CN112616298A - 一种双回水末端空调及数据中心双回水冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双回水末端空调及数据中心双回水冷却系统，双回水末端空调包含含有流量调节阀的分流装置、第一表冷器和第二表冷器、进水口、低温回水口、高温回水口、回风温度传感器、高温回水温度传感器、送风温度传感器、控制器。通过在末端空调内部设置两个表冷器或者在多层表冷器中间设置分流支管和分流管，通过调节流量调节阀的流量使得高温回水口的出水温度高于室外空气湿球温度且接近于末端空调回风温度，这样从中间低温回水口分流出的低温冷冻回水送入低温回水管路直接输送至冷水机蒸发器，从高温回水口流出的高温回水则进入高温回水管路，然后直接进入高效冷却塔充分自然冷却，大大降低了整个数据中心水冷系统的能耗。

Description

一种双回水末端空调及数据中心双回水冷却系统

技术领域

本发明涉及数据中心冷却技术领域，具体涉及到可充分利用自然冷源的双回水末端空调及数据中心双回水冷却系统。

背景技术

随着互联网、人工智能、物联网、大数据等行业的快速发展，全球数据中心开始向着大型化的方向发展，单机柜功率密度不断提高，新一代数据中心更显著的表现为：规模更大、密度更高、制冷要求更高、局部过热成为待解难题等特点。从国内数据中心的发展来看，由于功率密度的提高，新一代数据中心尤其是大型数据中心基本采用制冷效率更高的水冷空调系统来满足持续上升的制冷需求。

在现有数据中心空调系统中，机房侧回风设计温度通常35℃以上，而夏季中国大部分地区的湿球温度通常低于29℃，这就为利用自然冷源创造了条件。而常见的数据中心冷却系统末端多采用12-15℃进水18-21℃出水设计，此类型数据中心想要通过水侧自然冷却节能降耗时，室外侧湿球温度必须低至12-18℃以下，导致数据中心大部分时间都运行在机械制冷模式，空调系统能耗居高不下。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种内置分流调节阀的双回水末端空调及数据中心双回水冷却系统，其通过在末端空调内部设置两个表冷器或者在多层表冷器中间设置分流支管，通过调节分流调节阀的流量使得高温回水口流出的高于室外空气湿球温度且接近于末端空调回风温度的热水进入高温回水管路，然后该高温回水直接进入高效闭式冷却塔充分自然冷却，从中间低温回水口分流出的不高于冷水机运行温度上限的低温冷冻回水进入低温回水管路直接输送至冷水机蒸发器。通过这样的设置，可使得末端空调冷却性能达到设定要求同时进入冷机的回水还不超出冷水机的运行温度上限，提高了末端空调的最高出水温度，使得夏季水冷空调系统直接利用自然冷源得以实现，当用于预冷的高效闭式冷却塔出水温度低于冷水机的运行温度上限时，则关闭分流功能装置，空调出水全部进入高温回水管路，然后全部进入高效闭式冷却塔，大大降低了整个数据中心水冷系统的能耗。

本发明的技术方案如下：

一种双回水末端空调，

包含外壳（110）、回风口（121）、送风口（122）、风机（160）、含有流量调节阀的分流装置、第一表冷器（131）、第二表冷器（132）、进水口(171)、低温回水口(172)、高温回水口(173)、回风温度传感器（181）、高温回水温度传感器（182）、送风温度传感器（183）、控制器；

所述分流装置为三通分流调节装置，所述分流装置的进水端与所述第一表冷器（131）的出水端连接，所述分流装置的第一出水端与所述第二表冷器（132）的进水端连接，所述分流装置的第二出水端与所述低温回水口（172）连接；

所述回风口（121）、所述第二表冷器（132）、所述第一表冷器（131）、所述风机（160）、所述送风口（122）沿所述双回水末端空调（100）空气流动方向依次设置；

所述回风温度传感器（181）设置在所述回风口（121）的中间，用于测量所述双回水末端空调（100）的回风温度；所述高温水温度传感器（182）设在所述第二表冷器（132）的出水端和高温回水口（173）之间的管路上，用于测量所述双回水末端空调（100）的高温冷冻水温度；所述送风温度传感器（183）设在所述送风口（122）的中间，用于测量所述双回水末端空调（100）的送风温度；

