CN110351986A - 具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明为具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，涉及散热节能系统领域。包括：机柜、冷却塔以及制冷机；冷却塔出水口处设置流量调控管路，通过流量调控管路对冷却塔和制冷机的低温水输出流量进行调控；制冷机上设置换热循环管路，冷却塔与制冷机之间通过流量调控管路与换热循环管路构成流动与换热循环回路；机柜至少包括：低负载区A区，其至少包括A区机柜门以及风冷散热单元；中负载区B区，其至少包括B区机柜门、中负载区水冷散热单元以及中负载区冷却液回路；以及高负载区C区，其至少包括C区机柜门、高负载区水冷散热单元以及高负载区冷却液回路。本装置在保证散热效果的情况下，实现对能源的高效利用，达到节约能源消耗的目的。

Description

具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统

技术领域

本发明涉及散热节能系统技术领域，特别涉及具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统。

背景技术

为了顺应全球大数据的发展趋势，自提出“互联网+”概念并实施至今，我国应用于各行各业的计算机数量和互联网使用量呈现指数型爆发增长的趋势，与之相应的数据中心也朝着集成化、模块化、高效化、绿色化的方向改进升级。在大幅度提高数据中心的运算和处理性能的同时，也以高产热密度和高能源消耗为代价。

IT设备作为数据中心最小的工作单元，集中安装在机柜内。近些年刀片IT设备的产生以及大面积的应用，造成单位面积的发热量急剧上升。为了满足数据中心全年8760小时无休运行，如何将热量及时的带走使IT设备降温的同时提高能源的利用率是加速数据中心发展的决定性因素。目前数据中心单位面积发热量已远远高于大部分常规建筑水平。

数据中心传统的散热控温方式主要有风冷和液冷两种。

对于风冷型数据中心，主流送风方式为“下送上回”式。数据中心的空调系统将产生的冷空气送入地板静压箱并通过送风孔喷出，而机柜采用“面对面，背对背”的放置方式，冷空气从机柜前端(成为冷通道)流入机柜对IT设备进行冷却降温，而升温后的热空气从机柜背部(成为热通道)排出，由于其密度较低，在压差的作用下上升并返回空调系统从而完成循环。在此基础上还改进产生封闭冷热通道、模块化机柜和列间空调等形式。但这种强制风冷模式仍会出现机柜顶部温度比较高而底部温度极低的情况，且由于空调和机柜的长时间运行，会出现送风口堵塞，风道短路等情况，不仅会增大IT设备高温失效的风险，更加剧了系统能耗的增加。而利用自然条件对数据中心进行降温的自然风冷模式，这种方式制冷效率较高，极大的降低了能源的使用量，其运行费用较低。但其维护困难，空气清洁度不易控制，对于地理位置有极为苛刻的要求。

为了解决风冷带来的问题，液冷技术应运而生。液冷型数据中心主要是采用液冷型机柜，将换热器和机柜集成为一体，通过向换热器中通入流动的冷却介质，例如温度较低的冷水，使冷水与热空气进行热的传导、对流与辐射，将IT设备产生的热量带走并实现IT设备的降温。液冷型机柜将冷却水系统和空气循环系统隔离，避免了空气短路和漏水等故障的发生，可靠性很高，在制冷效率方面，也有着极好的表现。另外，结构独立的机柜加强了数据中心的模块化管理模式，具有很高的普适性，维修简单。但是如何将固定的冷却资源按需分配到IT设备，真正的做到能源效率最大化是一个十分棘手的问题。另外，在机柜设计方面，由于其高度的一体化，设计和综合布线也是一个不容忽视的问题，这也会带来制造成本高的问题。

