CN112212428A - 基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，包括设置在机房外的供电系统及通过导线与供电系统连接的机房内系统，机房内分隔为数据中心室和制冷室，其中制冷室内按进风方向设置有直接蒸发冷却系统和间接蒸发冷却系统，制冷室内还设置有机械制冷系统，制冷室通过送回风系统与数据中心室相连接。本发明基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，效率高、能耗低，而且安装简便、适用性广。

Description

基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统
技术领域
本发明属于蒸发冷却与蒸发冷凝空调技术领域，具体涉及一种基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统。
背景技术
如今，随着5G技术、云计算、物联网的深入发展，边缘化的数据中心、数据机房或者基站会得到更广泛的应用，当前国家大力倡导推动绿色数据中心创建，引导数据中心走高效、清洁、集约、循环的发展道路，实现数据中心持续健康发展，但是现有的机械制冷空调存在制冷效率低，能耗高的缺点，并不符合绿色数据中心的理念。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，效率高、能耗低，而且安装简便、适用性广。
本发明所采用的技术方案是，基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，包括设置在机房外的供电系统及通过导线与供电系统连接的机房内系统，机房内分隔为数据中心室和制冷室，其中制冷室内按进风方向设置有直接蒸发冷却系统和间接蒸发冷却系统，制冷室内还设置有机械制冷系统，制冷室通过送回风系统与数据中心室相连接。
本发明的特点还在于，
直接蒸发冷却系统、间接蒸发冷却系统和机械制冷系统下方设置有三系统共用的循环水箱，循环水箱上设置有补水口和泄水口。
供电系统包括设置在机房顶部的太阳能光伏发电辐射板，太阳能光伏发电辐射板通过导线连接设置在机房侧壁上的光伏逆变储电柜，光伏逆变储电柜还通过导线与设置在机房侧壁上的市政电网并电装置相连接。
直接蒸发冷却系统包括直接蒸发冷却填料，直接蒸发冷却填料上方设置有直接蒸发冷却器布水器，直接蒸发冷却器布水器通过直接蒸发冷却器循环水供水管、直接蒸发冷却器循环水泵与循环水箱相连接，直接蒸发冷却填料对应的机房侧壁上开有的空调系统新风进风口，直接蒸发冷却填料与空调系统新风进风口之间设置有直接蒸发冷却器初级过滤器。
间接蒸发冷却系统包括立管式间接蒸发器，立管式间接蒸发器上方设置有间接蒸发冷器管外布水器，间接蒸发冷器管外布水器通过间接蒸发冷却器循环水供水管、间接蒸发冷却器循环水泵与循环水箱相连接。
机械制冷系统包括通过冷凝液管道连接成闭合回路的表冷器、压缩机、蒸发冷凝散热盘管和机械制冷膨胀阀，蒸发冷凝散热盘管上方设置有机械制冷蒸发冷凝布水器，机械制冷蒸发冷凝布水器通过机械制冷蒸发冷凝循环水供水管、机械制冷蒸发冷凝循环水泵与循环水箱连接，机械制冷蒸发冷凝布水器上方设置有离心式排风机，离心式排风机对应的机房侧壁上开有空调系统排风口。
压缩机由机械制冷压缩机保护隔板全封闭保护。
送回风系统包括设置在间接蒸发冷却系统下方的离心送风机，离心送风机通过送风软管连接至设置在数据中心室内下方的送风层，送风层上方对应数据中心机柜的位置开有送风口，数据中心室内上方设置有回风层，回风层下侧开有回风口，回风层与间接蒸发冷却系统相连接。
机房外侧下方设置有系统模块基座，机房数据中心一侧开有数据中心模块大门。
本发明空调系统的有益效果是：
(1)制冷系统采用光伏发电作为动力能量来源，以蒸发冷凝以及间接、直接蒸发冷却技术，通过风冷进行高效降温散热，以间接、直接蒸发冷却及蒸发冷凝技术进行散热的辅助机械制冷技术对数据中心回风进行高效降温散热，使得整个系统模块化、集成化、预制化程度大幅度提高，安装方便、运维方式安全可靠、绿色、经济、环保。
(2)当该空调系统运行时，直接蒸发冷却器循环水泵开始运作，布水器开始喷淋循环水在填料上，从进风口进来的新风流经填料、与附在填料表面的水膜发生绝热热湿交换，使得进风得到预冷，进而进一步流入立管式间接蒸发冷却器作为二次空气在管外流动，以实现间接蒸发冷却器的高效运作状态。
附图说明
图1是本发明空调系统侧后视外部结构示意图；
图2是本发明空调系统侧前视外部结构示意图；
图3是本发明空调系统经侧剖线B的剖视图；
图4是本发明空调系统经侧剖线A的剖视图。
