CN112654218A - 机房冷却系统及机房 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机房冷却系统及机房，其中，机房冷却系统包括冷却循环支路及安装在冷却循环支路上的冷冻水泵。其中，冷却循环支路包括空调末端、冷水机组及安装在冷水机组的上游管路和空调末端的下游管路之间的热管冷却器。机房冷却系统工作时，通过冷冻水泵使得冷却循环支路内的冷却液进行循环流动。在本申请提供的机房冷却系统中，通过在冷水机组的上游管路和空调末端的下游管路之间安装热管冷却器，使得进入冷水机组的冷却液首先通过热管冷却器进行降温，实现对进入冷水机组的冷却液进行预冷，降低冷水机组的负荷，进而，降低冷水机组的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及冷却装置技术领域，特别涉及一种机房冷却系统。本发明还涉及一种包括上述机房冷却系统的机房。
背景技术
目前大型数据中心冷却系统多采用冷水机组作为冷源，冷水机组制取的低温冷冻水进入数据机房内的末端空调设备，吸收热量完成制冷后，冷冻水温度升高，返回冷水机组，冷水机组为冷冻水降温后再次返回末端精密空调，如此循环。
冷水机组能耗约占数据中心总能耗的20％，即冷水机组在散热过程中能耗较高。
因此，如何降低冷水机组能耗，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种机房冷却系统，以降低冷水机组能耗。本发明的另一目的是提供一种包括上述机房冷却系统的机房。
为实现上述目的，本发明提供一种机房冷却系统，包括：
冷却循环支路，所述冷却循环支路包括空调末端、冷水机组及安装在所述冷水机组的上游管路和所述空调末端的下游管路之间的热管冷却器；
及安装在所述冷却循环支路上的冷冻水泵。
优选地，所述冷却循坏支路还包括第一冷却输送管和第二冷却输送管，所述第一冷却液输送管的两端分别与所述空调末端的出液口和所述冷水机组的进液口连接；所述第二冷却液输送管的两端分别与所述冷水机组的出液口和所述空调机组的进液口连接；
所述第一冷却输送管上设有第一控制阀及位于所述第一控制阀和所述空调末端之间管路上的第二控制阀，所述热管冷却器的进液端设有第三控制阀，所述第三控制阀和所述热管冷却器形成的管路与所述第二控制阀并联；
还包括设有第四控制阀的冷却管道，所述冷水机组和所述第一控制阀形成的管路与所述冷却管道并联。
优选地，所述热管冷却器包括：
满液蒸发器，所述满液蒸发器的高温水口和低温水口与所述冷却循环支路的管路连接；
冷凝器；
制冷剂气管，所述制冷器气管的两端分别与所述满液蒸发器的制冷剂出气口和所述冷凝器的制冷剂进气口连接；
及制冷剂液管，所述制冷剂液管的两端分别与所述满液蒸发器的制冷剂进液口和所述冷凝器的制冷剂出液口连接。
优选地，所述冷凝器包括风冷冷凝器本体及安装在所述风冷冷凝器本体上的风机。
优选地，所述热管冷却器还包括：
第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述制冷剂液管的进液口压力；
第二压力传感器，所述第二压力传感器用于监测所述制冷剂液管的出液口压力；
安装在所述制冷剂液管上的制冷剂液泵；
安装在所述制冷剂液管上的储液器，所述冷凝器、所述储液器和所述满液蒸发器由上至下依次设置；
安装在所述制冷剂液管上的第一制冷剂控制阀，所述第一制冷剂控制阀位于所述储液器上游；
制冷剂旁通管路，所述制冷剂液管上所述制冷剂液泵、所述储液器和所述第一制冷剂控制阀形成的管路与制冷剂旁通管路并联；
安装在所述制冷剂旁通管路上的第二制冷剂控制阀；
及第一控制器，所述制冷剂液泵、所述第一制冷剂控制阀、所述第二制冷剂控制阀、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述第一控制器连接，当所述第一压力传感器和所述第二压力传感器压差小于或等于压力预设值时，所述第一控制器控制第一制冷剂控制阀关闭，控制所述第二制冷剂控制阀打开，所述制冷剂液泵关闭；当所述第一压力传感器和所述第二压力传感器压差大于压力预设值时，所述第一控制器控制第一制冷剂控制阀打开，控制所述第二制冷剂控制阀关闭，同时控制所述制冷剂液泵工作。