申请号为201410357779.2专利名称为《一种液冷散热的IT设备机柜》的中国专利公开了一种液冷散热的IT设备机柜，包括外壳，IT设备板卡，散热管，散热管道，换热器，微型液泵，每个所述的IT设备板卡都对应安装一个所述的散热板，所述的散热管安装在所述的散热板上，通过所述的散热管道连接液泵和换热器，所述的散热管道和散热管内流动换热液体。该专利结构简单，散热工作时使外壳内形成冷热内循环，无需设置风扇即可产生良好的散热效果，缩小了热交换的空间。但这种结构对气流的流动有着比较大的依赖性，会有部分热气流上升增大机柜上层IT设备的换热压力，不利于IT设备工作的稳定。另外容易出现对于负载较高的IT设备冷却不及时而负载较低的IT设备温度过低的情况。

申请号为201510144755.3专利名称为《门式冷水换热装置和液冷装置结合的IT设备机柜散热系统》的中国专利公开了一种门式冷水换热装置和液冷装置结合的IT设备机柜散热系统，包括液冷IT设备机柜，所述液冷IT设备机柜包括机柜柜体和设置于机柜柜体内的多个液冷IT设备，设有液冷装置对液冷IT设备进行直接的液冷散热，还设有门式冷水换热装置进行辅助换热。该专利采用液冷散热技术进行主制冷，机柜高温冷水散热技术进行辅助制冷，能将机柜绝大部分的热量带走，冷却效果较好且结构简单，但在机柜柜体安装液冷散热器会增大机柜的横向尺寸或在横向空间限定的情况下，占用IT设备的散热空间，会造成热量的集中。另外，门式冷水换热器作为辅助散热手段需要时刻在冷机的驱动下完成循环，在低负载工况下会造成能量的浪费。

申请号为201620415880.3专利名称为《一种用于数据中心的自然冷却系统》的中国专利公开了一种用于数据中心的自然冷却系统，包括冷却水泵，它还包括高温冷冻水泵、低温冷冻水泵、换热器、冷水机；冷却水泵通过冷却水管与换热器的冷却进水口相连接；换热器的冷却出水口与冷水机的冷却进水口相连接；高温冷冻水泵的出水口与换热器的冷冻进水口相连接；所述的低温冷冻水泵的出水口分为两路，一路与冷水机的冷冻进水口相连接，另一路连接在换热器与高温冷冻水泵之间的管道上。该专利提供两种温度的冷冻水，实现对室外自然资源最大限度的利用，相较普通的水侧自然冷却更加节能。但整个散热循环过程，对能源的消耗较大。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足，提供具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统。

本发明的技术方案具体如下：

具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，包括：

机柜、冷却塔以及制冷机；

所述冷却塔出水口处设置流量调控管路，通过所述流量调控管路对所述冷却塔和所述制冷机的低温水输出流量进行调控；

所述制冷机上设置换热循环管路，所述冷却塔与所述制冷机之间通过所述流量调控管路与所述换热循环管路构成流动与换热循环回路；

所述机柜至少包括：

低负载区A区，所述低负载区A区至少包括A区机柜门以及设置在所述A区机柜门上的风冷散热单元；

中负载区B区，所述中负载区B区至少包括B区机柜门、设置在所述B区机柜门上的中负载区水冷散热单元以及设置在所述中负载区水冷散热单元上的中负载区冷却液回路，所述中负载区水冷散热单元与所述冷却塔之间通过所述流量调控管路与所述中负载区冷却液回路构成冷却塔供冷回路；

以及高负载区C区，所述高负载区C区至少包括C区机柜门、设置在所述C区机柜门上的高负载区水冷散热单元以及设置在所述高负载区水冷散热单元上的高负载区冷却液回路，所述高负载区水冷散热单元与所述制冷机之间通过所述高负载区冷却液回路构成制冷机供冷回路。

