CN110081539B - 一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，属于空调系统技术领域；提供了具有良好降温效果和节能性的用于数据机房的空调系统；本空调系统包括对流空气系统和辐射制冷系统，对流空气系统包括空调机组，空调机组的出风口利用管道与地板下送风口相连通，通过地板下送风口向机房送冷风；辐射制冷系统包括通过管道形成回路的冷冻供水管、冷辐射板、冷冻回水管和冷冻水泵，冷冻供水管引入冷量源的冷水，穿过空调机组中的蒸发器，进入机房内垂直设置的冷辐射板，然后进入地板下方的冷冻回水管，冷冻回水管分为两路，每一路上设有一个冷冻水泵，每一个冷冻水泵的出口都与冷冻供水管相连通。

Description

一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统
技术领域
本发明一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，属于空调系统技术领域。
背景技术
当今，我国的能源形势日益严峻，在各个行业采取节能性措施已经成为我国国家建设的重要国策。随着信息化技术的发展，数据中心作为数据处理和数据存储的场所，建设规模增长迅速。但是，由于数据中心内包含大量高能耗的IT电子设备及相应的供电系统和空调系统，其能耗远远大于普通建筑物的能耗，降低空调机组能耗是降低数据机房能耗的重要环节之一。
现在常用的空调机组是由各种空气处理功能段组成的一整套空气处理设备，一般的空调机组由空气混合、匀流、过滤、冷却、加湿、送风、喷水、消声等功能段组成。用于传统的数据机房的空调系统，一般以空调机组提供冷风，采用地板下送风方式将冷风送入房间，但由于数据机房产热量较大，热负荷分布范围广，导致在传统数据机房空调系统实际运行过程当中，数据机房内的温度场分布不均匀，竖向温度梯度过大，房间部分区域有热负荷集聚的现象产生，即热点的产生，这对机房内IT设备运行安全有不利的影响。
发明内容
本发明一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，克服了现有技术存在的不足，提供了具有良好降温效果和节能性的用于数据机房的空调系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，包括对流空气系统和辐射制冷系统，对流空气系统包括空调机组，空调机组的出风口利用管道与地板下送风口相连通，通过地板下送风口向机房送冷风；辐射制冷系统包括通过管道形成回路的冷冻供水管、冷辐射板、冷冻回水管和冷冻水泵，冷冻供水管引入冷量源的冷水，穿过空调机组中的蒸发器，进入机房内垂直设置的冷辐射板，然后进入地板下方的冷冻回水管，冷冻回水管分为两路，每一路上设有一个冷冻水泵，每一个冷冻水泵的出口都与冷冻供水管相连通。
进一步，所述冷辐射板的数量为多个，分别垂直设置于机柜之间的热通道内，与所述地板下送风口间隔分布。
进一步，所述冷辐射板包括辐射面板，辐射面板内设有辐射盘管。
进一步，所述冷辐射板的上方设有蝶阀，下方设有截止阀。
进一步，在所述冷冻回水管的一路上，所述冷冻水泵的入口端沿冷冻回水方向依次设有蝶阀、过滤器和压力表，所述冷冻水泵的入口端通过挠性接头与压力表相连通；所述冷冻水泵的出口端沿冷冻回水方向依次设有逆止阀、压力表和蝶阀，所述冷冻水泵的出口端通过挠性接头与逆止阀相连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明的送风方式为地板下送风，在工作期间保持定风量工况，通过控制冷冻水流量及其温度来控制送风温度，从而提高空调系统在工作周期内的平均能效，从而降低运行能耗。
2.本发明降温效果良好，能够降低机房内信息设备的跳闸几率，延长信息设备的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的工作示意图。
