活用水管道。

第二循环通道的另一部分区域位于第二热交换单元中，第三循环通道的一部分区域位于第二热交换单元中，第二循环通道中吸收热量的冷媒与第二热交换单元中第三循环通道的水进行热交换；

在具体实施过程中，第三循环通道上还设置有第一温度传感器，用于采集热交换后的水的温度；

第一循环通道上还设置有第二温度传感器，用于蒸发冷却单元与空气热交换后的空气的温度；

第二循环通道上还设置有第三温度传感器，第三温度传感器用于采集第二循环通道内与热空气进行热交换之后的冷媒温度值；具体的，控制器可根据第三温度传感器调节节流阀控制热交换的速度。

第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均与控制器连接；

进一步地，在具体实施过程中，控制器根据第一温度传感器的温度值确定第三循环通道内水的温度；

控制器根据第二温度传感器的温度值，确定是否启动风机和节流阀以将蒸发冷却单元的热量传递至第三循通道；

第一电动阀与控制器连接，用于控制第三循环通道内的热水是否被输送至供暖装置；

具体实施过程如下，根据第一温度传感器的值，当用户家庭中的供暖装置需求时且第三循环通道内的水温达到预设温度时，第三循环通道则将循环通道内的满足预设温度的水通过第一水泵输送至供暖装置，其中第一水泵与控制器连接，本实施例中预设温度是根据用户端对供暖装置温度的需求设定的。

实施例(二)

在具体设施过程中，根据家庭用户对供暖装置的需量不同，在实施例(一)的基础上本发明设备还设置了辅助供热段结构，其中所述辅助供热段结构包括：用于产生热水的供热模块，用于驱动所述供热模块的水进入所述第三循环通道的第二水泵、用于控制所述供热模块与所述第三循环通道之间开启或关闭的第二电动阀，即辅助供热段结构用于满足用户的水量需求，辅助供热段结构向第三循环通道补充热水以满足用户的需求；

在具体实施过程中使用控制器控制热吸收段结构、热回收段结构、末端供热段结构和辅助供热段结构之间的热量交换

举例来说，辅助供热段结构的供热模块能够加入并提供常温常压下的沸水，通过辅助供热段结构向第三循环机构输送沸水以使第三循环通道在内水的温度在短时间内满足预设温度达到用户端供暖需求；

相应地，当用户家庭中的供暖装置需求时且第三循环通道内的水温达到预设温度时，第三循环通道则将循环通道内的满足预设温度的水通过第一水泵输送至供暖装置，其中第一水泵与所述控制器连接，第一电动阀用于控制第三循环通道输送水的流量。

实施例(三)

本实施例以任云计算系统的计算节点所在的用户家庭为例，如图3所示，本实施例的具体结构如下：

计算节点3设置在取暖用户家庭的房间1中，蒸发冷却单元4位于计算节点的上方，风机5设置在计算节点的上方，本实施例中将第一循环通道2分成两部分，计算节点的上方靠近风机的方向记作回风区21，计算节点的下方方远离风机的方向记作送风区20，第一温度传感器7设置回风区内，电磁阀6设置在回风区一侧；

具体实施过程中在送风区和回风区内设置了多个风机，设置多个风机可以加快回风区和送风区内空气的流动速度。

压缩机8和节流阀9设置在第二循环通道25内且第二循环通道25内填充有冷媒，第三温度传感器28设置在第二循环通道25中；

第二水泵10和第二电动阀11设置在蓄水罐13的一端与辅助供热装置14连接，辅助供热装置14相当于加热模块，蓄水罐13与办公房间18内的暖气片15连接，蓄水罐13和卫生用热房间19内的生活供水管道17连接的水龙头16，暖气片15与蓄水罐13连接的管道上设置有第一水泵23和第一电动阀24，蓄水罐13上设置有第一温度传感器22。

具体地，回风区21的一部分和第二循环通道25的一部分位于第一热交换单元26中，第二循环通道25的另一部分和蓄水罐13的一部分位于第二热交换单元27中；

控制器12控制风机5、电磁阀6、第二温度传感器7、压缩机8、节流阀9、第二水泵11、第一水泵23、第三温度传感器28和第一温度传感器22，举例来说，在具体实施过程中可以用一定的技术手段将控制器12分布式化，即将采用多个子控制器分别控制各个设备并由一个总控制器控制子控制器。

本实施例的具工作过程如下：

计算节点3工作并产生热量时，当于控制器12连接的第二温度传感器7达到预设值时，控制器12启动风机5，蒸发冷却单元4从计算节点3中吸取热量，通过风机5将热空气从第一循环通道2的回风区21送至第一热交换单元26，第一循环通道26内的热空气经过第一热交换单元26后通道内的空气在风机5的驱动下经过送风区20进入计算节点3的下方为计算节点3降温；

进一步地，热空气在第一交换单元26处于第二循环通道25中的冷媒进行热交换，控制器12启动压缩机8通过控制节流阀9驱动冷媒在第二循环通道25中循环流动，第二循环通道25内的冷媒在压缩机8的驱动下到达第二热交换单元27的位置，第二循环通道25内吸收热量的冷媒与蓄水罐13内的水进行热交换将热量传递给水；

进一步地，当与控制器连接的第一温度传感器22达到预设值且家庭用户端办公房间18或卫生热水房间19有使用热水需求时，相应地控制器12调节第一电动阀24控制水的流量并通过第一水泵23向用户端输送热水；

进一步地，当家庭用户端办公房间18或卫生热水房间19有使用热水需求但与控制器12连接的第二温度传感器不能满足预设温度值时，控制器启动辅助供热装置14，控制器启动控制器12调节第二电动阀11控制水的流量并通过第二水泵10向第三循环通道补充热水以使第一温度传感器22满足预设值并向用户端输送热水；