优选的，所述流量调控管路包括：

冷却塔出水管路，所述冷却塔出水管路一端与所述冷却塔的出水口相连通；

以及三通阀，所述三通阀的入水口与所述冷却塔出水管路另一端相连通。

优选的，所述换热循环管路包括：

制冷机进水管路，所述制冷机进水管路一端与所述制冷机的进水口相连通，所述制冷机进水管路另一端与所述三通阀的第一出水口相连通；

制冷机出水管路，所述制冷机出水管路连接在所述冷却塔与所述制冷机之间；

以及水泵，所述水泵设置在所述制冷机出水管路上。

优选的，所述风冷散热单元包括：

A区轴流风扇，所述A区轴流风扇设置在所述A区机柜门内部；

以及A区控温传感器，所述A区控温传感器安装在所述A区机柜门的活动铰链处。

优选的，所述中负载区水冷散热单元包括：

B区水冷换热器，所述B区水冷换热器设置在所述B区机柜门背部；

B区轴流风扇，所述B区轴流风扇设置在所述B区机柜门内部；

以及B区控温传感器，所述B区控温传感器安装在所述B区机柜门的活动铰链处；

所述B区水冷换热器采用铝翅片直管。

优选的，所述中负载区冷却液回路包括：

中负载区出水管路，所述中负载区出水管路一端与所述B区水冷换热器的出水口相连通，所述中负载区出水管路另一端与所述冷却塔的进水口相连通；

中负载区进水管路，所述中负载区进水管路一端与所述B区水冷换热器的进水口相连通，所述中负载区进水管路另一端与所述三通阀的第二出水口相连通；

冷却泵，所述冷却泵设置在所述中负载区进水管路上；

以及B区旁通阀，所述B区旁通阀设置在所述中负载区出水管路与所述中负载区进水管路之间。

优选的，所述高负载区水冷散热单元包括：

C区水冷换热器，所述C区水冷换热器设置在所述C区机柜门背部；

C区轴流风扇，所述C区轴流风扇设置在所述C区机柜门内部；

以及C区控温传感器，所述C区控温传感器设置在所述C区机柜门的活动铰链处；

所述C区水冷换热器采用铝翅片直管。

优选的，所述高负载区冷却液回路包括：

高负载区出水管路，所述高负载区出水管路一端与所述C区水冷换热器的出水口相连通，所述高负载区出水管路另一端与所述制冷机的进水口相连通；

高负载区进水管路，所述高负载区进水管路一端与所述C区水冷换热器的进水口相连通，所述高负载区进水管路另一端与所述制冷机的出水口相连通；

冷冻泵，所述冷冻泵设置在所述高负载区进水管路上；

以及C区旁通阀，所述C区旁通阀设置在所述高负载区出水管路与所述高负载区进水管路之间。

优选的，所述冷却塔为闭式冷却塔，所述制冷机为水冷制冷机。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统,

采用将IT设备按功耗和耐温性隔离安装在机柜不同区域的方式，搭配使用相互独立互不影响的控温系统，有效避免了相邻不同负荷IT设备工作时产生的局部热环境差异过大，所需的供冷量以及冷却介质温度相差很大，以及由此导致的冷热空气混合、过度供冷、冷源利用效率低下、供冷能耗偏高等不利情况，可以在保证IT设备安全工作温度前提下，最大程度提高不同IT负载区域的传热效率，有效改善机柜热环境，消除局部过热，提高IT设备可靠性；

根据IT设备负荷的大小，设立低、中、高三个独立控温区域，匹配风冷、冷却塔和制冷机三种不同品位的冷源，每个冷源的运行状态，所在冷水环路的流量，对应的末端换热器的供、回水温度，以及换热器风扇转速都可以独立调节，以更好的匹配各负载区IT设备负荷变化，最大限度提高冷源匹配程度、冷源利用效率，降低系统运行能耗。特别的，当某个负载区的IT设备负荷持续减小至低于对应冷源的最低供冷能力时，可以开启对应的旁通管路，保证供、回水温度稳定，避免过度供冷；

整个机柜结构简单，与普通机柜无异，换热效率高，安全性好。维护简单，可操作性强。整个机柜的模块化也有利于其推广和普及。

综上所述，本发明通过合理匹配冷、热源品位，采用风冷、冷却塔供冷和制冷机供冷相结合的技术，在保证各类型IT设备散热效果的同时，将不同品位的冷源按需分配，避免采用单一高品位冷源造成的冷量和能耗浪费，有效提高冷源利用效率，显著降低机柜冷却能耗。在保证散热效果的情况下，实现对能源的高效利用，达到节约能源消耗的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统的结构示意图；

