CN110769646B - 一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，包括间接蒸发冷却机组、与间接蒸发冷却机组通过回风管道和送风管道连接形成循环回路的数据机房以及与间接蒸发冷却机组通过冷冻水供水管和冷冻水回水管连接形成循环回路的溴化锂吸收式冷水机模块。本发明的一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，将蒸发冷却与溴化锂吸收式制冷结合，溴化锂吸收式冷水机回收利用数据机房的大量热量作为热源，制取冷水为间接蒸发冷却空调机组进行辅助冷却降温，进而满足数据中心全年的降温需求且能耗低。

Description

一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，涉及一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统。

背景技术

随着数据业务和网络发展的快速化，数据中心规模不断扩大，数据中心电力消耗也越来越来多，而数据中心机房消耗电能最多的依次是空调、送风系统、环境调节设备，消耗电能约占总机房电能的45％左右，因此采用节能冷却方法是数据中心节能减排的迫切需求。

从节能考虑，目前存在直接利用室外冷源—室外新风为机房降温的方案以及间接利用室外冷源—转轮热回收或冷水系统为机房降温的方案。

当采用室外新风作为冷源时，为了保证新风洁净度，机组需要配置中效过滤器和化学过滤器，其中，化学过滤器价格非常昂贵，而且无法清洗反复利用，造成机组投资成本和运行成本非常大；当使用转轮热回收自然冷却时，由于转轮热回收空调体积过于庞大，需要给转轮热回收空调机组单独设计放置区域，现场安装工程量大，建设投资较大；当使用冷水系统自然冷却时，空调设备需要配置室外水塔，且只有在水塔的出水温度比冷冻水温度(一般为7℃)低2～5℃时，才能停止压缩机的使用，采用水塔的冷却水直接冷却空调的冷冻水系统，但是，由于全年大部分时间处理水的温度高于5℃，因此可以直接利用室外自然冷源的时间段短，节能幅度不大，而且使用冷水系统自然冷却时管路复杂，运行维护工作量大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，将蒸发冷却与溴化锂吸收式制冷结合，溴化锂吸收式冷水机回收利用数据机房的大量热量作为热源，制取冷水为间接蒸发冷却空调机组进行辅助冷却降温，进而满足数据中心全年的降温需求且能耗低。

本发明所采用的技术方案是，一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，包括间接蒸发冷却机组、与间接蒸发冷却机组通过回风管道和送风管道连接形成循环回路的数据机房以及与间接蒸发冷却机组通过冷冻水供水管和冷冻水回水管连接形成循环回路的溴化锂吸收式冷水机模块。

本发明的特征还在于，

间接蒸发冷却机组包括机组壳体，机组壳体相对应的两侧壁上分别设置有一次空气进风口和一次空气送风口，机组壳体内按照一次空气流向依次设置有空气过滤器a、间接蒸发冷却单元、直接蒸发冷却单元、蛇形冷却盘管以及一次空气送风机，蛇形冷却盘管与溴化锂吸收式冷水机模块通过冷冻水供水管和冷冻水回水管连接形成循环回路，回风管道和送风管道分别与一次空气进风口和一次空气送风口连接。

间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却换热器，立管间接蒸发冷却换热器上方由下到上依次设置有高压喷雾布水器a、二次空气排风机以及二次空气排风口，立管间接蒸发冷却换热器下方设置有空气过滤器b，空气过滤器b下方对应的机组壳体两侧壁上还设置有二次空气进风口，机组壳体底部设置有集水箱b，集水箱b通过水管a与高压喷雾布水器a连接，高压喷雾布水器a朝板立管间接蒸发冷却换热器喷淋。