所述控制器通过调节所述流量调节阀的流量来调节所述高温回水口（173）的高温冷冻水的流量，使得所述高温回水口的高温冷冻水的温度达到设定值；所述控制器通过控制所述风机（160）的转速使得所述末端空调（100）的回风温度达到设定值。

本发明也可以通过多层表冷器来在一个表冷器中实现，技术方案如下：

一种双回水末端空调，

包含外壳（110）、回风口（121）、送风口（122）、风机（160）、流量调节阀、含有分流管和分流支管的多层表冷器、进水口(171)、低温回水口(172)、高温回水口(173)、回风温度传感器（181）、高温回水温度传感器（182）、送风温度传感器（183）、控制器；

所述多层表冷器由若干条盘管组成，在任一条所述盘管中间处的端头位置通过Y型三通方式设置一条分流支管，所有所述分流支管分别连接分流管；所述多层表冷器沿所述盘管方向在所述分流支管处被所述分流支管分成表冷器下半部分（133a）和表冷器上半部分（133b）；

所述分流支管从所述表冷器的所述盘管中分流一部分冷冻水，经所述分流支管分流出的冷冻水流入到所述分流管，再通过所述流量调节阀流出；

所述回风口（121）、所述多层表冷器的上半部分（133b）、所述多层表冷器的下半部分（133a）、所述风机（160）、所述送风口（122）沿所述双回水末端空调（100）空气流动方向依次设置；

所述回风温度传感器（181）设置在所述回风口（121）的附近，用于测量所述双回水末端空调（100）的回风温度；所述高温回水温度传感器（182）设在所述表冷器上部分（133b）的出水端和高温回水口（173）之间管路上，用于测量所述双回水末端空调（100）的高温冷冻水出水温度；所述送风温度传感器（183）设在在所述送风口（122）的附近，用于测量所述双回水末端空调（100）的送风温度；

所述控制器通过调节所述流量调节阀的流量来调节所述高温回水口（173）的高温冷冻水的流量，使得所述高温回水口的高温冷冻水的温度达到设定值；所述控制器通过控制所述风机（160）的转速使得所述末端空调（100）的回风温度达到设定值。

本发明还提供了基于双回水末端空调的数据中心双回水冷却系统，具体技术方案如下：

一种数据中心双回水冷却系统，

所述数据中心双回水冷却系统包含如权利要求1-4中任一权利要求所述的双回水末端空调（100）、冷却塔（200）、冷水主机（300）、水泵（151）、供水管路、低温回水管路、高温回水管路；

所述进水口（171）通过所述供水管路与所述冷水主机（300）的进水端连接；所述低温回水口（172）通过所述低温回水管路与所述水泵（141）连接；所述高温回水口（173）通过所述高温回水管路与所述冷却塔（200）的进水端连接；

所述一次泵（151）的出水端与所述冷水主机（300）的蒸发器相连接；所述水泵（151）用于通过调节所述水泵（151）的转速来调节所述双回水末端空调的送风温度；

所述冷却塔（200）的出水端与所述低温回水管路连接；

当所述冷却塔（200）的出水温度低于所述冷水机（300）能承受的最高回水温度时，通过控制所述分流装置或所述流量调节阀使得所述低温回水口的流量为零，所述双水末端空调的出水全部进入所述高温回水管路，然后再全部进入所述冷却塔。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

数据中心可在夏季工况下，大幅度利用自然冷源（一般为冷却塔）直接冷却双回水末端空调第二表冷器（或多层表冷器的上半部分）的高温冷冻水，该高温冷冻水接近回风温度35℃（中国大部分地区夏季室外湿球温度低于29℃），该高温冷冻水被冷却塔冷却效率高，整个数据中心水冷空调系统的能耗低。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图；

图2为本发明第二实施例的结构示意图；

图3为本发明第三实施例中双回水末端空调的结构示意图；

100双回水末端空调；110外壳；121回风口；122送风口；131第一表冷器；132第二表冷器；133a多层表冷器下部分；133b多层表冷器上部分；141电动三通分流调节阀；1421分流三通；1422电动二通调节阀；151一次泵；160风机；171进水口；172低温回水口；173、高温回水口；181回风温度传感器、182高温回水温度传感器、183送风温度传感器；