图2为本发明的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统的B区水冷换热器/C区水冷换热器示意图。

图3为本发明的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统的冷却塔分集水系统示意图；

图4为本发明的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统的制冷机分集水系统示意图。

图中的附图标记表示为：

1、机柜；2、冷却塔；3、制冷机；11、A区机柜门；12、风冷散热单元；121、A区轴流风扇；122、A区控温传感器；13、B区机柜门；14、中负载区水冷散热单元；141、B区水冷换热器；142、B区轴流风扇；143、B区控温传感器；15、中负载区冷却液回路；151、中负载区出水管路；152、中负载区进水管路；153、冷却泵；154、B区旁通阀；16、C区机柜门；17、高负载区水冷散热单元；171、C区水冷换热器；172、C区轴流风扇；173、C区控温传感器；18、高负载区冷却液回路；181、高负载区出水管路；182、高负载区进水管路；183、冷冻泵；184、C区旁通阀；21、流量调控管路；211、冷却塔出水管路；212、三通阀；31、换热循环管路；311、制冷机进水管路；312、制冷机出水管路；313、水泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，包括：

机柜1、冷却塔2以及制冷机3；

冷却塔2出水口处设置流量调控管路21，通过流量调控管路21对冷却塔2和制冷机3的低温水输出流量进行调控；

制冷机3上设置换热循环管路31，冷却塔2与制冷机3之间通过流量调控管路21与换热循环管路31构成流动与换热循环回路；

机柜1至少包括：

低负载区A区，低负载区A区至少包括A区机柜门11以及设置在A区机柜门11上的风冷散热单元12；

中负载区B区，中负载区B区至少包括B区机柜门13、设置在B区机柜门13上的中负载区水冷散热单元14以及设置在中负载区水冷散热单元14上的中负载区冷却液回路15，中负载区水冷散热单元14与冷却塔2之间通过流量调控管路21与中负载区冷却液回路15构成冷却塔供冷回路；

以及高负载区C区，高负载区C区至少包括C区机柜门16、设置在C区机柜门16上的高负载区水冷散热单元17以及设置在高负载区水冷散热单元17上的高负载区冷却液回路18，高负载区水冷散热单元17与制冷机3之间通过高负载区冷却液回路18构成制冷机供冷回路。