水管a上还设置有水泵b。

直接蒸发冷却单元包括填料，填料上方设置有高压喷雾布水器b，填料下方设置有集水箱a，集水箱a通过水管b连接高压喷雾布水器b，高压喷雾布水器b朝填料喷淋。

水管b上还设置有水泵a。

数据机房内设置有多个服务器机柜组，每个服务器机柜组由两个服务器机柜构成，且两个服务器机柜出风侧呈相对设置，在两个服务器机柜的出风侧之间形成热通道，所有热通道汇合后与回风管道连接，机房内的其余空间作为冷通道，送风管道连接冷通道。

溴化锂吸收式冷水机模块包括依次连接并形成回路的蒸发器、吸收器、发生器及冷凝器，吸收器和发生器之间通过溶液热交换器双向连接，发生器还通过热源供水管和热源回水管连接有热回收装置并与热回收装置形成循环回路，蒸发器通过冷冻水供水管和冷冻水回水管连接蛇形冷却盘管并形成循环回路，热回收装置位于回风管道内。

冷凝器流向蒸发器的第四连通管上还设置有节流阀。

吸收器流向发生器的第二连通管上还设置有溶液泵。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将蒸发冷却与溴化锂吸收式制冷结合，溴化锂吸收式冷水机回收利用数据机房的大量热量作为热源，制取冷水为间接蒸发冷却空调机组进行辅助冷却降温，进而满足数据中心全年的降温需求。

(2)本发明利用风侧间接蒸发冷却技术为数据机房降温，在保证机房温湿度范围的同时与外界空气无掺混，确保了机房对空气品质的要求。

(3)本发明利用自然冷却能源和设备散热量，实现了低品位能源的有效利用，降低了空调系统的能耗，达到节能最大化的效果。

(4)本发明相比于空调水系统，其系统形式简单，施工周期短，易于维护运行。

附图说明

图1是本发明一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统的结构示意图；

图2是本发明一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统中溴化锂吸收式冷水机模块的结构示意图。

图中，1.回风管道，2.一次空气进风口，3.空气过滤器a，4.立管间接蒸发冷却换热器，5.高压喷雾布水器a，6.二次空气排风机，7.二次空气排风口，8.水管a，9.水管b，10.高压喷雾布水器b，11.蛇形冷却盘管，12.一次空气送风机，13.一次空气送风口，14.填料，15.集水箱a，16.水泵a，17.集水箱b，18.水泵b，19.空气过滤器b，20.二次空气进风口，21.冷冻水供水管，22.冷冻水回水管，23.蒸发器，24.溴化锂吸收式冷水机模块，25.发生器，26.热源供水管，27.热源回水管，28.热回收装置，29.送风管道，30.冷通道，31.热通道，32.服务器机柜，33.第一连通管，34.冷凝器，35.节流阀，36.第四连通管，37.吸收器，38.溶液泵，39.溶液热交换器，40.第二连通管，41.第三连通管，42.间接蒸发冷却机组，43.数据机房。

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。

一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，包括间接蒸发冷却机组42、与间接蒸发冷却机组42通过回风管道1和送风管道29连接形成循环回路的数据机房43以及与间接蒸发冷却机组42通过冷冻水供水管21和冷冻水回水管22连接形成循环回路的溴化锂吸收式冷水机模块24。

间接蒸发冷却机组包括机组壳体，机组壳体相对应的两侧壁上分别设置有一次空气进风口2和一次空气送风口13，机组壳体内按照一次空气流向依次设置有空气过滤器a3、间接蒸发冷却单元、直接蒸发冷却单元、蛇形冷却盘管11以及一次空气送风机12，蛇形冷却盘管11与溴化锂吸收式冷水机模块24通过冷冻水供水管21和冷冻水回水管22连接形成循环回路，回风管道1和送风管道29分别与一次空气进风口2和一次空气送风口13连接。

间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却换热器4，立管间接蒸发冷却换热器4上方由下到上依次设置有高压喷雾布水器a5、二次空气排风机6以及二次空气排风口7，立管间接蒸发冷却换热器4下方设置有空气过滤器b19，空气过滤器b19下方对应的机组壳体两侧壁上还设置有二次空气进风口20，机组壳体底部设置有集水箱b17，集水箱b17通过水管a8与高压喷雾布水器a5连接，高压喷雾布水器a5朝板立管间接蒸发冷却换热器4喷淋。