图2为空调系统中冷冻水供水温度与制冷量的关系图。
图3为空调系统中冷冻水供水温度与制热能效比的关系图。
图4为传统空调系统与本发明实施例在不同送风温度下的冷却指数和标准差的计算结果图。
图5为使用本发明实施例，在同样的送风温度下的冷却指数和标准差的计算结果图。
图中，1-蝶阀，2-压力表，3-逆止阀，4-挠性接头，5-冷冻水泵，6-过滤器，7-截止阀，8-机柜，9-地板下送风口，10-冷辐射板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，包括对流空气系统和辐射制冷系统，对流空气系统包括空调机组，空调机组的出风口利用管道与地板下送风口9相连通，通过地板下送风口9向机房送冷风；辐射制冷系统包括通过管道形成回路的冷冻供水管、冷辐射板10、冷冻回水管和冷冻水泵5，冷冻供水管引入冷量源的冷水，穿过空调机组中的蒸发器，进入机房内垂直设置的冷辐射板10，然后进入地板下方的冷冻回水管，冷冻回水管分为两路，每一路上设有一个冷冻水泵5，每一个冷冻水泵5的出口都与冷冻供水管相连通。本发明将冷辐射与传统的地板下送风相结合，以辐射和对流换热的形式高效地排除室内热负荷。
具体实施时，冷辐射板10的数量为多个，分别垂直设置于机柜8之间的热通道内，与所述地板下送风口9间隔分布。冷辐射板10包括辐射面板，辐射面板内设有辐射盘管。冷辐射板10的上方设有蝶阀1，下方设有截止阀7。
在冷冻回水管的一路上，冷冻水泵5的入口端沿冷冻回水方向依次设有蝶阀1、过滤器6和压力表2，冷冻水泵5的入口端通过挠性接头4与压力表2相连通；冷冻水泵5的出口端沿冷冻回水方向依次设有逆止阀3、压力表2和蝶阀1，冷冻水泵5的出口端通过挠性接头4与逆止阀3相连通。
本发明实施例的工作过程如下：辐射制冷系统中，冷冻水在冷量源中的蒸发器处降温获得冷量，先沿冷冻水供水管向空调机组供给冷量，而后再沿管进入冷辐射板10，经过辐射换热后，冷辐射板回水即为冷冻水回水，沿冷冻水回水管，流入冷冻水泵5，重新升压，进入空调中的蒸发器处的管道。对流空气系统中，进风经空调机组冷却后，进入机柜间冷通道的架空地板下方，稳压匀流，而后通过地板下送风口9送入数据机房；其中，冷辐射板10设置于机柜间热通道，与地板下送风口9间隔分布，共同工作排除数据机房内热负荷。地板为架空地板，具有稳压、匀流的作用。
冷辐射板10在工作过程中通过冷冻水流量及温度调节适应数据机房热负荷的实时变化；其中，冷冻水先经过对流空气系统空调机组，再作为冷辐射板10的进水，可实现冷冻水的多级利用；再者，辐射制冷系统为适应热负荷变化进行运行工况调节时，可保证排除机房热负荷的条件下，避免室内结露。
本产品的发明特点主要在于：
一、过去用于数据机房的空调系统在解决数据机房中热负荷集聚点存在这一问题时，往往采用加大送风量或者降低空调机组进风温度等措施，避免局部热点温度过高，但这些措施会带来系统能效降低的问题；本系统采用地板送冷风和冷辐射板耦合换热的方式，其中冷辐射板主要以辐射换热为主，在辐射换热当中，换热体之间的温差越大，换热强度越强，换热量越大，因此能保持机柜工作区域温度不超过允许范围。在江楚遥等的《空调系统变冷冻水温性能实验与预测模拟》中，化工学报，2014，VOL.65：265-270在图2、图3分别显示了空调系统中冷冻水供水温度与制冷量、COP（制热能效比）的坐标关系图，从图2、图3可知，随着冷冻水供水温度的上升，空调机组制冷量会有所下降，COP会有所提高。本发明中的耦合式换热可有效吸收房间内容易产生热负荷集聚现象区域的热负荷，对比于单纯的地板下送风空调系统，在承担相同量的室内热负荷情况下，本发明的空调机组送风温度可相应提高，从而对冷冻水的供水温度值要求也可相应提高，既具有节能性，也能提高整个系统运行能效。