200冷却塔；300冷水主机。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面结合附图对本发明作更一步的解释。

实施例一：

如图1所示，为包含双回水末端空调、双回水管路的水冷系统在数据中心应用中的具体应用案例。数据中心双回水系统，包含双回水末端空调100、冷却塔200、冷水主机300、一次泵151、供水管路410、供水管路、低温回水管路、高温回水管路。

双回水末端空调100包含外壳110、回风口121、送风口122、风机160、含有流量调节阀的分流装置、与分流装置分别连接的第一表冷器131和第二表冷器132、进水口171、低温回水口172、高温回水口173、回风温度传感器181、高温回水温度传感器182、送风温度传感器183、控制器。

回风温度传感器181设置在回风口121中间区域，用于监测回风温度。

送风温度传感器183设置在送风口122中间区域，用于监测送风温度。

高温回水温度传感器182设置在第二表冷器132出水端与高温回水口173连接的管道内部，用于监测第二表冷器的出水温度，即双回水末端空调（100）的高温冷冻水温度。

本实施例中分流装置为三通分流装置。分流装置的进水端与第一表冷器131的出水端连接，分流装置的第一出水端与述第二表冷器（132）的进水端连接，分流装置的第二出水端与低温回水口（172）连接。

回风口121、第二表冷器132、第一表冷器131、风机160、送风口122沿末端空调100空气流动方向依次设置。

分流装置通过调节流量调节阀的流量来调节高温回水口173的高温冷冻水的流量，分流装置通过调节高温回水口的高温冷冻水的流量使得高温回水口的高温冷冻水的温度高于室外空气湿球温度且接近于双回水末端空调的回风温度。控制器通过控制风机160的转速使得双回水末端空调100的回风温度达到设定值。这里的双回水末端空调在数据中心应用中，可以为数据中心房间空调，也可以为数据中心列间空调。

双回水末端空调100的进水口171通过供水管路与冷水主机300的进水端连接；双回水末端空调100的低温回水口172通过低温回水管路与一次泵141连接；双回水末端空调100的高温回水口173通过高温回水管网430与冷却塔200的进水端连接；

一次泵151的出水端与冷水主机300的蒸发器相连接；

冷却塔200的出水端与低温回水管路连接；冷却塔200的出水和双回水末端空调低温回水口的回水经低温回水管路汇总后流入一次泵151。冷却塔200的出水温度不超过冷水主机300的能承受的最高出水温度。当冷却塔200出水温度高于冷水主机能承受的最高出水温度时，调节分流装置使得高温回水口的水流量为零。

数据中心双回水系统通过调节一次泵141的转速来调节双回水末端空调的冷量供应，从而调节双回水末端空调的送风温度。

优选地，数据中心双回水系统还包含止回阀，止回阀设置在一次泵141和冷水主机300之间。

优选地，本实例的分流装置为电动三通分流调节阀141，如图1所示。该电动三通分流调节阀141为一进两出三通阀，含有进水端、第一出水端和第二出水端。该电动三通分流调节阀的进水端与第一表冷器131的出水端连接，该电动三通分流调节阀的第一出水端与第二表冷器132的进水端连接，该电动三通分流调节阀的第二出水端与低温回水口172连接。通过调节电动三通分流调节阀可以同时调节低温回水口172和高温回水口173的出水流量。在其他参数不变的情况下，高温回水口173的高温冷冻水流量越大，高温回水口的高温冷冻水温度越低。通过增大或减小高温回水口173的高温冷水流量，可以使得高温回水口的高温冷水的温度高于室外空气湿球温度且接近于末端空调的回风温度。

本优选方案中，通过在末端空调中设置含两个表冷器和电动三通分流调节阀，实现了可产生高温冷冻水和低温冷冻水的双回水末端空调，进而通过双回水管路、冷却塔、冷机的进一步设置，使得高温冷冻水被冷却塔自然冷却，大大降低提高了数据中心水冷系统的能耗。