水管a8上还设置有水泵b18。

直接蒸发冷却单元包括填料14，填料14上方设置有高压喷雾布水器b10，填料14下方设置有集水箱a15，集水箱a15通过水管b9连接高压喷雾布水器b10，高压喷雾布水器b10朝填料14喷淋。

水管b9上还设置有水泵a16。

数据机房43内设置有多个服务器机柜组，每个服务器机柜组由两个服务器机柜32构成，且两个服务器机柜32出风侧呈相对设置，在两个服务器机柜20的出风侧之间形成热通道31，所有热通道31汇合后与回风管道1连接，机房18内的其余空间作为冷通道30，送风管道29连接冷通道30。

溴化锂吸收式冷水机模块24包括依次连接并形成回路的蒸发器23、吸收器37、发生器25及冷凝器34，吸收器37和发生器25之间通过溶液热交换器39双向连接，发生器25还通过热源供水管26和热源回水管27连接有热回收装置28并与热回收装置28形成循环回路，蒸发器23通过冷冻水供水管21和冷冻水回水管22连接蛇形冷却盘管11并形成循环回路，热回收装置28位于回风管道1内，发生器25流向吸收器37的管道为第三连通管41，发生器25流向冷凝器34的管道为第一连通管33。

冷凝器34流向蒸发器23的第四连通管36上还设置有节流阀35。

吸收器37流向发生器25的第二连通管40上还设置有溶液泵38。

本发明一次空气送风机12为离心式风机，二次空气排风机6为轴流风机。

本发明数据机房43气流组织采用下送上回、冷通道30和热通道31分离的形式；热回收装置28设置于数据机房43的回风管道1里，用于回收利用数据机房43的设备散热量。

本发明蒸发冷却空调系统的工作原理为：

数据机房43内的回风经回风管道1从一次空气进风口1进入间接蒸发冷却机组，经过空气过滤器a3净化过滤后，流经立管间接蒸发冷却换热器4的干通道，室外空气通过二次空气进风口20经过空气过滤器b19净化过滤后，流向立管间接蒸发冷却换热器4湿通道，与干通道内的回风进行换热，回风将热量传递给湿通道侧的二次空气，回风一次空气被冷却降温，并在直接直接蒸发冷却单元再次降温及加湿，再通过一次空气送风机12提供的动力，经过蛇形冷却盘管11再次进行冷却降温，最后被冷却加湿的一次空气从一次空气送风口13经过送风管道29送入数据机房43的冷通道30，一次空气如此形成循环，从而达到对数据机房的降温效果，二次空气则再通过二次空气排风机6提供的动力，最后携带热量的二次空气从二次空气排风口7排出。

布水系统的工作过程：间直接蒸发冷却单元，通过水泵b18提供的动力，集水箱b17的水经水管a8输送到高压喷雾布水器a5对立管间接蒸发冷却换热器4喷雾布水；直接蒸发冷却单元：通过水泵a16提供动力，将集水箱a15中的水通过水管b9输送到高压喷雾布水器b10，高压喷雾布水器b10在喷雾填料14上喷雾后形成一层水膜，实现对空气的加湿以及进一步冷却的作用。

