CN110186130A - 数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，包括有闭式冷却塔及设置在机房内的风机盘管，闭式冷却塔通过供回水管网与风机盘管连接形成闭合回路，供回水管网上还连接有机械制冷冷水机组。本发明的联合空调系统能够实现自然冷源的充分利用，减少机械制冷的能耗。

Description

数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统
技术领域
本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统。
背景技术
随着大数据、5G时代的到来，IDC机房现已成为国民经济发展中的重要组成部分，这也是现阶段经济数字化、信息化的发展需求。因此，数据中心的建设规模及数量急剧增长，这也是未来发展的一个趋势。
随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。最早的数据机房大多采用的是传统的机械制冷，而数据中心的核心计算机房是需要常年供冷的，据统计制冷系统在数据中心的能耗高达40％，对于如此大的能耗，国家也出台了相关的技术标准，对数据中心的能耗做了强制性的要求，大力推广并号召大家开发新的技术，全面降低数据中心的能耗。因此，将自然冷却与机械制冷联合的技术引入到数据中心应用，可大幅度降低制冷的能耗，从而实现数据中心节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，能够实现自然冷源的充分利用，减少机械制冷的能耗。
本发明所采用的技术方案是，数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，包括有闭式冷却塔及设置在机房内的风机盘管，闭式冷却塔通过供回水管网与风机盘管连接形成闭合回路，供回水管网上还连接有机械制冷冷水机组。
本发明的特征还在于，
供回水管网包括有回水管及供水管，回水管的一端与风机盘管的出水口连接，回水管的另一端连接有两个支路回水管，两个支路回水管与闭式冷却塔连接；供水管的一端与风机盘管的进水口连接，供水管的另一端与闭式冷却塔连接；回水管上还连接有水管G1及水管G2，机械制冷冷水机组通过水管G1及水管G2与回水管连接；供水管上还连接有水管G3及水管G4，机械制冷冷水机组通过水管G3及水管G4与供水管连接。
供水管上设置有冷却水循环水泵。
回水管上设置有冷冻水循环水泵。
水管G1通过三通阀a与回水管连接，水管G2通过三通阀b与回水管连接；水管G3通过三通阀c与供水管连接，水管G4通过三通阀d与供水管连接；
冷却水循环水泵设置于三通阀c与闭式冷却塔之间，冷冻水循环水泵设置于三通阀b与风机盘管之间。
闭式冷却塔包括有机组壳体，机组壳体的相对两侧壁上均设置有进风口，机组壳体内设置有间接蒸发冷却段，间接蒸发冷却段位于两个进风口之间，间接蒸发冷却段与其对应一侧的进风口之间按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤段及表冷器，两个表冷器的出水口均通过水管与间接蒸发冷却段连通；两个表冷器的进水口分别通过两个支路回水管与回水管连接；间接蒸发冷却段与供水管连接。
间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器、冷却盘管及集水箱，布水器通过循环水管与集水箱连接，循环水管上设置有循环水泵；冷却盘管的进水口与水管连通，冷却盘管的出水口与供水管连接。
布水器上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口，排风口内设置有排风机。
本发明的有益效果是：
(1)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，将蒸发冷却技术与机械制冷技术相结合，充分的利用自然冷源，能实现数据机房能量的最大化利用，能达到数据机房节能的要求；
(2)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，在炎热的夏季，闭式冷却塔自然冷却不能满足数据机房的制冷量需求时，开启机械制冷，能保持数据机房一年四季持续供冷的需求；
(3)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，在春秋过渡季节，闭式冷却塔正常工作，仅靠自然冷却就能实现机房的供冷需求；
(4)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，在冬季，闭式冷却塔循环水泵关闭，不需要布水器再喷淋水来降温，以防止结冰，只需室外的冷空气与闭式冷却塔的盘管进行换热，就能满足机房的供冷需求，实现了100％的自然冷却；
(5)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，在闭式冷却塔的两侧进风处加了空气过滤段和表冷器，对室外的新风进行过滤和预冷，提高了闭式冷却塔的冷却效率；