本实施技术方案的数据中心可在夏季工况下，大幅度利用自然冷源（一般为冷却塔）直接冷却双回水末端空调第二表冷器的高温冷冻水，该高温冷冻水接近回风温度35℃（中国大部分地区夏季室外湿球温度低于29℃），该高温冷冻水被冷却塔冷却效率高，整个数据中心水冷空调系统的能耗低。

优选地，冷却塔200为闭式冷却塔。相对于开式冷却塔的水冷系统方案，整个系统更加节水。

优选地，风机160为EC风机。

实施例二：

图2为本发明第二实施例的结构示意图，与图1相比，该双回水末端空调分流装置由分流三通1421和电动二通调节阀1422组成。

分流三通1421为T型分流三通或Y型分流三通，为一进两出接头，电动二通调节阀1422与分流三通1421的出水接头连接。

进一步地，如图2所示。电动二通调节阀1422与分流三通1421的第二出水接头连接，这样通过调节电动二通调节阀1422的流量精准控制第一表冷器的出水流量，也使得第二表冷器的进水流量为第一液冷冷却模块的进水流量与第一表冷器的出水流量的差值。

在其他实施例中，电动二通调节阀1422与分流三通1421的第一出水接头连接，这样通过调节电动二通调节阀1422的流量精准控制第二表冷器的进水流量，也使得第一表冷器的出水流量为第一液冷冷却模块的进水流量与第二表冷器的进水流量的差值。

这里，本实施例通过含两个表冷器、由分流三通和电动二通调节阀组成的分流装置，实现了可产生高温冷冻水和低温冷冻水的双回水末端空调，进而通过双回水管网、冷却塔、冷机的进一步设置，使得高温冷冻水被冷却塔自然冷却，大大降低提高了数据中心水冷系统的能耗。

实施例三：

如图3所示，实施例三与实施例一或实施例二的区别在于，双回水冷却系统的双回水末端空调的不是由两个表冷器组成，而是由一个多层表冷器组成，多层表冷器含有分流管、分流主支管；分流装置包含流量调节阀。

双回水末端空调的多层表冷器由若干条盘管组成，任一条盘管的中间处的端头位置通过Y型三通设置分流支管，该分流支管汇聚在一起连接到分流管上；双回水末端空调的多层表冷器沿盘管方向在分流支管处被分流支管分成表冷器下半部分（133a）和表冷器上半部分（133b）；表冷器的下部分133a和实施例一或实施例二中第一表冷器起的作用相同，表冷器的上部分133b和实施例一或实施例二中的第二表冷器起的作用相同。

分流管和分流支管用于从表冷器下部分133a中分流一部分的冷冻水经分流支管流入到分流管，再流入流量调节阀；通过流量调节阀调节分流入流量调节阀中的水流量，直接调节本实施例的低温冷冻水的回水量，同时也调节了流入表冷器上部分133b中的冷冻水流量。

经过双回水末端空调100的冷冻水，通过进水口被分成若干股分别进入各条盘管；在盘管中间层一部分冷冻水进入分流支管中之后汇入分流管，再进入流量调节阀，再进入低温回水管网；在盘管中间层另一部分冷冻水进入各条盘管的上部，汇聚到高温回水口，进入高温回水管网。

本实施例中，通过一个多条盘管的表冷器和分流支管、分流管、流量调节阀实现了实施例一、实施二中的功能，相比其他实施例，减少了双回水末端空调中表冷器的数量，方便安装。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种双回水末端空调，其特征在于：

包含外壳（110）、回风口（121）、送风口（122）、风机（160）、含有流量调节阀的分流装置、第一表冷器（131）、第二表冷器（132）、进水口(171)、低温回水口(172)、高温回水口(173)、回风温度传感器（181）、高温回水温度传感器（182）、送风温度传感器（183）、控制器；

所述分流装置为三通分流调节装置，所述分流装置的进水端与所述第一表冷器（131）的出水端连接，所述分流装置的第一出水端与所述第二表冷器（132）的进水端连接，所述分流装置的第二出水端与所述低温回水口（172）连接；

所述回风口（121）、所述第二表冷器（132）、所述第一表冷器（131）、所述风机（160）、所述送风口（122）沿所述双回水末端空调（100）空气流动方向依次设置；