溴化锂吸收式冷水机模块24的工作过程：在吸收器37中，用液态吸收剂不断吸收蒸发器23中被气化的制冷剂，以达到维持蒸发器23内低压的目的；吸收剂吸收制冷剂蒸气形成制冷剂-吸收剂溶液；制冷剂-吸收剂溶液经溶液泵38升压后由第二连通管40经溶液热交换器39送入发生器25内，然后再由发生器25送出沿第三连通管41送回吸收器37内，期间通过溶液热交换器39、发生器25的处理，回到吸收器37的制冷剂-吸收剂溶液进行了换热，有效提高了进入发生器25中冷溶液的温度，减少了发生器25所耗散的热量；在发生器25中，经换热处理的制冷剂-吸收剂溶液被来自热回收装置28上连接的外热源供水管26中的混合热水加热至沸腾，其中沸点较低的制冷剂气化形成高压气态制冷剂，与吸收剂分离，然后制冷剂蒸气进入冷凝器34放热，再流经节流阀35制冷剂液化形成低压液态制冷剂，在蒸发器23中气化吸热进行制冷，而冷冻水回水管22内的冷水经蒸发器23换热之后通过冷冻水供水管21送到空调机组内的蛇形冷却盘管11中对室内一次空气再次进行冷却降温；吸收剂浓缩后则返回吸收器37再次吸收低压气态制冷剂，而加热制冷剂-吸收剂溶液后的热水通过外热源回水管27回到数据机房43回风管道1里的热回收装置28中继续回收利用数据机房43设备的散热量，如此形成循环。

本发明蒸发冷却空调系统有三种工作模式，工作过程具体如下：

(1)干模式

在冬季，当外界环境温度较低时，空调系统运行为干模式；此时，间接蒸发冷却机组42的喷淋蒸发系统和溴化锂吸收式冷水机模块24都不运行，低温新风从二次空气进风口20进入，经空气过滤器b 19过滤，进入立管间接蒸发冷却换热器4管内侧进行换热，后经二次空气排风机6，从二次空气排风口7排出；数据机房43较高温度的回风先通过一次空气进风口2进入机组，经过空气过滤器a3过滤，流经立管间接蒸发冷却换热器4管外侧被室外低温新风直接冷却后，由一次空气送风机12经一次空气送风口13再通过送风管道29送入数据机房43的冷通道30对服务器机柜32进行降温。

(2)湿模式

在过渡季节，当外界环境温度较温和时，空调系统运行在湿模式；此时，间接蒸发冷却机组42的喷淋蒸发系统运转，而溴化锂吸收式冷水机模块24仍然不运行，高压喷雾布水器a5向立管间接蒸发冷却换热器4的管内侧喷雾布水，低温新风从二次空气进风口20进入，经过空气滤器b19过滤，进入立管间接蒸发冷却换热器4的管内侧进行换热，后经二次空气排风机6，从二次空气排风口7排出；数据机房43较高温度的回风通过回风管道1经一次空气进风口2进入间接蒸发冷却空调机组模块42，经过空气滤器a3过滤，流经立管间接蒸发冷却换热器4的管外侧与管内侧的二次空气进行换热，被冷却后的数据机房43回风，由一次空气送风机12经一次空气送风口13通过送风管道29送入数据机房43。根据数据机房43对湿度的要求，可调节的开启或关闭直接蒸发冷却单元决定是否进行加湿。

(3)复合模式

在炎热的夏季，当室外温度较高且湿球温度也较高时，空调系统运行在混合模式。此时，间接蒸发冷却机组42的喷淋蒸发系统和溴化锂吸收式冷水机模块24同时运行，共同来达到需要的制冷量，间接蒸发冷却机组42的喷淋蒸发系统高压喷雾布水器a5向立管间接蒸发冷却换热器4的管内侧喷雾布水；低温新风从二次空气进风口20进入，经过空气滤器b19过滤，进入立管间接蒸发冷却换热器4的管内侧进行换热，后经二次空气排风机6提供的动力，从二次空气排风口7排出；数据机房43较高温度的回风通过回风管道1经一次空气进风口2进入间接蒸发冷却空调机组模块42，经过空气滤器a3过滤，流经立管间接蒸发冷却换热器4的管外侧与管内侧的二次空气进行换热，再通过蛇形冷却盘管11冷却降温，被冷却后的数据机房43回风，由一次空气送风机12经一次空气送风口13通过送风管道29送入数据机房43，如此循环。此运行模式，溴化锂吸收式冷水机模块24通过在回风管道1内设置的热回收装置28来作为溴化锂吸收式冷水机模块24的驱动热源。