优选地，还包括与所述制冷剂液泵连接的变频器，所述变频器与所述第一控制器连接，所述第一控制器根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器压差，调节所述变频器的频率。
优选地，所述风冷冷凝器本体的换热腔体由上至下渐缩，所述制冷剂出液口位于所述风冷冷凝器本体的换热腔体的底端。
优选地，所述制冷剂进液口位于所述满液蒸发器的底端，所述制冷剂出气口位于所述满液蒸发器的顶端。
优选地，还包括用于感应机房外温度的温度传感器与所述温度传感器连接的第二控制器，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀均与所述第二控制器连接；
当所述温度传感器感应机房外温度高于第一预设值时，所述第二控制器控制所述第三控制阀和所述第四控制阀关闭，同时控制所述第二控制阀和所述第一控制阀打开；
当所述温度传感器感应机房外温度低于第一预设值，且高于第二预设值，所述机房负荷大于第一机房负荷预设值时，所述第二控制器控制所述第二控制阀和第四控制阀关闭，同时控制所述第三控制阀和所述第一控制阀打开，所述第二预设值小于第一预设值；
当所述温度传感器感应机房外温度低于所述第二预设值时，且所述机房负荷小于第二机房负荷预设值时，所述第二控制器控制所述第二控制阀和所述第一控制阀关闭，同时控制所述第三控制阀和所述第四控制阀打开，所述第二机房负荷预设值小于所述第一机房负荷预设值。
一种机房，包括机房冷却系统，所述机房冷却系统为上述任一项所述的机房冷却系统。
在上述技术方案中，本发明提供的机房冷却系统包括冷却循环支路及安装在冷却循环支路上的冷冻水泵。其中，冷却循环支路包括空调末端、冷水机组及安装在冷水机组上游管路和空调末端下游管路之间的热管冷却器。机房冷却系统工作时，通过冷冻水泵使得冷却循环支路内的冷却液进行循环流动。
通过上述描述可知，在本申请提供的机房冷却系统中，通过在冷水机组上游管路和空调末端下游管路之间安装热管冷却器，使得进入冷水机组的冷却液首先通过热管冷却器进行降温，实现对进入冷水机组的冷却液进行预冷，降低冷水机组的负荷，进而，降低冷水机组的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的机房冷却系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的热管冷却器的结构示意图。
其中图1-2中：1、热管冷却器；1-1、满液蒸发器；1-2、制冷剂气管；1-3、冷凝器；1-4、风机；1-5、制冷剂液管；1-6、储液器；1-7、制冷剂液泵；1-8、变频器；1-9、第一制冷剂控制阀；1-10、第二制冷剂控制阀；1-11、第一压力传感器；1-12、第二压力传感器；1-13、第一控制器；1-14、低温水口；1-15、高温水口；1-16、制冷剂旁通管路；
2、冷水机组；3、空调末端；4、机房；5、冷冻水泵；6、第三控制阀；7、第二控制阀；8、第四控制阀；9、第一控制阀；10、第一冷却输送管；11、冷却管道；12、第二冷却输送管。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种机房冷却系统，以降低冷水机组能耗。本发明的另一目的是提供一种包括上述机房冷却系统的机房。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2。
在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的机房冷却系统包括冷却循环支路及安装在冷却循环支路上的冷冻水泵5。其中，冷却循环支路包括空调末端3、冷水机组2及安装在冷水机组2的上游管路和空调末端3的下游管路之间的热管冷却器1。热管冷却器1的热管利用工质的汽化与凝结以及工质不需要外部动力而自动循环来传输热量。其中，空调末端3可以为液冷分配单元、行间空调、背板空调等靠近服务器的散热设备。
机房冷却系统工作时，通过冷冻水泵5使得冷却循环支路内的冷却液进行循环流动。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的机房冷却系统中，通过在冷水机组2上游管路和空调末端3下游管路之间安装热管冷却器1，使得进入冷水机组2的冷却液首先通过热管冷却器1进行降温，实现对进入冷水机组2的冷却液进行预冷，降低冷水机组2的负荷，进而，降低冷水机组2的能耗。