二、RCI指标是用来评价机架冷却状况的指标，称为冷却指数，它分为RCILOW和RCIHI，其中，RCILOW反映了机架实际进口温度低于规范推荐进口温度的程度，RCIHI反映了机架实际进口温度高于规范推荐进口温度的程度；RCI越接近于1，机架的整体进风温度越接近美国采暖制冷空调工程师技术委员会ASHRAE TC 9.9 的推荐进口温度区间，同时ASHRAETC 9.9给出了最大允许温度、最大推荐温度、最小推荐温度、最小允许温度的取值，分别为32ºC、27 ºC、18 ºC和15 ºC。最大（小）推荐温度则为机架提供了最佳的进口温度区间。机架进口温度值的标准差反应了不同机架进口温度的均匀性，其值越小表明进风温度越均匀；如图4所示，本发明与传统空调系统相比，在保持冷辐射板中的冷冻水温度维持在25℃水平的前提条件下，送风温度提高的同时，RCIHI逐步减小，且进风温度提高程度不高时，如20℃与21℃时，机架进口温度的标准差也较小，此时本发明的制冷性能优于传统系统；如图5所示，在保持本发明的进风温度不变的前提条件下，随着冷辐射板中的冷冻水温度的提高，送风温度也随之提高，并且RCIHI和标准差的计算结果相差较小，而RCIHI的值与传统系统的值相比较大，这就表明，本发明在使用时，房间内的热点温度也明显低于传统数据机房空调系统中的热点温度；具有较好的降温效果。
三、由于有地板下送风的存在，比单纯的辐射供冷具有更高的排热效率；冷辐射板供冷的存在也使得室内温度场相比单独使用地板送风供冷系统时，会更加均匀，竖向温度梯度较小，工作区域平均温度不超过允许范围，能降低IT设备的跳闸机率，保证IT设备工作的可靠性，并且能延长机房IT设备的使用寿命。
四、本发明实现了冷冻水的多级利用，冷冻水既用于冷却空调机组进风，还作为冷辐射板的进水，充分利用冷冻水所蕴含的制冷能力；在承担相同室内负荷的前提下，对冷冻水的供水温度值要求可有所上升，提高冷源系统的工作能效，从这一点来说，也可体现出本发明良好的节能性。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (4)

1.一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，其特征在于：包括对流空气系统和辐射制冷系统，对流空气系统包括空调机组，空调机组的出风口利用管道与地板下送风口（9）相连通，通过地板下送风口（9）向机房送冷风；辐射制冷系统包括通过管道形成回路的冷冻供水管、冷辐射板（10）、冷冻回水管和冷冻水泵（5），冷冻供水管引入冷量源的冷水，穿过空调机组中的蒸发器，进入机房内垂直设置的冷辐射板（10），然后进入地板下方的冷冻回水管，冷冻回水管分为两路，每一路上设有一个冷冻水泵（5），每一个冷冻水泵（5）的出口都与冷冻供水管相连通；冷辐射板（10）的数量为多个，分别垂直设置于机柜（8）之间的热通道内，与所述地板下送风口（9）间隔分布。
2.根据权利要求1所述的一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，其特征在于：所述冷辐射板（10）包括辐射面板，辐射面板内设有辐射盘管。
3.根据权利要求1所述的一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，其特征在于：所述冷辐射板（10）的上方设有蝶阀（1），下方设有截止阀（7）。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于数据机房的高效对流辐射耦合换热的空调系统，其特征在于：在所述冷冻回水管的一路上，所述冷冻水泵（5）的入口端沿冷冻回水方向依次设有蝶阀（1）、过滤器（6）和压力表（2），所述冷冻水泵（5）的入口端通过挠性接头（4）与压力表（2）相连通；所述冷冻水泵（5）的出口端沿冷冻回水方向依次设有逆止阀（3）、压力表（2）和蝶阀（1），所述冷冻水泵（5）的出口端通过挠性接头（4）与逆止阀（3）相连通。
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