流量调控管路21包括：

冷却塔出水管路211，冷却塔出水管路211一端与冷却塔2的出水口相连通；

以及三通阀212，三通阀212的入水口与冷却塔出水管路211另一端相连通。

换热循环管路31包括：

制冷机进水管路311，制冷机进水管路311一端与制冷机3的进水口相连通，制冷机进水管路311另一端与三通阀212的第一出水口相连通；

制冷机出水管路312，制冷机出水管路312连接在冷却塔2与制冷机3之间；

以及水泵313，水泵313设置在制冷机出水管路312上。

风冷散热单元12包括：

A区轴流风扇121，A区轴流风扇121设置在A区机柜门11内部；

以及A区控温传感器122，A区控温传感器122安装在A区机柜门11的活动铰链处。

中负载区水冷散热单元14包括：

B区水冷换热器141，B区水冷换热器141设置在B区机柜门13背部；

B区轴流风扇142，B区轴流风扇142设置在B区机柜门13内部；

以及B区控温传感器143，B区控温传感器143安装在B区机柜门13的活动铰链处；

B区水冷换热器141采用铝翅片直管。

中负载区冷却液回路15包括：

中负载区出水管路151，中负载区出水管路151一端与B区水冷换热器141的出水口相连通，中负载区出水管路151另一端与冷却塔2的进水口相连通；

中负载区进水管路152，中负载区进水管路152一端与B区水冷换热器141的进水口相连通，中负载区进水管路152另一端与三通阀212的第二出水口相连通；

冷却泵153，冷却泵153设置在中负载区进水管路152上；

以及B区旁通阀154，B区旁通阀154设置在中负载区出水管路151与中负载区进水管路152之间。

高负载区水冷散热单元17包括：

C区水冷换热器171，C区水冷换热器171设置在C区机柜门16背部；

C区轴流风扇172，C区轴流风扇172设置在C区机柜门16内部；

以及C区控温传感器173，C区控温传感器173设置在C区机柜门16的活动铰链处；

C区水冷换热器171采用铝翅片直管。

高负载区冷却液回路18包括：

高负载区出水管路181，高负载区出水管路181一端与C区水冷换热器171的出水口相连通，高负载区出水管路181另一端与制冷机3的进水口相连通；

高负载区进水管路182，高负载区进水管路182一端与C区水冷换热器171的进水口相连通，高负载区进水管路182另一端与制冷机3的出水口相连通；

冷冻泵183，冷冻泵183设置在高负载区进水管路182上；

以及C区旁通阀184，C区旁通阀184设置在高负载区出水管路181与高负载区进水管路182之间。

冷却塔2为闭式冷却塔，制冷机3为水冷制冷机。

工作原理：

具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，主要包括分区独立控温的机柜1以及配套的冷源，即冷却塔2以及制冷机3。其中冷却塔2上设置流量调控管路21，通过流量调控管路21对冷却塔2的低温水输出流量进行调控；制冷机3上设置换热循环管路31，冷却塔2与制冷机3之间通过流量调控管路21与换热循环管路31构成冷却液流动与换热循环回路。其中机柜包括低负载区A区、中负载区B区以及高负载区C区三个负载区，每个负载区都有独立控温散热系统。低负载区A区采用风冷散热，也就是在A区机柜门11上设置风冷散热单元12，在风冷散热单元12中，包括安装在A区机柜门11上的A区轴流风扇121以及A区控温传感器122。中负载区B区采用水冷散热，包括B区机柜门13、中负载区水冷散热单元14以及中负载区冷却液回路15，中负载区水冷散热单元14与冷却塔2之间通过流量调控管路21与中负载区冷却液回路15构成冷却塔供冷回路，由冷却塔2直接供冷承担冷负荷。高负载区C区采用水冷散热，包括C区机柜门16、高负载区水冷散热单元17以及高负载区冷却液回路18，高负载区水冷散热单元17与制冷机3之间通过高负载区冷却液回路18构成制冷机供冷回路，由制冷机承担冷负荷。其中中负载区B区以及高负载区C区共用一个冷却塔，通过流量调控管路21调节冷却水流量分配，以适应冷负荷的变化。同时通过流量调控管路21调节冷却水在换热循环管路31中的冷却水流量，继而影响制冷机3的制冷速度。

其中本装置的所有电器件，均通过本领域人员，根据各电器件的工作原理完成电性连接，具体连接手段，应参考下述工作原理中，各电器件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

其中冷却塔2为闭式冷却塔，制冷机3为水冷制冷机。

其中低负载区A区用于存放工作负载较低，计算存储量较小的IT设备，如交换机，小型网页IT设备，小型数据库等。其功耗低，发热量小，耐高温性能好，因此对低负载区A区采用风冷散热方式，其中A区轴流风扇121在装置中可安装成多个小型的轴流风扇，其转速独立可调。在低负载区A运行时：

IT设备工作负荷升高：低负载区A区采用风冷散热，当低负载区A区内的IT设备工作负荷升高时，A区控温传感器122检测温度并根据温度变化控制A区轴流风扇121增大转速，提高空气流量，吸入更多的空气带走更多的热量，实现散热降温；

IT设备工作负荷降低：低负载区A区采用风冷散热，当低负载区A区内的IT设备工作负荷下降时，A区控温传感器122检测温度并根据温度变化控制A区轴流风扇121减小转速，降低空气流量，减少换热量，保证IT设备不被过度冷却。