冷却循坏支路还包括第一冷却输送管10和第二冷却输送管12，第一冷却液输送管的两端分别与空调末端3的出液口和冷水机组2的进液口连接；第二冷却液输送管的两端分别与冷水机组2的出液口和空调机组的进液口连接。具体的，冷冻水泵5可以安装在第一冷却输送管10或第二冷却输送管12上，用于实现冷却液循环流动。
第一冷却输送管10上设有第一控制阀9及位于第一控制阀9和空调末端3之间管路上的第二控制阀7，热管冷却器1的进液端设有第三控制阀6，第三控制阀6和热管冷却器1形成的管路与第二控制阀7并联。
该机房冷却系统还包括设有第四控制阀8的冷却管道11，冷水机组2和第一控制阀9形成的管路与冷却管道11并联。具体的，第一控制阀9和/或第二控制阀7和/或第三控制阀6和/或第四控制阀8为手动阀或电动阀。
在一种具体实施方式中，热管冷却器1包括满液蒸发器1-1、冷凝器1-3制冷剂气管1-2及制冷剂液管1-5。满液蒸发器1-1的高温水口1-15和低温水口1-14与冷却循环支路的管路连接。制冷器气管的两端分别与满液蒸发器1-1的制冷剂出气口和冷凝器1-3的制冷剂进气口连接。制冷剂液管1-5的两端分别与满液蒸发器1-1的制冷剂进液口和冷凝器1-3的制冷剂出液口连接。
为了提高冷凝器1-3的工作效率，优选，冷凝器1-3包括风冷冷凝器本体及安装在风冷冷凝器本体上的风机1-4。具体的，风机1-4可以为一个或者多个。当风机1-4为多个时，优选，风机1-4水平方向依次设置。
在一种具体实施方式中，该热管冷却器1还包括第一压力传感器1-11、第二压力传感器1-12、制冷剂液泵1-7、储液器1-6、第一制冷剂控制阀1-9、制冷剂旁通管路1-16、第二制冷剂控制阀1-10和第一控制器1-13。第一压力传感器1-11用于监测制冷剂液管1-5的进液口压力。第二压力传感器1-12用于监测制冷剂液管1-5的出液口压力。制冷剂液泵1-7安装在制冷剂液管1-5上。储液器1-6安装在制冷剂液管1-5上，冷凝器1-3、储液器1-6和满液蒸发器1-1由上至下依次设置。第一制冷剂控制阀1-9安装在制冷剂液管1-5上，第一制冷剂控制阀1-9位于储液器1-6上游。制冷剂液管1-5上制冷剂液泵1-7、储液器1-6和第一制冷剂控制阀1-9形成的管路与制冷剂旁通管路1-16并联。第二制冷剂控制阀1-10安装在制冷剂旁通管路1-16上。
制冷剂液泵1-7、第一制冷剂控制阀1-9、第二制冷剂控制阀1-10、第一压力传感器1-11和第二压力传感器1-12均与第一控制器1-13连接，当第一压力传感器1-11和第二压力传感器1-12压差小于或等于压力预设值时，第一控制器1-13控制第一制冷剂控制阀1-9关闭，控制第二制冷剂控制阀1-10打开，制冷剂液泵1-7关闭，制冷剂的流动为重力驱动。当第一压力传感器1-11和第二压力传感器1-12压差大于压力预设值时，第一控制器1-13控制第一制冷剂控制阀1-9打开，控制第二制冷剂控制阀1-10关闭，同时控制制冷剂液泵1-7工作，即制冷剂的流动为泵驱动。
工作过程：高温冷冻水进入满液式蒸发器，制冷剂蒸发吸热为冷冻水降温，蒸发后的气态制冷剂通过制冷剂气管1-2进入冷凝器1-3，在风机1-4的驱动下，冷凝器1-3热量充分的散发到空气中，其内制冷剂冷凝为液态，液态制冷剂通过制冷剂液管1-5进入贮液器，在制冷剂液泵1-7的驱动下流回蒸发器，完成一个制冷循环。该热管冷却器1通过控制器的调节，实现不同的运行工况。具体的，第一控制器1-13根据室外温度和冷凝负荷的大小控制风机1-4的开启台数。
在一种具体实施方式中，该机房冷却系统还包括与制冷剂液泵1-7连接的变频器1-8，变频器1-8与第一控制器1-13连接，第一控制器1-13根据第一压力传感器1-11和第二压力传感器1-12压差，调节变频器1-8的频率。具体的，根据压差计算管路阻力，当第一冷却输送管10和第二冷却输送管12阻力小于设定值时，通过第一制冷剂控制阀1-9和第二制冷剂控制阀1-10的切换，利用重力作用经过旁通管完成制冷循环过程。当第一冷却输送管10和第二冷却输送管12阻力大于设定值S1时，通过第一制冷剂控制阀1-9和第二制冷剂控制阀1-10的切换，利用制冷剂液泵1-7驱动完成制冷循环，同时可根据阻力值的大小调节变频器1-8频率，实现制冷剂液泵1-7的变频运行。
