CN110753479A - 数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，包括有露点间接蒸发冷却空调机组、数据机房及光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组与数据机房通过回风管及送风管连通且形成闭合回路；露点间接蒸发冷却空调机组顶部设置有光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组与光伏发电直接驱动系统连接。本发明的空调系统，解决了传统机械制冷空调系统能耗过高、PUE高以及采用冷通道封闭时机柜内容易形成局部热点的问题。

Description

数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统。

背景技术

目前，数据中心在新增数据中心机房面积方面都保持着迅速发展态势。但在能耗、PUE方面仍然存在一些问题，如能耗过高、PUE高，将阻碍数据中心建设产业的可持续发展。在一系列相关政策引导和支持下，采用自然冷源为机房降温成为未来的发展趋势。

间接蒸发冷却技术目前在数据中心应用广泛，通过对机房回风进行间接冷却来满足数据中心的供冷需求，但受室外气象条件制约，其降温幅度有限。露点间接蒸发冷却技术通过提高制冷驱动势，使被处理空气的温度突破到湿球温度以下，甚至逼近露点温度，将这一技术应用于数据中心，可有效提高冷却器换热效率，降低数据中心PUE。

发明内容

本发明的目的是提供数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，解决了传统机械制冷空调系统能耗过高、PUE高以及采用冷通道封闭时机柜内容易形成局部热点的问题。

本发明所采用的技术方案是，数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，包括有露点间接蒸发冷却空调机组、数据机房及光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组与数据机房通过回风管及送风管连通且形成闭合回路；

露点间接蒸发冷却空调机组顶部设置有光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组与光伏发电直接驱动系统连接。

本发明的特征还在于，

数据机房内设有多组机柜组，每组机柜组均由两个机柜组成，且两个机柜的出风侧相对设置，在两个机柜的出风侧之间形成封闭热通道，数据机房内所有封闭热通道均与数据机房顶部设置的回风通道连接，数据机房内的其它空间作为冷通道，冷通道与送风管连接。

光伏发电直接驱动系统包括有依次连接的太阳能电池组、充放电控制器、蓄电池组、直流电动机及空调系统控制器，空调系统控制器与露点间接蒸发冷却空调机组连接。

露点间接蒸发冷却空调机组包括有机组壳体，机组壳体两相对侧壁上分别设置有回风口及送风口，回风口所在的机组壳体侧壁上还设置有二次空气进风口，二次空气进风口设置在回风口下方；回风口通过回风管与回风通道连接，送风口通过送风管与冷通道连接；

机组壳体内按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤器、间接-直接蒸发冷却单元及安装在底座上的送风机；

空调系统控制器与间接-直接蒸发冷却单元及送风机连接。

机组壳体内还设置有挡水板b，挡水板b位于间接-直接蒸发冷却单元与送风机之间。

间接-直接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口。

间接-直接蒸发冷却单元包括有平行排列的露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段，露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段的下方设有水箱；露点间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的排风机、挡水板a、布水器a及露点间接蒸发冷却器；直接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器b及填料；排风口位于排风机上方的机组壳体顶壁上；回风口及二次空气进风口之间的机组壳体侧壁与露点间接蒸发冷却器之间水平设置有隔板，隔板套在空气过滤器上；

还包括有水管c，水管c的一端与水箱连接，水管c的另一端连接有水管a及水管b，水管a与布水器a连接，水管b与布水器b连接；

水管c上设置有水泵及电子水处理仪；空调系统控制器与水泵及排风机连接。

水管c上还设置有阀门a，阀门a位于水泵及电子水处理仪之间；水管a上设置有阀门b，水管b上设置有阀门c。

露点间接蒸发冷却器为包括有干通道单元及二次空气湿通道的芯体，干通道单元包括上下分布的一次空气干通道及二次空气干通道，二次空气干通道上设置有小孔，二次空气干通道通过小孔与二次空气湿通道连通。

填料为GLASdek无机填料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明空调系统采用露点间接-直接蒸发冷却相结合，机房回风入口设置中效过滤器，能够有效提高机房回风空气的洁净度，系统采用全回风形式，避免对数据中心机柜的芯片造成破坏。