(6)本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，通过三通阀可自由切换闭式冷却塔与机械制冷的运行模式，运行管理简单，操作调节方便。
附图说明
图1是本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统的结构示意图。
图中，1.进风口，2.空气过滤段，3.表冷器，4.冷却盘管，5.集水箱，6.循环水泵，7.循环水管，8.布水器，9.排风机，10.排风口，11.回水管，12.供水管，13.冷却水循环水泵，14.三通阀a，15.机械制冷冷水机组，16.冷冻水循环水泵，17.机房，18.风机盘管，19.服务器机柜，20.三通阀b，21.三通阀c，22.三通阀d，23.水管。
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。
本发明数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，如图1所示，包括有闭式冷却塔及设置在机房17内的风机盘管18，风机盘管18安装在机房17的空调末端，机房17内设置有服务器机柜19，闭式冷却塔通过供回水管网与风机盘管18连接形成闭合回路，供回水管网上还连接有机械制冷冷水机组15，闭式冷却塔和机械制冷冷水机组15的运行是通过三通阀a14、三通阀b20、三通阀c21及三通阀d22的开关来切换的，闭式冷却塔和机械制冷冷水机组15通过回水管11和供水管12并联；机械制冷冷水机组15为压缩式冷水机组。
供回水管网包括有回水管11及供水管12，回水管11的一端与风机盘管18的出水口连接，回水管11的另一端连接有两个支路回水管，两个支路回水管与闭式冷却塔连接；供水管12的一端与风机盘管18的进水口连接，供水管12的另一端与闭式冷却塔连接；回水管11上还连接有水管G1及水管G2，机械制冷冷水机组15通过水管G1及水管G2与回水管11连接；供水管12上还连接有水管G3及水管G4，机械制冷冷水机组15通过水管G3及水管G4与供水管12连接。
供水管12上设置有冷却水循环水泵13。
回水管11上设置有冷冻水循环水泵16。
水管G1通过三通阀a14与回水管11连接，水管G2通过三通阀b20与回水管11连接；水管G3通过三通阀c21与供水管12连接，水管G4通过三通阀d22与供水管12连接；
冷却水循环水泵13设置于三通阀c21与闭式冷却塔之间，冷冻水循环水泵16设置于三通阀b20与风机盘管18之间。
闭式冷却塔包括有机组壳体，机组壳体的相对两侧壁上均设置有进风口1，对称性的双侧进风，机组壳体内设置有间接蒸发冷却段，间接蒸发冷却段位于两个进风口1之间，间接蒸发冷却段与其对应一侧的进风口1之间按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤段2及表冷器3，两个表冷器3的出水口均通过水管23与间接蒸发冷却段连通；两个表冷器3的进水口分别通过两个支路回水管与回水管11连接；间接蒸发冷却段与供水管12连接。
间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器8、冷却盘管4及集水箱5，布水器8通过循环水管7与集水箱5连接，循环水管7上设置有循环水泵6；冷却盘管4的进水口与水管23连通，冷却盘管4的出水口与供水管12连接，布水器8为喷嘴布水器。
布水器8上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口10，排风口10内设置有排风机9。
本发明的闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统工作过程具体如下：
(1)夏季运行模式：在夏季极端工况下，室外环境温度高于室内机房温度，单纯的闭式冷却塔自然冷却不能满足机房17内供冷量需求时，开启机械制冷冷水机组15，三通阀a14、三通阀b20、三通阀c21及三通阀d22的直通阀座关闭、旁通阀座开启，机械制冷冷水机组15的冷却水经冷却水循环水泵13输送到闭式冷却塔的表冷器3中；室外空气通过进风口1流经空气过滤段2进行空气过滤，再通过表冷器3进行预冷，被预冷后的空气流经冷却盘管4，与布水器8在冷却盘管4表面上喷淋形成的水膜进行间接蒸发冷却，冷却盘管4内的冷却水将热量释放给被预冷后的空气，后经排风机9从排风口10排出室外；循环水泵6将集水箱5中的循环水通过循环水管7输送到布水器8中进行喷淋；同时冷却盘管4内的冷却水温度降低，机械制冷冷水机组15制取的冷冻水经冷冻水循环水泵16输送到机房17空调末端的风机盘管18，与机房17内的空气进行热量交换，实现对服务器机柜19的冷却降温。