举例来说，在具体实施过程中，当用户端没有供暖需求时或设备需要检修时，控制器控制电磁阀将第一循环通道2内计算节点的热量排出本发明设备外。

特别说明辅助供热系统可以是自己提供的供热装置，也可以是市政提供的热水，本发明不对其限定仅举例说明。

综上所述，本发明方法针对云计算系统服务器的功能和运行特点而建，能够保证服务器的供冷目标，系统运行灵活；能够直接为有取暖供热需求的家庭用户提供支持；此外本发明方法配置的辅助供热段针对热需求增加而造成采暖供热不足，可以设置辅助供热系统，实现采暖供热系统的正常运行，本发明方法可靠性高，效果显著。

本发明实现了回收再利用服务器的余热，本发明方法降低了市政的集中供暖需求并减少了获取公共热水所进行的燃料的燃烧，减少全年取暖用热成本的支出，同时企业因为将服务器分布在有需求的取暖用户家庭中减少了空调的能耗支出，实现了用户和企业的双赢，本发明灵活的将服务器独立的安装在有供暖需求的家庭中，回收并再次利用了服务器余热，提高了能源的利用率，同时有效保护了环境。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分布式云计算系统的余热供能设备，所述分布式云计算系统包括：至少一个控制节点和与所述控制节点交互的计算节点，其特征在于，将所有的计算节点划分为多组，每一组包括一个以上的计算节点，每一组计算节点位于第一区域内有供暖需求的家庭中；每一家庭对应一余热供能设备；

每一余热供能设备包括：与每一组计算节点对应的用于吸收该组计算节点的热量的余热回收装置、该组计算节点所属的家庭内的供暖装置，所述余热回收装置与供暖装置形成热循环系统，以给所述家庭进行供暖。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述余热回收装置包括：

用于吸收所述家庭内的计算节点产生的热量的热吸收段结构；

用于将所述热吸收段结构中的热量传递至供暖装置的热回收段结构；

供暖装置包括：末端供热段结构和控制器；

所述末端供热段结构用于吸收热回收段结构的热量；

其中，所述热吸收段结构和所述热回收段结构通过所述热回收段结构的第一热交换单元连接，实现热交换；

所述热回收段结构和所述末端供热段结构通过所述末端供热段结构的第二热交换单元连接，实现热交换；

所述控制器用于控制所述热吸收段结构、热回收段结构和末端供热段结构之间的热量交换。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述供暖装置还包括：

辅助供热段结构，用于辅助所述末端供热段结构以向所述供暖装置供热量。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述热吸收段结构包括：

蒸发冷却单元、第一循环通道、风机和电磁阀；

所述蒸发冷却单元位于所述计算节点周围；

所述风机与控制器连接，所述风机位于所述第一循环通道内，用于将蒸发冷却单元热交换产生的热空气在所述第一循环通道中循环；

所述电磁阀与控制器连接，所述电磁阀设置在所述第一循环通道内，并控制所述第一循环通道内的经过热交换后的空气是否排出所述第一循环通道。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述热回收段结构包括：

第一热交换单元、压缩机、第二循环通道和节流阀；

所述第一热交换单元是热吸收段结构与热回收段结构热交换的单元；

所述压缩机与所述控制器连接，所述压缩机驱动冷媒在第二循环通道内循环；

所述第二循环通道承载冷媒，所述第一循环通道的部分区域位于所述第一热交换单元中，所述第二循环通道的一部分区域位于所述第一热交换单元中，使得第二循环通道的冷媒与所述第一循环通道的热空气进行热交换；

所述节流阀与所述控制器连接，所述节流阀设置在所述第二循环通道内，用于控制所述第二循环通道内的冷媒的流量；

所述压缩机与所述控制器连接。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述末端供热段结构包括：

第二热交换单元、第三循环通道、第一电动阀和第一水泵；

所述第二热交换单元是热回收段结构与热末端供热段结构交换的单元；

所述第三循环通道为所述末端供热段结构的水循环通道；

所述第二循环通道的另一部分区域位于所述第二热交换单元中，所述第三循环通道的一部分区域位于所述第二热交换单元中，所述第二循环通道中吸收热量的冷媒与所述第二热交换单元中第三循环通道的水进行热交换；

所述第一电动阀与所述控制器连接，所述第一电动阀控制所述第三循环通道内的热水是否被输送至供暖装置；

所述第一水泵与所述控制器连接。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述辅助供热段结构包括：用于产生热水的供热模块，用于驱动所述供热模块的水进入所述第三循环通道的第二水泵、用于控制所述供热模块与所述第三循环通道之间开启与关闭的第二电动阀；

所述第二水泵、第二电动阀均与所述控制器连接。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述第三循环通道上还设置有第一温度传感器，用于采集热交换后的水的温度；

所述第一温度传感器与所述控制器连接；

所述控制器根据所述第一温度传感器的温度值，确定是否启动所述辅助供热段结构的第二水泵以向所述第三循环通道提供具有较高热量的热水。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，

所述第一循环通道上设置有与所述控制器连接的第二温度传感器，所述第二温度传感器用于采集所述第一循环通道内热交换之后的空气温度值；

和/或，

所述第二循环通道上设置有与所述控制器连接的第三温度传感器，所述第二温度传感器用于采集所述第二循环通道内与热空气进行热交换之后的冷媒温度值。

10.根据权利要求1至9任一所述的设备，其特征在于，

每一组计算节点、与该组计算节点对应的余热回收装置和所述供暖装置位于家庭中指定区域。