图中，1.太阳能光伏发电辐射板，2.光伏逆变储电柜，3.市政电网并电装置，4.送风口，5.送风层，6.送风软管，7.离心送风机，8.系统模块基座，9.泄水口，10.补水口，11.间接蒸发冷却器循环水泵，12.表冷器，13.间接蒸发冷却器循环水供水管，14立管式间接蒸发器，15.间接蒸发冷器管外布水器，16.回风层，17.回风口，18.离心式排风机，19.空调系统排风口，20.机械制冷蒸发冷凝布水器，21.机械制冷蒸发冷凝循环水供水管，22.蒸发冷凝散热盘管，23.机械制冷蒸发冷凝循环水泵，24.机械制冷压缩机保护隔板，25.压缩机，26.直接蒸发冷却器循环水泵，27.直接蒸发冷却填料，28.空调系统新风进风口，29.直接蒸发冷却器初级过滤器，30.直接蒸发冷却器布水器，31.直接蒸发冷却器循环水供水管，32.数据中心模块大门，33.机械制冷膨胀阀，34.循环水箱。
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。
本发明基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，如图3、4所示，包括设置在机房外的供电系统及通过导线与供电系统连接的机房内系统，机房内分隔为数据中心室和制冷室，其中制冷室内按进风方向设置有直接蒸发冷却系统和间接蒸发冷却系统，制冷室内还设置有机械制冷系统，制冷室通过送回风系统与数据中心室相连接。直接蒸发冷却系统、间接蒸发冷却系统和机械制冷系统下方设置有三系统共用的循环水箱34，循环水箱34上设置有补水口10和泄水口9。
直接蒸发冷却系统包括直接蒸发冷却填料27，直接蒸发冷却填料27上方设置有直接蒸发冷却器布水器30，直接蒸发冷却器布水器30通过直接蒸发冷却器循环水供水管31、直接蒸发冷却器循环水泵26与循环水箱34相连接，直接蒸发冷却填料27对应的机房侧壁上开有的空调系统新风进风口28，直接蒸发冷却填料27与空调系统新风进风口28之间设置有直接蒸发冷却器初级过滤器29。
间接蒸发冷却系统包括立管式间接蒸发器14，立管式间接蒸发器14上方设置有间接蒸发冷器管外布水器15，间接蒸发冷器管外布水器15通过间接蒸发冷却器循环水供水管13、间接蒸发冷却器循环水泵11与循环水箱34相连接。首先室外已被预冷的空气作为二次侧空气进入立管式间接蒸发冷却器14在立管式间接蒸发冷却湿通道与经过循环水箱34再到立管式间接蒸发冷却循环水供水管13和间接蒸发冷却器循环水泵11加压后送入间接蒸发冷器管外布水器15的喷淋循环水在立管式间接蒸发冷却湿通道(即二次空气侧)发生直接直接蒸发冷却过程而为一次侧提供降温动力，而其一次侧空气为来自经过吸收数据中心内部空气热量的热的回风经回风口17再通过回风层16经立管式间接蒸发冷却器的一次侧发生间接的等湿降温过程，被冷却的数据中心室内回风再经过一次侧离心式送风机7压入送风层5再最终经过下部的送风口4重新又送回数据中心内部如此循环往复的对数据中心内环境进行降温冷却。
机械制冷系统包括通过冷凝液管道连接成闭合回路的表冷器12、压缩机25、蒸发冷凝散热盘管22和机械制冷膨胀阀33，蒸发冷凝散热盘管22上方设置有机械制冷蒸发冷凝布水器20，机械制冷蒸发冷凝布水器20通过机械制冷蒸发冷凝循环水供水管21、机械制冷蒸发冷凝循环水泵23与循环水箱34连接，机械制冷蒸发冷凝布水器20上方设置有离心式排风机18，离心式排风机18对应的机房侧壁上开有空调系统排风口19。压缩机25由机械制冷压缩机保护隔板24全封闭保护。
供电系统包括设置在机房顶部的太阳能光伏发电辐射板1，太阳能光伏发电辐射板1通过导线连接设置在机房侧壁上的光伏逆变储电柜2，光伏逆变储电柜2还通过导线与设置在机房侧壁上的市政电网并电装置3相连接。
送回风系统包括设置在间接蒸发冷却系统下方的离心送风机7，离心送风机7通过送风软管6连接至设置在数据中心室内下方的送风层5，送风层5上方对应数据中心机柜的位置开有送风口4，数据中心室内上方设置有回风层16，回风层16下侧开有回风口17，回风层16与间接蒸发冷却系统相连接。
如图1、2所示，机房外侧下方设置有系统模块基座8，机房数据中心一侧开有数据中心模块大门32。
本发明空调系统的工作原理：
空气进入空调机组首先要通过空调系统新风进风口28然后通过直接蒸发冷却器新风初级过滤29进而进一步进入直接蒸发冷却填料27，而空气在填料表面进而与循环水箱34再到直接蒸发冷却器循环水泵26直接蒸发冷却器循环水供水管31且经过直接蒸发冷却器布水器30而自动喷淋到填料表面的水发生直接蒸发冷却，进而对于进风进行等焓降温过程，以保证空气进入间接蒸发冷却器二次侧有被预冷过的，从而提高间接蒸发冷却器的换热效率，如若喷淋水不足可通过补水口10进行补水，机组停止不用时可将喷淋水经泄水口9排掉。
首先室外已被预冷的空气作为二次侧空气进入立管式间接蒸发冷却器14在立管式间接蒸发冷却湿通道与经过循环水箱34再到立管式间接蒸发冷却循环水供水管13和间接蒸发冷却器循环水泵11加压后送入间接蒸发冷器管外布水器15的喷淋循环水在立管式间接蒸发冷却湿通道(即二次空气侧)发生直接直接蒸发冷却过程而为一次侧提供降温动力，而其一次侧空气为来自经过吸收数据中心内部空气热量的热的回风经回风口17再通过回风层16经立管式间接蒸发冷却器的一次侧发生间接的等湿降温过程，被冷却的数据中心室内回风再经过一次侧离心式送风机7压入送风层5再最终经过下部的送风口4重新又送回数据中心内部如此循环往复的对数据中心内环境进行降温冷却。