中负载区B区用于存放工作负载中等，计算存储量较大的IT设备，如中小型游戏IT设备，中型数据库等。其功耗较高，发热量较大，耐高温性一般，为了保证可靠性，对中负载区B区采用水冷散热，冷却水流量由安装在冷却塔2上的流量调控管路21调节，其中B区轴流风扇142可用大型轴流风扇，并且转速独立可调。在中负载区B运行时：

IT设备工作负荷升高：温度变化由B区控温传感器143感应，并根据温度变化对下述电器元件进行调控。此时首先关闭中负载区冷却液回路15中的B区旁通阀154，通过冷却泵153和三通阀212可调节冷却塔供冷回路流量，送入B区水冷换热器141的冷却水由冷却塔2送出的低温冷却水顺着冷却塔出水管路211流经中负载区进水管路152并最终流入B区水冷换热器141，此时通过B区水冷换热器141对中负载区B区进行水冷散热，其中流出B区水冷换热器141的高温冷却水顺着中负载区出水管路151送入冷却塔2进行降温，继而完成并循环冷却塔供冷回路。在IT设备负荷持续升高过程中，则调节三通阀212，增大流入B区水冷换热器141的冷却水流量，同时提高冷却塔2制冷功率，降低流入B区水冷换热器141的冷却水温度，增加中负载区B区换热量；如果冷却水流量和冷却塔功率均已提高到最大允许值(此时冷却泵153和三通阀212已达到最大流量)，而此时IT设备温度仍偏高，则提高B区轴流风扇142的转速，增加冷却空气流量，增大中负载区B区IT设备的换热量，维持中负载区B区IT设备的最高控制温度。

IT设备工作负荷降低：温度变化由B区控温传感器143感应，并根据温度变化对下述电器元件进行调控。首先调节三通阀212，降低流入B区水冷换热器141的冷却水流量，减少中负载区B区换热量；如果IT设备负荷继续降低，则降低冷却塔2制冷功率，提高流入B区水冷换热器141的冷却水温度，以此同步减少中负载区B区换热量；当冷却水流量和冷却塔2制冷功率均已降低到最小允许值(冷却泵153和三通阀212不允许关闭)，而供冷量仍超过IT设备的工作负荷，此时打开B区旁通阀154，由流出B区水冷换热器141的一部分高温冷却水顺着B区旁通阀154，与冷却塔2流出的低温冷却水混合，形成温度较高的冷却水，再一起送入B区水冷换热器141，维持中负载区B区供、回水温度的稳定，防止产生过度冷却。同时，减小B区轴流风扇142的转速，降低空气流量，同步减少中负载区B区IT设备的换热量，维持中负载区B区IT设备的最低控制温度。

高负载区C区用于存放功耗高、热流密度大的IT设备，如大型存储IT设备，刀片式IT设备、数据交互IT设备等。其发热量大、耐高温性较差，此时冷却塔2供水温度已经不能满足大热流密度IT设备的散热需求，因此采用制冷机3供冷方式进行水冷散热，其中制冷机3与冷却塔供冷回路共用一个冷却塔，冷却水流量由流量调控管路21调节，其中C区轴流风扇172可为大型轴流风扇且转速独立可调。在高负载区C区运行时：

IT设备从中负荷提高到满负荷运行：温度变化由C区控温传感器173感应，并根据温度变化对下述电器元件进行调控。此时关闭C区旁通阀184，调节三通阀212，将从冷却塔2流入制冷机3中的冷凝器的冷却水流量提高到最大，使制冷机3的制冷量提升。其中冷却塔2流出的冷却水顺着冷却塔出水管路211，到达换热循环管路31中的制冷机进水管路311，并流入制冷机3中的冷凝器处，随后升温的冷却水顺着制冷机出水管路312流入冷却塔2完成冷却液流动与换热循环回路，其中通过水泵313以及三通阀212调节冷却液流动与换热循环回路的冷却水流量。而此时冷却塔2和制冷机3的制冷功率，冷冻泵183控制的冷冻水流量，以及C区轴流风扇172的转速均提高到最大，此时由制冷机3通过高负载区进水管路182送入到C区水冷换热器171的冷冻水的供冷量增大，流出C区水冷换热器171的高温冷冻水由高负载区出水管路181直接送入到制冷机3进行冷却。