(2)本发明空调系统采用太阳能光伏直驱，降低能耗，节能减排。

(3)本发明空调系统相比于传统的地板下送风形式，无需架空地板，施工方便，投资较低。

(4)本发明空调系统的气流组织形式采用热通道封闭形式，机房其余空间为冷通道，显著增大了冷通道空间和空调冗余，提高了机组的制冷效率。

(5)本发明空调系统在过渡季节和冬季，能充分利用自然冷源，通过选择性开启不同的功能段，实现不同季节使用不同模式为机房全年供冷；冬季使用时，露点间接蒸发冷却段在干工况下运行，直接蒸发冷却段可作为加湿器，避免了传统机械制冷存在冷热抵消的问题，同时提高了空调使用率，降低了数据中心的制冷能耗。

(6)本发明空调系统中的露点间接蒸发冷却段通过室外新风对机房回风间接降温处理，相比于一般的间接蒸发冷却形式，其温降幅度大，能够保证机房内的空气品质。

附图说明

图1是本发明数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统结构示意图；

图2是本发明空调系统的露点间接蒸发冷却空调机组的结构示意图；

图3是本发明空调系统内露点间接蒸发冷却器的结构示意图；

图4是本发明空调系统内光伏发电直接驱动系统的电路连接示意图。

图中，1.露点间接蒸发冷却空调机组，2.太阳能电池组，3.数据机房，4.送风管，5.机柜，6.封闭热通道，7.蓄电池组，8.直流电动机，9.空调系统控制器，10.机房回风通道，11.回风管，12.隔板，13.回风口，14.布水器a，15.排风口，16.排风机，17.挡水板a，18.水管a，19.水管b，20.布水器b，21.挡水板b，22.送风口，23.送风机，24.底座，25.填料，26.电子水处理仪，27.阀门a，28.水泵，29.水管c，30.二次空气进风口，31.水箱，32.露点间接蒸发冷却器，33.空气过滤器，34.一次空气干通道，35.二次空气湿通道，36.二次空气干通道，37.小孔，38.充放电控制器，39.阀门b，40.阀门c。

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。

本发明数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，如图1-4所示，包括有露点间接蒸发冷却空调机组1、数据机房3及光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组1与数据机房3通过回风管11及送风管4连通且形成闭合回路；

露点间接蒸发冷却空调机组1顶部设置有光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组1与光伏发电直接驱动系统连接。

数据机房3内设有多组机柜组，每组机柜组均由两个机柜5组成，且两个机柜5的出风侧相对设置，在两个机柜5的出风侧之间形成封闭热通道6，数据机房3内所有封闭热通道6均与数据机房3顶部设置的回风通道10连接，数据机房3内所有封闭热通道的空气向上汇合至机房回风通道10，通过回风管11进入露点间接蒸发冷却空调机组1实现对数据机房3回风的降温处理；数据机房3内的其它空间作为冷通道，冷通道与送风管4连接。

光伏发电直接驱动系统包括有依次连接的太阳能电池组2、充放电控制器38、蓄电池组7、直流电动机8及空调系统控制器9，空调系统控制器9与露点间接蒸发冷却空调机组1连接。

露点间接蒸发冷却空调机组1包括有机组壳体，机组壳体两相对侧壁上分别设置有回风口13及送风口22，回风口13所在的机组壳体侧壁上还设置有二次空气进风口30，二次空气进风口30设置在回风口13下方；回风口13通过回风管11与回风通道10连接，送风口22通过送风管4与冷通道连接；

机组壳体内按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤器33、间接-直接蒸发冷却单元及安装在底座24上的送风机23；送风机23为离心式风机，底座24为送风机23提供支撑。

空调系统控制器9与间接-直接蒸发冷却单元及送风机23连接。

机组壳体内还设置有挡水板b21，挡水板b21位于间接-直接蒸发冷却单元与送风机23之间。

间接-直接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口15。

间接-直接蒸发冷却单元包括有平行排列的露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段，露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段的下方设有水箱31；露点间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的排风机16、挡水板a17、布水器a14及露点间接蒸发冷却器32；直接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器b20及填料25；排风口15位于排风机16上方的机组壳体顶壁上；回风口13及二次空气进风口30之间的机组壳体侧壁与露点间接蒸发冷却器32之间水平设置有隔板12，隔板12套在空气过滤器33上，隔板12可以防止分别从回风口13及二次空气进风口30进入的两股空气混合；

