CN111050529A - 一种数据中心节能新风机组及其工作方法 - Google Patents

一种数据中心节能新风机组及其工作方法 Download PDF

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姚永明
刘庆利
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20836Thermal management, e.g. server temperature control

Abstract

本发明公开了一种数据中心节能新风机组及其工作方法。它包括框架,框架内设有新风通道和回风通道,在回风通道内设有第二热换器,回风通道与新风通道之间设有热回收装置,第二热换器与热回收装置之间的回风通道内设有内部风阀,且其与内部风阀之间的框架上设有排风风阀,热回收装置后侧的新风通道内设有第一热换器,第二热换器、第一热换器、膨胀阀、四通换向阀和压缩机连接形成直膨系统。本发明通过设置热回收装置回收排风中的能量,对新风进行预处理,在提高整机能效的同时保证了送风温度恒定,机组可设置为一体结构,也可设置为分体结构,可根据新风温湿度和设定值比较,切换组合不同的运行模式,可根据不同的工况,运行不同模式。

Description

一种数据中心节能新风机组及其工作方法
技术领域
本发明涉及数据中心节能新风机组领域,具体涉及一种数据中心节能新风机组及其工作方法。
背景技术
随着通讯网络和信息化的发展,大型的数据中心越来越多,单机机柜发热量由原来的4KW到了目前的30KW甚至更高的方向发展。为了维护数据中心设备的正常工作,需配置空调系统并常年运行,为室内提供恒温恒湿条件。为了保证空气质量和季节节能,数据中心需设有新风系统。数据中心大量散热量、新风机组常年运行工况严苛,均需大量耗能。如将机房空气直接排放,而送入机房的新风又需要预热到合适温度,大量的热量被白白浪费;夏季,外界高温高湿空气大量的热湿负荷需要制冷机组带走;如何在保证数据中心环境的条件下,进行能量回收、机组节能运行已提上了日程。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提供一种数据中心节能新风机组及其工作方法。
为实现上述目的,在第一方面,本发明提供了一种数据中心节能新风机组,包括框架,所述框架内设有新风通道和回风通道,所述新风通道内设有新风机,且其两端分别设有新风口和送风口,所述回风通道内设有回风机,且其两端分别设有回风口和排风口,所述回风通道与新风通道之间穿插设有热回收装置,所述回风口与热回收装置之间的回风通道内设有内部风阀,且其与所述内部风阀之间的框架上设有排风风阀,所述热回收装置后侧的新风通道内设有第一热换器,所述第一热换器与第二热换器、膨胀阀、四通换向阀和压缩机连接形成直膨系统。
进一步的,所述热回收装置包括板式热回收装置、转轮热回收装置和热管热回收装置。
进一步的,所述第一热换器与热回收装置之间设有表冷器。
进一步的,所述第一热换器与送风口之间设有加湿器,所述加湿器包括等温加湿器或等焓加湿器。
进一步的,所述新风机设置在送风口与第一热换器之间,所述回风机设置在回风口与第二热换器之间。
进一步的,所述第二热换器设置在回风口至排风风阀之间的回风通道内。
进一步的,所述第二热换器设置在一室外机内,且其一侧设有冷却风扇。
进一步的,所述排风风阀设置在框架的的上侧或两侧。
进一步的,所述新风口外侧设有新风温湿度传感器,所述回风口外侧设有回风温湿度传感器。
在第二方面,本发明还提供了一种上述数据中心节能新风机组的工作方法,包括夏季工况,冬季工况和春秋季工况运行模式,其中,
夏季工况,当新风温度高于室内回风的温度+预设温升值且新风湿度高于室内回风湿度时,控制排风阀关闭和内部风阀打开,以启用热回收装置,直膨系统运行制冷模式,以使第一热换器对新风降温除湿,表冷器通冷水,以对新风预冷处理;
冬季工况,当新风温度低于室内回风的温度-预设温降值且新风湿度低于室内回风湿度时,控制排风阀关闭和内部风阀打开,以启用热回收装置,直膨系统运行制热模式,以使第一热换器对新风加热,表冷器通热水,以对新风预热处理;
春秋季节工况,当温度在设定范围内且湿度偏低时,控制表冷器和直膨系统不工作,控制加湿器对空气进行加湿,并控制内部风阀关闭和排风阀打开,以停用热回收装置;当新风温度在设定范围内且湿度偏高时,控制表冷器和加湿器停止工作,直膨系统运行制冷工况,且压缩机节能卸载运行,以使第一热换器对空气进行除湿,并防止送风温度过低,并控制内部风阀关闭和排风阀打开,以停用热回收装置。
有益效果:第一、本发明的机组新风进口处设置热回收装置,可以回收排风中的能量,对新风进行预冷(热)除湿处理;
第二、机组为一体式,第二热换器放置在排风通道内,对排风空气进行能量回收。夏季,室内排风温度低于室外新风温度,制冷系统冷凝温度降低,有利于提高压缩机能效;冬季,室内排风温度高于室外环境温度,制冷系统第一热换器温度较高,不会产生结霜现象,整机不用停机融霜,在提供整机能效的同时保证了送风温度恒定。