Claims (8)

1.一种适用于数据中心节能高效的蒸发冷却空调系统，其特征在于，包括间接蒸发冷却机组(42)、与间接蒸发冷却机组(42)通过回风管道(1)和送风管道(29)连接形成循环回路的数据机房(43)以及与所述间接蒸发冷却机组(42)通过冷冻水供水管(21)和冷冻水回水管(22)连接形成循环回路的溴化锂吸收式冷水机模块(24)；

所述间接蒸发冷却机组包括机组壳体，所述机组壳体相对应的两侧壁上分别设置有一次空气进风口(2)和一次空气送风口(13)，所述机组壳体内按照一次空气流向依次设置有空气过滤器a(3)、间接蒸发冷却单元、直接蒸发冷却单元、蛇形冷却盘管(11)以及一次空气送风机(12)，所述蛇形冷却盘管(11)与所述溴化锂吸收式冷水机模块(24)通过冷冻水供水管(21)和冷冻水回水管(22)连接形成循环回路，所述回风管道(1)和送风管道(29)分别与所述一次空气进风口(2)和一次空气送风口(13)连接；

所述溴化锂吸收式冷水机模块(24)包括依次连接并形成回路的蒸发器(23)、吸收器(37)、发生器(25)及冷凝器(34)，所述吸收器(37)和发生器(25)之间通过溶液热交换器(39)双向连接，所述发生器(25)还通过热源供水管(26)和热源回水管(27)连接有热回收装置(28)并与所述热回收装置(28)形成循环回路，所述蒸发器(23)通过冷冻水供水管(21)和冷冻水回水管(22)连接所述蛇形冷却盘管(11)并形成循环回路，所述热回收装置(28)位于所述回风管道(1)内。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述间接蒸发冷却单元包括立管间接蒸发冷却换热器(4)，所述立管间接蒸发冷却换热器(4)上方由下到上依次设置有高压喷雾布水器a(5)、二次空气排风机(6) 以及二次空气排风口(7)，所述立管间接蒸发冷却换热器(4)下方设置有空气过滤器b(19)，所述空气过滤器b(19)下方对应的机组壳体两侧壁上还设置有二次空气进风口(20)，所述机组壳体底部设置有集水箱b(17)，所述集水箱b(17)通过水管a(8)与所述高压喷雾布水器a(5)连接，所述高压喷雾布水器a(5)朝板立管间接蒸发冷却换热器(4)喷淋。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述水管a(8)上还设置有水泵b(18)。

4.根据权利要求1所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却单元包括填料(14)，所述填料(14)上方设置有高压喷雾布水器b(10)，所述填料(14)下方设置有集水箱a(15)，所述集水箱a(15)通过水管b(9)连接所述高压喷雾布水器b(10)，所述高压喷雾布水器b(10)朝填料(14)喷淋。

5.根据权利要求4所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述水管b(9)上还设置有水泵a(16)。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述数据机房(43)内设置有多个服务器机柜组，每个所述服务器机柜组由两个服务器机柜(32)构成，且两个服务器机柜(32)出风侧呈相对设置，在两个服务器机柜(20)的出风侧之间形成热通道(31)，所有所述热通道(31)汇合后与回风管道(1)连接，所述机房(43)内的其余空间作为冷通道(30)，所述送风管道(29)连接所述冷通道(30)。

7.根据权利要求1所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述冷凝器(34)流向蒸发器(23)的第四连通管(36)上还设置有节流阀(35)。

8.根据权利要求1所述的蒸发冷却空调系统，其特征在于，所述吸收器(37)流向发生器(25)的第二连通管(40)上还设置有溶液泵(38)。

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