还包括有水管c29，水管c29的一端与水箱31连接，水管c29的另一端连接有水管a18及水管b19，水管a18与布水器a14连接，水管b19与布水器b20连接；

水管c29上设置有水泵28及电子水处理仪26；空调系统控制器9与水泵28及排风机16连接。

水管c29上还设置有阀门a27，阀门a27位于水泵28及电子水处理仪26之间；水管a18上设置有阀门b39，水管b19上设置有阀门c40；通过控制阀门a27、阀门b39及阀门c40来选择性的开启不同的功能段。

露点间接蒸发冷却器32为包括有干通道单元及二次空气湿通道35的芯体，干通道单元包括上下分布的一次空气干通道34及二次空气干通道36，二次空气干通道36上设置有小孔37，二次空气干通道36通过小孔37与二次空气湿通道35连通；一次空气干通道34设为Z字形结构，可有效延长机房回风的处理时间。

填料25为GLASdek无机填料。

空气过滤器33为中效过滤器；排风机16为轴流式风机，布水器a14及布水器b20为喷淋式，二次空气进风口30为格栅进风口；挡水板17a、21挡水板b可吸收空气中携带的水滴。

本发明空调系统的使用方法与功能说明如下：

(1)湿工况运行模式

此模式为夏季和过渡季运行模式，室外新风(二次空气)经二次空气进风口30进入露点间接蒸发冷却器32的二次空气干通道36被预冷后依次通过小孔37进入二次空气湿通道35，通过与一次空气干通道34内的机房回风(一次空气)进行显热换热，机房回风(一次空气)在露点间接蒸发冷却器32的一次空气干通道34被室外新风(二次空气)间接冷却，最后送入数据机房3对机柜5进行降温，具体为：

封闭热通道6内的机房回风经回风管11进入露点间接蒸发冷却空调机组1，回风经空气过滤器33过滤、净化后进入露点间接蒸发器冷却器32的一次空气干通道34与二次空气湿通道35进行间接换热，冷却后的机房回风经过直接蒸发冷却段等焓降温后，在送风机23的作用下，由送风管4送至数据机房3的冷通道，吸收机柜5余热后，排出的热回风进入封闭热通道6至机房回风通道10，再通过回风管11进入露点间接蒸发冷却空调机组1，重复循环，为数据机房3提供冷量。

其中，露点间接蒸发冷却器的工作过程：室外新风经二次空气进风口30进入露点间接蒸发冷却器32的二次空气干通道36被预冷后依次通过小孔37进入二次空气湿通道35，与一次空气干通道34内的机房回风进行显热换热，在与二次空气湿通道35的水膜、一次空气干通道34的机房回风进行充分的热质交换作用后，由二次空气排风机16排出；机房回风进入露点间接蒸发冷却器32的一次空气干通道34，通过换热板与室外新风进行间接换热，等湿冷却，经送风口22通过送风管4送入数据机房3对机柜5进行降温，如此不断的循环。

此模式下，可根据室外气候的变化选择开启间接段或直接段的喷淋段。在室外极端工况下，当露点间接蒸发冷却空调机组1不能满足数据机房3的制冷需求时，可加设精密空调为机房冷通道提供更多冷量进行供冷，以满足数据机房3的环境要求。

(2)干工况运行模式

此模式为冬季运行模式，露点间接蒸发冷却段在干工况下运行，此时不喷淋循环水，机房回风和室外新风通过露点间接蒸发冷却器32进行间接换热为数据机房3提供冷量，具体为：

封闭热通道6内的机房回风经回风管11进入露点间接蒸发冷却空调机组1，回风经空气过滤器33过滤、净化后进入露点间接蒸发器冷却器32的一次空气干通道34，室外新风经二次空气进风口30进入露点间接蒸发冷却器32的二次空气干通道36被预冷后依次通过小孔37进入二次空气湿通道35进行间接换热，冷却后的机房回风在送风机23的作用下，由送风管4送至数据机房3的冷通道，吸收机柜5余热后，排出的热回风进入封闭热通道6至机房回风通道10，再通过回风管11进入露点间接蒸发冷却空调机组1，重复循环，为数据机房3提供冷量。