IT设备从中负荷降低到最低负荷运行：温度变化由C区控温传感器173感应，并根据温度变化对下述电器元件进行调控。首先调节三通阀212，降低从冷却塔2流入制冷机3中的冷凝器的冷却水流量，同时降低冷却塔2制冷功率，以此降低制冷机3的制冷量，提高进入C区水冷换热器171的冷冻水温度，减少换热量；当冷却水流量和冷冻泵183流量均已降低到最小值(三通阀212、冷却塔2和制冷机3不允许关闭)，而IT设备温度仍然偏低，此时开启C区旁通阀184，将流出C区水冷换热器171的高温冷冻水顺着C区旁通阀184，与冷冻泵183流出的低温冷冻水混合，形成温度较高的冷冻水，再一起送入C区水冷换热器171，保证高负载区C区供、回水温度的稳定，防止产生过度冷却。同时，减小C区轴流风扇172的转速，降低空气流量，同步减少高负载区C区IT设备的换热量，维持高负载区C区IT设备的最低控制温度。

其中A区控温传感器122、B区控温传感器143和C区控温传感器173均安置于各自的机柜门的活动铰接处是为了方便机柜1内部走线。

其中B区水冷换热器141和C区水冷换热器171为结构相同的水冷换热器且均选用传热系数高且价格合理的铝翅片直管结构，增大传热面积和传热系数。其中回路中的冷却水以及冷冻水采用乙二醇水溶液。

其中机柜1位于数据中心建筑内的机房内，而机房内还可设置多个独立除湿器，实现对室内空气温度和湿度的解耦控制，杜绝了在水冷换热器铝翅片直管表面冷空气结露的风险，其中冷却塔2和制冷机3安装在数据中心建筑外，空间分配合理。

其中在数据中心建筑内的机房内，可以设置多组相同的机柜1，并可以利用与上述技术手段相同的管回路结构实现数据中心建筑外的冷却塔2和制冷机3与多组机柜1之间进行并联连接，并同样构成与上述技术手段相同的管回路结构，继而能够实现多组机柜1同时使用的效果，也增大了本机柜散热系统的负载量。这种多组机柜1与冷却塔2和制冷机3之间并联的回路关系如图3和图4所示。

综上，本发明能根据机柜内不同分区的IT设备温度和工作负荷变化，自动调节系统各装置的运行状态和参数，通过多种不同品位冷源的合理搭配和高效利用，提供与IT设备温度和负荷匹配的供冷量，在保证散热效果的情况下，实现对能源的高效利用，达到节约能源消耗的目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，包括：

机柜(1)、冷却塔(2)以及制冷机(3)；

所述冷却塔(2)出水口处设置流量调控管路(21)，通过所述流量调控管路(21)对所述冷却塔(2)和所述制冷机(3)的低温水输出流量进行调控；

所述制冷机(3)上设置换热循环管路(31)，所述冷却塔(2)与所述制冷机(3)之间通过所述流量调控管路(21)与所述换热循环管路(31)构成流动与换热循环回路；

所述机柜(1)至少包括：

低负载区A区，所述低负载区A区至少包括A区机柜门(11)以及设置在所述A区机柜门(11)上的风冷散热单元(12)；

中负载区B区，所述中负载区B区至少包括B区机柜门(13)、设置在所述B区机柜门(13)上的中负载区水冷散热单元(14)以及设置在所述中负载区水冷散热单元(14)上的中负载区冷却液回路(15)，所述中负载区水冷散热单元(14)与所述冷却塔(2)之间通过所述流量调控管路(21)与所述中负载区冷却液回路(15)构成冷却塔供冷回路；