(2)过渡季节运行模式：在春秋过渡季节，有很长一段时间室外环境温度低于室内机房温度，通过相应的技术手段直接或间接将室外低温空气作为冷源将热量带走，以达到降温的目的，实现数据机房的自然冷却。这时关闭机械制冷冷水机组15，三通阀a14、三通阀b20、三通阀c21及三通阀d22的直通阀座开启、旁通阀座关闭，闭式冷却塔全工况运行，室外空气通过进风口1流经空气过滤段2进行空气过滤，再通过表冷器3进行预冷，被预冷后的空气流经冷却盘管4，与布水器8在冷却盘管4表面上喷淋形成的水膜进行间接蒸发冷却，冷却盘管4内的冷却水将热量释放给被预冷后的空气，后经排风机9从排风口10排出室外；同时冷却盘管4内的冷却水温度降低，闭式冷却塔制取的冷水经冷冻水循环水泵16通过供水管12输送到机房17空调末端的风机盘管18，与机房17内的空气进行热量交换，风机盘管18内的冷水换完热后，升温的冷水通过回水管11回到闭式冷却塔的表冷器3再次对室外空气进行预冷，从而实现能量的最大化利用，如此不断的循环。
(3)冬季运行模式：在寒冷的冬季，室外环境温度远低于室内机房温度，只需闭式冷却塔自然冷却就能满足机房17内供冷量需求，由于室外温度过低，闭式冷却塔喷淋水易结冰，影响系统的正常运行，所以闭式冷却塔的循环水泵6关闭，只需排风机9工作，就能使室外的自然冷风与冷却盘管4进行间接自然冷却，将闭式冷却塔制取的冷水经冷冻水循环水泵16通过供水管12输送到机房17空调末端的风机盘管18。通过这种间接的自然冷却技术将机房17内的热量带走，以达到降温的目的，实现数据机房17的100％自然冷却。

Claims (8)

1.数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，包括有闭式冷却塔及设置在机房(17)内的风机盘管(18)，所述闭式冷却塔通过供回水管网与风机盘管(18)连接形成闭合回路，所述供回水管网上还连接有机械制冷冷水机组(15)。
2.根据权利要求1所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述供回水管网包括有回水管(11)及供水管(12)，所述回水管(11)的一端与风机盘管(18)的出水口连接，回水管(11)的另一端连接有两个支路回水管，两个所述支路回水管与闭式冷却塔连接；所述供水管(12)的一端与风机盘管(18)的进水口连接，所述供水管(12)的另一端与闭式冷却塔连接；所述回水管(11)上还连接有水管G1及水管G2，所述机械制冷冷水机组(15)通过水管G1及水管G2与回水管(11)连接；所述供水管(12)上还连接有水管G3及水管G4，所述机械制冷冷水机组(15)通过水管G3及水管G4与供水管(12)连接。
3.根据权利要求2所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述供水管(12)上设置有冷却水循环水泵(13)。
4.根据权利要求3所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述回水管(11)上设置有冷冻水循环水泵(16)。
5.根据权利要求4所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述水管G1通过三通阀a(14)与回水管(11)连接，所述水管G2通过三通阀b(20)与回水管(11)连接；所述水管G3通过三通阀c(21)与供水管(12)连接，所述水管G4通过三通阀d(22)与供水管(12)连接；
所述冷却水循环水泵(13)设置于三通阀c(21)与闭式冷却塔之间，所述冷冻水循环水泵(16)设置于三通阀b(20)与风机盘管(18)之间。
6.根据权利要求2所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述闭式冷却塔包括有机组壳体，所述机组壳体的相对两侧壁上均设置有进风口(1)，所述机组壳体内设置有间接蒸发冷却段，所述间接蒸发冷却段位于两个进风口(1)之间，所述间接蒸发冷却段与其对应一侧的进风口(1)之间按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤段(2)及表冷器(3)，两个所述表冷器(3)的出水口均通过水管(23)与间接蒸发冷却段连通；两个所述表冷器(3)的进水口分别通过两个所述支路回水管与回水管(11)连接；所述间接蒸发冷却段与供水管(12)连接。
7.根据权利要求6所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器(8)、冷却盘管(4)及集水箱(5)，所述布水器(8)通过循环水管(7)与集水箱(5)连接，所述循环水管(7)上设置有循环水泵(6)；所述冷却盘管(4)的进水口与水管(23)连通，冷却盘管(4)的出水口与供水管(12)连接。
8.根据权利要求7所述的数据中心用闭式冷却塔自然冷却与机械制冷联合空调系统，其特征在于，所述布水器(8)上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口(10)，所述排风口(10)内设置有排风机(9)。
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