光伏发电辐射板1吸收太阳光能经过光电效应将其光能/热能转化为电能，然后经光伏逆变器将电能储存到光伏逆变储电柜2中，再由电柜将电能分配输送给整个数据中心的各个用电设备(即就是IT设备、压缩机、循环水泵、离心风机等)，而当夜晚或者太阳照射不充足时储电柜存储的电能不足以支撑数据中心良好连续平稳运行时市政电网并电装置3自动为储电柜补充电能，以保证该模块化数据中心正常良好运行。
本发明空调系统可以对数据中心内部空气环境进行高效的等湿冷却处理，一般用来给中、小型数据中心或数据机房或边缘数据中心、(大、中、小)型互联网公司的服务器工作站、企事业单位的一些中、小型数据机房等场所进行散热降温，该制冷空调系统在满足节能降耗的前提下，整个系统也安装简便、布置灵活、适用性广，在中、高湿度地区大中小型数据中心也可推广应用。

Claims (9)

1.基于太阳能与蒸发冷却、机械制冷复合的空调系统，其特征在于，包括设置在机房外的供电系统及通过导线与供电系统连接的机房内系统，机房内分隔为数据中心室和制冷室，其中制冷室内按进风方向设置有直接蒸发冷却系统和间接蒸发冷却系统，制冷室内还设置有机械制冷系统，所述制冷室通过送回风系统与数据中心室相连接。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述的直接蒸发冷却系统、间接蒸发冷却系统和机械制冷系统下方设置有三系统共用的循环水箱(34)，所述的循环水箱(34)上设置有补水口(10)和泄水口(9)。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述的供电系统包括设置在机房顶部的太阳能光伏发电辐射板(1)，所述的太阳能光伏发电辐射板(1)通过导线连接设置在机房侧壁上的光伏逆变储电柜(2)，所述的光伏逆变储电柜(2)还通过导线与设置在机房侧壁上的市政电网并电装置(3)相连接。
4.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述的直接蒸发冷却系统包括直接蒸发冷却填料(27)，所述的直接蒸发冷却填料(27)上方设置有直接蒸发冷却器布水器(30)，所述的直接蒸发冷却器布水器(30)通过直接蒸发冷却器循环水供水管(31)、直接蒸发冷却器循环水泵(26)与循环水箱(34)相连接，所述的直接蒸发冷却填料(27)对应的机房侧壁上开有的空调系统新风进风口(28)，所述的直接蒸发冷却填料(27)与空调系统新风进风口(28)之间设置有直接蒸发冷却器初级过滤器(29)。
5.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述的间接蒸发冷却系统包括立管式间接蒸发器(14)，所述的立管式间接蒸发器(14)上方设置有间接蒸发冷器管外布水器(15)，所述的间接蒸发冷器管外布水器(15)通过间接蒸发冷却器循环水供水管(13)、间接蒸发冷却器循环水泵(11)与循环水箱(34)相连接。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，所述的机械制冷系统包括通过冷凝液管道连接成闭合回路的表冷器(12)、压缩机(25)、蒸发冷凝散热盘管(22)和机械制冷膨胀阀(33)，所述的蒸发冷凝散热盘管(22)上方设置有机械制冷蒸发冷凝布水器(20)，所述的机械制冷蒸发冷凝布水器(20)通过机械制冷蒸发冷凝循环水供水管(21)、机械制冷蒸发冷凝循环水泵(23)与循环水箱(34)连接，所述的机械制冷蒸发冷凝布水器(20)上方设置有离心式排风机(18)，所述的离心式排风机(18)对应的机房侧壁上开有空调系统排风口(19)。
7.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于，所述的压缩机(25)由机械制冷压缩机保护隔板(24)全封闭保护。
8.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述的送回风系统包括设置在间接蒸发冷却系统下方的离心送风机(7)，所述的离心送风机(7)通过送风软管(6)连接至设置在数据中心室内下方的送风层(5)，所述的送风层(5)上方对应数据中心机柜的位置开有送风口(4)，数据中心室内上方设置有回风层(16)，所述的回风层(16)下侧开有回风口(17)，所述的回风层(16)与间接蒸发冷却系统相连接。
9.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述的机房外侧下方设置有系统模块基座(8)，所述的机房数据中心一侧开有数据中心模块大门(32)。
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