Claims (10)

1.数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，包括有露点间接蒸发冷却空调机组(1)、数据机房(3)及光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组(1)与数据机房(3)通过回风管(11)及送风管(4)连通且形成闭合回路；

所述露点间接蒸发冷却空调机组(1)顶部设置有光伏发电直接驱动系统，露点间接蒸发冷却空调机组(1)与光伏发电直接驱动系统连接。

2.根据权利要求1所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述数据机房(3)内设有多组机柜组，每组机柜组均由两个机柜(5)组成，且两个机柜(5)的出风侧相对设置，在两个机柜(5)的出风侧之间形成封闭热通道(6)，数据机房(3)内所有封闭热通道(6)均与数据机房(3)顶部设置的回风通道(10)连接，数据机房(3)内的其它空间作为冷通道，冷通道与送风管(4)连接。

3.根据权利要求2所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述光伏发电直接驱动系统包括有依次连接的太阳能电池组(2)、充放电控制器(38)、蓄电池组(7)、直流电动机(8)及空调系统控制器(9)，空调系统控制器(9)与露点间接蒸发冷却空调机组(1)连接。

4.根据权利要求3所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述露点间接蒸发冷却空调机组(1)包括有机组壳体，所述机组壳体两相对侧壁上分别设置有回风口(13)及送风口(22)，回风口(13)所在的机组壳体侧壁上还设置有二次空气进风口(30)，二次空气进风口(30)设置在回风口(13)下方；回风口(13)通过回风管(11)与回风通道(10)连接，送风口(22)通过送风管(4)与冷通道连接；

机组壳体内按照空气进入后的流动方向依次设置有空气过滤器(33)、间接-直接蒸发冷却单元及安装在底座(24)上的送风机(23)；

所述空调系统控制器(9)与间接-直接蒸发冷却单元及送风机(23)连接。

5.根据权利要求4所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述机组壳体内还设置有挡水板b(21)，所述挡水板b(21)位于间接-直接蒸发冷却单元与送风机(23)之间。

6.根据权利要求4所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述间接-直接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口(15)。

7.根据权利要求6所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述间接-直接蒸发冷却单元包括有平行排列的露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段，露点间接蒸发冷却段及直接蒸发冷却段的下方设有水箱(31)；所述露点间接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的排风机(16)、挡水板a(17)、布水器a(14)及露点间接蒸发冷却器(32)；所述直接蒸发冷却段包括有由上至下依次设置的布水器b(20)及填料(25)；排风口(15)位于排风机(16)上方的机组壳体顶壁上；

回风口(13)及二次空气进风口(30)之间的机组壳体侧壁与露点间接蒸发冷却器(32)之间水平设置有隔板(12)，所述隔板(12)套在空气过滤器(33)上；

还包括有水管c(29)，水管c(29)的一端与水箱(31)连接，水管c(29)的另一端连接有水管a(18)及水管b(19)，水管a(18)与布水器a(14)连接，水管b(19)与布水器b(20)连接；

所述水管c(29)上设置有水泵(28)及电子水处理仪(26)；所述空调系统控制器(9)与水泵(28)及排风机(16)连接。

8.根据权利要求7所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述水管c(29)上还设置有阀门a(27)，阀门a(27)位于水泵(28)及电子水处理仪(26)之间；水管a(18)上设置有阀门b(39)，水管b(19)上设置有阀门c(40)。

9.根据权利要求7所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述露点间接蒸发冷却器(32)为包括有干通道单元及二次空气湿通道(35)的芯体，干通道单元包括上下分布的一次空气干通道(34)及二次空气干通道(36)，二次空气干通道(36)上设置有小孔(37)，二次空气干通道(36)通过小孔(37)与二次空气湿通道(35)连通。

10.根据权利要求7所述的数据中心用光伏直驱露点间接蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述填料(25)为GLASdek无机填料。

Images