由于制冷剂液泵1-7和风机1-4的耗电量极小，与冷水机组2几百千瓦的耗电量相比几乎可忽略不计，整体散热更加节能。
为了便于液体相变介质循环流动，优选，风冷冷凝器本体的换热腔体由上至下渐缩，制冷剂出液口位于风冷冷凝器本体的换热腔体的底端。
在一种具体实施方式中，制冷剂进液口位于满液蒸发器1-1的底端，制冷剂出气口位于满液蒸发器1-1的顶端。如此设置，使得满液蒸发器1-1整体冷却空间得到合理利用。
在上述各方案的基础上，该机房冷却系统还包括用于感应机房4外温度的温度传感器与温度传感器连接的第二控制器，第一控制阀9、第二控制阀7、第三控制阀6和第四控制阀8均与第二控制器连接。
当温度传感器感应机房4外温度高于第一预设值时，第二控制器控制第三控制阀6和第四控制阀8关闭，同时控制第二控制阀7和第一控制阀9打开；来自机房4的空调末端3的冷冻水不经过热管冷却器1，直接与冷水机组2进行换热。
当温度传感器感应机房4外温度低于第一预设值，且高于第二预设值，机房4负荷大于第一机房负荷预设值时，第二控制器控制第二控制阀7和第四控制阀8关闭，同时控制第三控制阀6和第一控制阀9打开，其中第二预设值小于第一预设值。此时来自机房4的空调末端3的冷冻水首先流经热管冷却器1进行预冷，再进入冷水机组2换热，通过预冷，有效降低冷水机组2的进水温度，减小进出水温差，达到节能的目的。节能效果受室外空气的影响，温度越低，热管型冷却器的制冷效果越好，承担的负荷比例越大。
当温度传感器感应机房4外温度低于第二预设值时，且机房4负荷小于第二机房负荷预设值时，第二控制器控制第二控制阀7和第一控制阀9关闭，同时控制第三控制阀6和第四控制阀8打开，第二机房负荷预设值小于第一机房负荷预设值。此时来自机房空调末端3的冷冻水进入热管冷却器1进行冷却，通过旁通将制冷后的冷水送回空调末端3，不再进入冷水机组2，从而极大降低能耗，且避免了冷水机组2低负荷下运行不稳定的弊端。
本申请利用制冷剂液泵1-7驱动的热管冷却器1的结构，同时器变频设置的制冷剂液泵1-7驱动制冷剂在满液蒸发器1-1和冷凝器1-3之间流动换热，同时设置旁通，在阻力较小时，可利用热虹吸原理实现制冷剂的流动，更加节能。因此，本申请一方面通过对冷冻水回水的预冷，减少回水温度，降低冷水机组2的负荷，节约能耗。另一方面，在一定的室外条件下，当机房4内IT负荷较小时，可完全取代冷水机组2。
本申请提供的一种机房，包括机房冷却系统，其中机房冷却系统为上述任一种机房冷却系统。前文叙述了关于机房冷却系统的具体结构，本申请包括上述机房冷却系统，同样具有上述技术效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种机房冷却系统，其特征在于，包括：
冷却循环支路，所述冷却循环支路包括空调末端(3)、冷水机组(2)及安装在所述冷水机组(2)的上游管路和所述空调末端(3)的下游管路之间的热管冷却器(1)；
及安装在所述冷却循环支路上的冷冻水泵(5)。
2.根据权利要求1所述的机房冷却系统，其特征在于，所述冷却循坏支路还包括第一冷却输送管(10)和第二冷却输送管(12)，所述第一冷却液输送管的两端分别与所述空调末端(3)的出液口和所述冷水机组(2)的进液口连接；所述第二冷却液输送管的两端分别与所述冷水机组(2)的出液口和所述空调机组的进液口连接；
所述第一冷却输送管(10)上设有第一控制阀(9)及位于所述第一控制阀(9)和所述空调末端(3)之间管路上的第二控制阀(7)，所述热管冷却器(1)的进液端设有第三控制阀(6)，所述第三控制阀(6)和所述热管冷却器(1)形成的管路与所述第二控制阀(7)并联；
还包括设有第四控制阀(8)的冷却管道(11)，所述冷水机组(2)和所述第一控制阀(9)形成的管路与所述冷却管道(11)并联。
3.根据权利要求1所述的机房冷却系统，其特征在于，所述热管冷却器(1)包括：
满液蒸发器(1-1)，所述满液蒸发器(1-1)的高温水口(1-15)和低温水口(1-14)与所述冷却循环支路的管路连接；
冷凝器(1-3)；
制冷剂气管(1-2)，所述制冷器气管的两端分别与所述满液蒸发器(1-1)的制冷剂出气口和所述冷凝器(1-3)的制冷剂进气口连接；
及制冷剂液管(1-5)，所述制冷剂液管(1-5)的两端分别与所述满液蒸发器(1-1)的制冷剂进液口和所述冷凝器(1-3)的制冷剂出液口连接。