所述回风温度传感器（181）设置在所述回风口（121）的中间，用于测量所述双回水末端空调（100）的回风温度；所述高温水温度传感器（182）设在所述第二表冷器（132）的出水端和高温回水口（173）之间的管路上，用于测量所述双回水末端空调（100）的高温冷冻水温度；所述送风温度传感器（183）设在所述送风口（122）的中间，用于测量所述双回水末端空调（100）的送风温度；

所述控制器通过调节所述流量调节阀的流量来调节所述高温回水口（173）的高温冷冻水的流量，使得所述高温回水口的高温冷冻水的温度达到设定值；所述控制器通过控制所述风机（160）的转速使得所述末端空调（100）的回风温度达到设定值。

2.根据权利要求1所述的双回水末端空调，其特征在于：

所述分流装置为电动三通分流调节阀（141）。

3.根据权利要求1所述的双回水末端空调，其特征在于：

所述分流装置由分流三通（1421）和电动二通调节阀（1422）组成，所述电动二通调节阀(1422)与所述分流三通(1421)的出水接头连接。

4.一种双回水末端空调，其特征在于：

包含外壳（110）、回风口（121）、送风口（122）、风机（160）、流量调节阀、含有分流管和分流支管的多层表冷器、进水口(171)、低温回水口(172)、高温回水口(173)、回风温度传感器（181）、高温回水温度传感器（182）、送风温度传感器（183）、控制器；

所述多层表冷器由若干条盘管组成，在任一条所述盘管中间处的端头位置通过Y型三通方式设置一条分流支管，所有所述分流支管分别连接分流管；所述多层表冷器沿所述盘管方向在所述分流支管处被所述分流支管分成表冷器下半部分（133a）和表冷器上半部分（133b）；

所述分流支管从所述表冷器的所述盘管中分流一部分冷冻水，经所述分流支管分流出的冷冻水流入到所述分流管，再通过所述流量调节阀流出；

所述回风口（121）、所述多层表冷器的上半部分（133b）、所述多层表冷器的下半部分（133a）、所述风机（160）、所述送风口（122）沿所述双回水末端空调（100）空气流动方向依次设置；

所述回风温度传感器（181）设置在所述回风口（121）的附近，用于测量所述双回水末端空调（100）的回风温度；所述高温回水温度传感器（182）设在所述表冷器上部分（133b）的出水端和高温回水口（173）之间管路上，用于测量所述双回水末端空调（100）的高温冷冻水出水温度；所述送风温度传感器（183）设在在所述送风口（122）的附近，用于测量所述双回水末端空调（100）的送风温度；

所述控制器通过调节所述流量调节阀的流量来调节所述高温回水口（173）的高温冷冻水的流量，使得所述高温回水口的高温冷冻水的温度达到设定值；所述控制器通过控制所述风机（160）的转速使得所述末端空调（100）的回风温度达到设定值。

5.一种数据中心双回水冷却系统，其特征在于：

所述数据中心双回水冷却系统包含如权利要求1-4中任一权利要求所述的双回水末端空调（100）、冷却塔（200）、冷水主机（300）、水泵（151）、供水管路、低温回水管路、高温回水管路；

所述进水口（171）通过所述供水管路与所述冷水主机（300）的进水端连接；所述低温回水口（172）通过所述低温回水管路与所述水泵（141）连接；所述高温回水口（173）通过所述高温回水管路与所述冷却塔（200）的进水端连接；

所述一次泵（151）的出水端与所述冷水主机（300）的蒸发器相连接；所述水泵（151）用于通过调节所述水泵（151）的转速来调节所述双回水末端空调的送风温度；

所述冷却塔（200）的出水端与所述低温回水管路连接；

当所述冷却塔（200）的出水温度低于所述冷水机（300）能承受的最高回水温度时，通过控制所述分流装置或所述流量调节阀使得所述低温回水口的流量为零，所述双水末端空调的出水全部进入所述高温回水管路，然后再全部进入所述冷却塔。

6.如权利要求5所述的数据中心双回水冷却系统，其特征在于：所述冷却塔（200）为闭式冷却塔。

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