以及高负载区C区，所述高负载区C区至少包括C区机柜门(16)、设置在所述C区机柜门(16)上的高负载区水冷散热单元(17)以及设置在所述高负载区水冷散热单元(17)上的高负载区冷却液回路(18)，所述高负载区水冷散热单元(17)与所述制冷机(3)之间通过所述高负载区冷却液回路(18)构成制冷机供冷回路。

2.根据权利要求1所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述流量调控管路(21)包括：

冷却塔出水管路(211)，所述冷却塔出水管路(211)一端与所述冷却塔(2)的出水口相连通；

以及三通阀(212)，所述三通阀(212)的入水口与所述冷却塔出水管路(211)另一端相连通。

3.根据权利要求2所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述换热循环管路(31)包括：

制冷机进水管路(311)，所述制冷机进水管路(311)一端与所述制冷机(3)的进水口相连通，所述制冷机进水管路(311)另一端与所述三通阀(212)的第一出水口相连通；

制冷机出水管路(312)，所述制冷机出水管路(312)连接在所述冷却塔(2)与所述制冷机(3)之间；

以及水泵(313)，所述水泵(313)设置在所述制冷机出水管路(312)上。

4.根据权利要求1所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述风冷散热单元(12)包括：

A区轴流风扇(121)，所述A区轴流风扇(121)设置在所述A区机柜门(11)内部；

以及A区控温传感器(122)，所述A区控温传感器(122)安装在所述A区机柜门(11)的活动铰链处。

5.根据权利要求2所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述中负载区水冷散热单元(14)包括：

B区水冷换热器(141)，所述B区水冷换热器(141)设置在所述B区机柜门(13)背部；

B区轴流风扇(142)，所述B区轴流风扇(142)设置在所述B区机柜门(13)内部；

以及B区控温传感器(143)，所述B区控温传感器(143)安装在所述B区机柜门(13)的活动铰链处；

所述B区水冷换热器(141)采用铝翅片直管。

6.根据权利要求5所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述中负载区冷却液回路(15)包括：

中负载区出水管路(151)，所述中负载区出水管路(151)一端与所述B区水冷换热器(141)的出水口相连通，所述中负载区出水管路(151)另一端与所述冷却塔(2)的进水口相连通；

中负载区进水管路(152)，所述中负载区进水管路(152)一端与所述B区水冷换热器(141)的进水口相连通，所述中负载区进水管路(152)另一端与所述三通阀(212)的第二出水口相连通；

冷却泵(153)，所述冷却泵(153)设置在所述中负载区进水管路(152)上；

以及B区旁通阀(154)，所述B区旁通阀(154)设置在所述中负载区出水管路(151)与所述中负载区进水管路(152)之间。

7.根据权利要求1所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述高负载区水冷散热单元(17)包括：

C区水冷换热器(171)，所述C区水冷换热器(171)设置在所述C区机柜门(16)背部；

C区轴流风扇(172)，所述C区轴流风扇(172)设置在所述C区机柜门(16)内部；

以及C区控温传感器(173)，所述C区控温传感器(173)设置在所述C区机柜门(16)的活动铰链处；

所述C区水冷换热器(171)采用铝翅片直管。

8.根据权利要求7所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述高负载区冷却液回路(18)包括：

高负载区出水管路(181)，所述高负载区出水管路(181)一端与所述C区水冷换热器(171)的出水口相连通，所述高负载区出水管路(181)另一端与所述制冷机(3)的进水口相连通；

高负载区进水管路(182)，所述高负载区进水管路(182)一端与所述C区水冷换热器(171)的进水口相连通，所述高负载区进水管路(182)另一端与所述制冷机(3)的出水口相连通；

冷冻泵(183)，所述冷冻泵(183)设置在所述高负载区进水管路(182)上；

以及C区旁通阀(184)，所述C区旁通阀(184)设置在所述高负载区出水管路(181)与所述高负载区进水管路(182)之间。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的具有复合冷源的分区内冷型机柜散热系统，其特征在于，所述冷却塔(2)为闭式冷却塔，所述制冷机(3)为水冷制冷机。