第三、数据中心均设有冷水提供,预冷表冷器利用高温水对空气进行预处理,和制冷系统对空气进行分级处理,提高整机能效。
第四、机组可以设置为一体式结构,也可设置为分体式结构,可根据需要进行选型;
第五、制冷系统为热泵系统,并配有加湿系统,根据新风温湿度和设定值比较,切换组合不同的运行模式;
第六、机组设有排风风阀和内部风阀,根据不同的工况,两个风阀切换开启,改变排风通道,进行不同模式的运行。
附图说明
图1是一体式板式热回收装置的数据中心节能新风机组的结构示意图;
图2是一体式转轮热回收装置的数据中心节能新风机组的结构示意图;
图3是分体式板式热回收装置的数据中心节能新风机组的结构示意图;
图4是分体式转轮热回收装置的数据中心节能新风机组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1至4所示,本发明实施例提供了一种数据中心节能新风机组,包括框架100,在框架100内设有新风通道101和回风通道102,在新风通道101内设有新风机8,在新风通道101的两端分别设有新风口103和送风口104。在回风通道102内设有回风机10,在回风通道102的两端分别设有回风口105和排风口106。在回风通道102与新风通道101之间穿插设有热回收装置1,在回风口105与热回收装置1之间的回风通道102内设有内部风阀13,在回风口105与内部风阀13之间的框架100上设有排风风阀12。沿新风气流方向,在热回收装置1后侧的新风通道101内设有第一热换器3,压缩机6、四通换向阀7、第二热换器11、膨胀阀5和第一热换器3连接形成直膨系统,具体的,第二热换器11通过四通换向阀7与压缩机6的出口端连接,第二热换器11与第一热换器3之间连接有膨胀阀5,第一热换器3通过四通换向阀7与压缩机6的入口端连接。需要说明的是,上述是以一个直膨系统为例说明,也可以是两个以上。
本发明实施例的热回收装置1可以采用板式热回收装置、转轮热回收装置和热管热回收装置中的任意一种,均可将回风中的热量回收利用。还可在第一热换器3与热回收装置1之间设置表冷器2,表冷器2夏季可以为采用冷冻水、江水源或湖水源等温度较低的水,对新风进行预冷处理;冬季可以通热水,新风预热处理;当无供水条件时,可无预处理表冷器2。还可以在第一热换器3与送风口104之间设设置加湿器4,加湿器4可以采用等温加湿器或等焓加湿器。
本发明实施例的新风机8优选设置在送风口104与第一热换器3之间。回风机10优选设置在回风口105与第二热换器11之间。排风风阀12可以设置在框架100的上侧或两侧。为了便于采集新风和回风的温湿度,在新风口103处设有新风温湿度传感器14,在回风口105处设有回风温湿度传感器9,新风温湿度传感器14和回风温湿度传感器9分别优选设置在新风口103和回风口105的外侧,避免受机组内部因素影响,测量的数据更为精确。
本发明实施例的新风机组可以是一体式结构,也可以是分体式结构。采用一体式结构时,将第二热换器11设置在回风口105至排风风阀12之间的回风通道102内,利用室内回风对第二换热器11进行热交换。当采用分体式结构时,将第二热换器11设置在一室外机107内,在第二热换器11的一侧设置冷却风扇15,利用冷却风扇15引入空气与第二热换器11进行热交换。
本发明的工作方法为:
机组包括夏季工况,冬季工况和春秋季工况三种运行模式,具体的运行哪种工况,可人为设定,也可由机组自动判断运行。机组运行期间,送风机8和回风机10时刻运行对机房换气。
夏季工况,外界新风高温高湿,新风温湿度传感器14检测新风温湿度,回风温湿度传感器9检测室内回风温湿度,当新风温度高于室内回风的温度+预设温升值且新风湿度高于室内回风湿度时,控制排风阀12关闭、内部风阀13打开,热回收装置1启用。直膨系统运行制冷模式,压缩机6启动,表冷器2通冷水,新风进风在热回收装置1对回风进行能量回收,初步降温除湿后,再经表冷器2预处理和第一热换器3进一步降温除湿后,通过送风机8送入机房,室内回风在回风机10作用下,经过第二热换器11带走制冷系统冷凝热略升温后,通过内部风阀13进到热回收装置1,吸收新风的热湿负荷后,排出室外。直至室内的空气焓值达到设定值,直膨系统停止运行。
冬季工况,外界新风低温低湿,新风温湿度传感器14检测新风温度,回风温湿度传感器9检测室内回风温湿度,当新风温度低于室内回风的温度-预设温降值且新风湿度低于室内回风湿度时,控制排风阀12关闭、内部风阀13打开,热回收装置1启用。直膨系统运行制热模式,压缩机6启动,表冷器2通热水,新风进风在热回收装置1对回风进行能量回收,初步升温加湿后,再经表冷器2预处理和第一热换器3进一步升温,加湿器4对空气加湿后通过送风机8送入机房。室内回风在回风机10作用下,经过第二热换器11带走制冷系统制冷量略降温后,通过内部风阀13进到热回收装置1,吸收新风的冷负荷后,排出室外。直至室内温度达到温度设定值时,直膨系统停止工作。当室内湿度达到湿度设定值时,加湿器4停止工作。