4.根据权利要求3所述的机房冷却系统，其特征在于，所述冷凝器(1-3)包括风冷冷凝器本体及安装在所述风冷冷凝器本体上的风机(1-4)。
5.根据权利要求3所述的机房冷却系统，其特征在于，所述热管冷却器(1)还包括：
第一压力传感器(1-11)，所述第一压力传感器(1-11)用于监测所述制冷剂液管(1-5)的进液口压力；
第二压力传感器(1-12)，所述第二压力传感器(1-12)用于监测所述制冷剂液管(1-5)的出液口压力；
安装在所述制冷剂液管(1-5)上的制冷剂液泵(1-7)；
安装在所述制冷剂液管(1-5)上的储液器(1-6)，所述冷凝器(1-3)、所述储液器(1-6)和所述满液蒸发器(1-1)由上至下依次设置；
安装在所述制冷剂液管(1-5)上的第一制冷剂控制阀(1-9)，所述第一制冷剂控制阀(1-9)位于所述储液器(1-6)上游；
制冷剂旁通管路(1-16)，所述制冷剂液管(1-5)上所述制冷剂液泵(1-7)、所述储液器(1-6)和所述第一制冷剂控制阀(1-9)形成的管路与所述制冷剂旁通管路(1-16)并联；
安装在所述制冷剂旁通管路(1-16)上的第二制冷剂控制阀(1-10)；
及第一控制器(1-13)，所述制冷剂液泵(1-7)、所述第一制冷剂控制阀(1-9)、所述第二制冷剂控制阀(1-10)、所述第一压力传感器(1-11)和所述第二压力传感器(1-12)均与所述第一控制器(1-13)连接，当所述第一压力传感器(1-11)和所述第二压力传感器(1-12)压差小于或等于压力预设值时，所述第一控制器(1-13)控制第一制冷剂控制阀(1-9)关闭，控制所述第二制冷剂控制阀(1-10)打开，所述制冷剂液泵(1-7)关闭；当所述第一压力传感器(1-11)和所述第二压力传感器(1-12)压差大于压力预设值时，所述第一控制器(1-13)控制第一制冷剂控制阀(1-9)打开，控制所述第二制冷剂控制阀(1-10)关闭，同时控制所述制冷剂液泵(1-7)工作。
6.根据权利要求5所述的机房冷却系统，其特征在于，还包括与所述制冷剂液泵(1-7)连接的变频器(1-8)，所述变频器(1-8)与所述第一控制器(1-13)连接，所述第一控制器(1-13)根据所述第一压力传感器(1-11)和所述第二压力传感器(1-12)压差，调节所述变频器(1-8)的频率。
7.根据权利要求5所述的机房冷却系统，其特征在于，所述风冷冷凝器本体的换热腔体由上至下渐缩，所述制冷剂出液口位于所述风冷冷凝器本体的换热腔体的底端。
8.根据权利要求3所述的机房冷却系统，其特征在于，所述制冷剂进液口位于所述满液蒸发器(1-1)的底端，所述制冷剂出气口位于所述满液蒸发器(1-1)的顶端。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的机房冷却系统，其特征在于，还包括用于感应机房外温度的温度传感器与所述温度传感器连接的第二控制器，所述第一控制阀9、所述第二控制阀(7)、所述第三控制阀(6)和所述第四控制阀(8)均与所述第二控制器连接；
当所述温度传感器感应机房外温度高于第一预设值时，所述第二控制器控制所述第三控制阀(6)和所述第四控制阀(8)关闭，同时控制所述第二控制阀(7)和所述第一控制阀9打开；
当所述温度传感器感应机房外温度低于第一预设值，且高于第二预设值，所述机房负荷大于第一机房负荷预设值时，所述第二控制器控制所述第二控制阀(7)和所述第四控制阀(8)关闭，同时控制所述第三控制阀(6)和所述第一控制阀9打开，所述第二预设值小于第一预设值；
当所述温度传感器感应机房外温度低于所述第二预设值时，且所述机房负荷小于第二机房负荷预设值时，所述第二控制器控制所述第二控制阀(7)和所述第一控制阀9关闭，同时控制所述第三控制阀(6)和所述第四控制阀(8)打开，所述第二机房负荷预设值小于所述第一机房负荷预设值。
10.一种机房，包括机房冷却系统，其特征在于，所述机房冷却系统为权利要求1-9中任一项所述的机房冷却系统。
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Citations (5)
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2020
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