春秋季节工况,新风温湿度传感器14检测新风温度,当温度在设定范围内,湿度偏低时,表冷器2和制冷系统不工作,加湿器4工作对空气进行加湿。控制内部风阀13关闭、排风阀12打开,使机组热回收装置1停用,回风通过排风阀12排放。当新风温度在设定范围内,湿度偏高时,表冷器2和加湿器4不工作,直膨系统运行除湿模式,控制压缩机6启动并节能卸载运行,第一热换器4对空气进行除湿的同时,又可避免送风温度过低。控制内部风阀13关闭、排风阀12打开,机组热回收装置1停用,回风对第二热换器11散热后通过排风阀12排放。
以上三种工况中单独的机房温度调节控制,均单独通过直膨系统对新风降温和加热来实现。需要说明的是,上述预设温升值是为了避免一体式机组在夏季工况下回风经过第一第二热换器9所产生的升温所造成的影响,防止实际经过热交换装置1的空气温度高于新风温度,使热交换装置1产生负面效果,当机组为分体式结构时,预设温升值为0。同样,预设温降值是为了避免一体式机组在冬季工况下回风经过第一第二热换器9所产生的降温所造成的影响,防止实际经过热交换装置1的空气温度低于新风温度,使交换装置1产生负面效果,当机组为分体式结构时,预设温降值也为0。对于一体式机组的预设温升值和预设温降值可估算得出,也可在相应工况下机组运行稳定后测量得出。也可在内部风阀13的前侧增设一个温度传感器,采集经过第二热换器11后的空气温度与进风温度比较,来选择相应的工况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,其它未具体描述的部分,属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据中心节能新风机组,包括框架,所述框架内设有新风通道和回风通道,所述新风通道内设有新风机,且其两端分别设有新风口和送风口,所述回风通道内设有回风机,且其两端分别设有回风口和排风口,其特征在于,所述回风通道与新风通道之间穿插设有热回收装置,所述回风口与热回收装置之间的回风通道内设有内部风阀,且其与所述内部风阀之间的框架上设有排风风阀,所述热回收装置后侧的新风通道内设有第一热换器,所述第一热换器与第二热换器、膨胀阀、四通换向阀和压缩机连接形成直膨系统。
2.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述热回收装置包括板式热回收装置、转轮热回收装置和热管热回收装置。
3.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述第一热换器与热回收装置之间设有表冷器。
4.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述第一热换器与送风口之间设有加湿器,所述加湿器包括等温加湿器或等焓加湿器。
5.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述新风机设置在送风口与第一热换器之间,所述回风机设置在回风口与第二热换器之间。
6.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述第二热换器设置在回风口至排风风阀之间的回风通道内。
7.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述第二热换器设置在一室外机内,且其一侧设有冷却风扇。
8.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述排风风阀设置在框架的上侧或两侧。
9.根据权利要求1所述的数据中心节能新风机组,其特征在于,所述新风口外侧设有新风温湿度传感器,所述回风口外侧设有回风温湿度传感器。
10.一种如权利要求1至9任一所述的数据中心节能新风机组的工作方法,其特征在于,包括夏季工况,冬季工况和春秋季工况运行模式,其中,
夏季工况,当新风温度高于室内回风的温度+预设温升值且新风湿度高于室内回风湿度时,控制排风阀关闭和内部风阀打开,以启用热回收装置,直膨系统运行制冷模式,以使第一热换器对新风降温除湿,表冷器通冷水,以对新风预冷处理;
冬季工况,当新风温度低于室内回风的温度-预设温降值且新风湿度低于室内回风湿度时,控制排风阀关闭和内部风阀打开,以启用热回收装置,直膨系统运行制热模式,以使第一热换器对新风加热,表冷器通热水,以对新风预热处理;
春秋季节工况,当温度在设定范围内且湿度偏低时,控制表冷器和直膨系统不工作,控制加湿器对空气进行加湿,并控制内部风阀关闭和排风阀打开,以停用热回收装置;当新风温度在设定范围内且湿度偏高时,控制表冷器和加湿器停止工作,直膨系统运行制冷工况,且压缩机节能卸载运行,以使第一热换器对空气进行除湿,并防止送风温度过低,并控制内部风阀关闭和排风阀打开,以停用热回收装置。
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