CN113329600A - 用于对数据中心进行制冷的冷水机组 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于对数据中心进行制冷的冷水机组，可以应用于金融领域。所述冷水机组包括室内回风通道和喷水设施。所述喷水设施包括喷嘴，其中，所述喷水设施能够经由所述喷嘴向所述室内回风通道喷水。其中，来自所述数据中心的室内回风从所述室内回风通道的入口处进入，流经所述室内回风通道进行换热后作为室内送风，从所述室内回风通道的出口流回所述数据中心。

Description

用于对数据中心进行制冷的冷水机组
技术领域
本公开涉及数据中心散热冷却技术领域，可用于金融领域，更具体地涉及一种用于对数据中心进行制冷的冷水机组。
背景技术
目前数据中心逐渐开始采用间接蒸发冷却机组进行制冷。其中，间接蒸发冷水机组是将室外新风进行喷水降温后，再与室内回风进行热交换，待室内回风降温后送回室内。
在实现本发明方案构思的过程中，发明人发现间接蒸发冷却机组存在以下几个问题：一是由于夏季温度较高，并且室外新风和室内回风换热过程存在换热效率问题，仅通过对室外新风喷水后与室内回风换热并不能实现室内回风完全降温到所需送风温度，往往还需要开启压缩机进行制冷；二是通过对室外新风喷水后再与室内回风热交换，所需能耗较大，既存在用于驱动室外新风流动的排风机能耗，又存在向室内送风的送风机能耗，也存在水泵能耗，由于数据中心风量较大，这些风机能耗通常也较大；三是对室外新风喷水后再与室内回风热交换的过程，会存在一定的热损失，未能完全利用喷水后的室外新风的冷量，冷量利用不充分。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供了一种可以直接对室内回风进行喷水降温的用于对数据中心进行制冷的冷水机组。所述冷水机组包括室内回风通道和喷水设施。所述喷水设施包括喷嘴，其中，所述喷水设施能够经由所述喷嘴向所述室内回风通道喷水。其中，来自所述数据中心的室内回风从所述室内回风通道的入口处进入，流经所述室内回风通道进行换热后作为室内送风，从所述室内回风通道的出口流回所述数据中心。
根据本公开的实施例，所述室内回风通道包括入口通道、蒸发处理侧风箱、未处理侧风箱、以及混风箱。所述入口通道与所述室内回风通道的入口连通。所述混风箱与所述室内回风通道的出口连通。其中，所述蒸发处理侧风箱和所述未处理侧风箱位于所述入口通道和所述混风箱之间，并且二者的气流入口分别与所述入口通道连通，以及二者的气流出口分别与所述混风箱连通。所述喷嘴设置于所述蒸发处理侧风箱内部，能够向所述蒸发处理侧风箱内喷水。
根据本公开的实施例，所述喷水设施包括水泵，所述水泵设置于所述未处理侧风箱。
根据本公开的实施例，所述蒸发处理侧风箱的底部设置有存水盘。
根据本公开的实施例，所述蒸发处理侧风箱还包括挡水板，所述挡水板在沿所述室内回风的气流方向上设置于所述喷嘴的下游，且所述挡水板垂直于所述室内回风的气流方向。
根据本公开的实施例，所述冷水机组包括送风机，所述送风机位于所述混风箱内部，其中，所述送风机的风速可调节。
根据本公开的实施例，所述送风机设置于所述混风箱的入口处，其中，在所述蒸发处理侧风箱和所述未处理侧风箱的出口分别设置不同的所述送风机。
根据本公开的实施例，所述冷水机组还包括室外新风通道，以及空空换热器。其中，来自所述数据中心外部的室外新风从所述室外新风通道流入，并经过所述空空换热器与所述室内回风通道中的所述室内回风换热后作为室外排风流向所述数据中心外部。
根据本公开的实施例，所述空空换热器在沿所述室内回风的气流方向上位于所述喷嘴的上游。
根据本公开的实施例，所述冷水机组还包括排风机。所述排风机在沿所述室外新风的气流方向上设置于所述空空换热器的下游。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组的应用场景；
图2示意性示出了根据本公开另一实施例的冷水机组的应用场景；
图3示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组的后视图；
图4示意性示出了图3所述的冷水机组的正视图；
图5示意性示出了图3所述的冷水机组中A-A处的截面图；
图6示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组在夏季时送风机的转速控制流程图；以及
图7示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组在过渡季的控制原理流程图；
附图标记：
数据机房100；冷水机组200；入口通道11；蒸发处理侧风箱12；未处理侧风箱13；混风箱14；喷嘴15；水泵16；存水盘17；挡水板18；送风机19；室外新风通道20；空空换热器21；排风机22；新风排风箱23。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
在本文中，需要理解的是，说明书及附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名(例如，第一、第二)都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
由于间接蒸发冷水机组是对室外新风喷水后再与室内回风热交换的过程，喷水降温的冷量利用不充分，而且还存在有风机能耗，甚至压缩机能耗等问题。本发明的发明人设想若将室内回风直接进行喷水降温，完全可以达到很低的温度，这样不仅能够减少系统能量损失，降低冷水机组能耗，提高系统能量利用效率，甚至还可以取消压缩机的辅助制冷，可以降低设备成本。
鉴于此，本公开实施例提供了一种用于对数据中心进行制冷的冷水机组。该冷水机组包括室内回风通道和喷水设施。喷水设施包括喷嘴，其中，喷水设施能够经由喷嘴向室内回风通道喷水。其中，来自数据中心的室内回风从室内回风通道的入口处进入，流经室内回风通道进行换热后作为室内送风，然后从室内回风通道的出口流回数据中心。利用该冷水机组，可以在夏季通过对室内回风的直接喷水降温达到送风温度，从而满足数据中心的制冷要求。
根据本公开的另一实施例，冷水机组除了室内回风通道和喷水设施以外，还可以进一步包括室外新风通道和空空换热器。通过室外新风通道和空空换热器可以利用室外新风对室内回风的换热。例如，在冬季的时候，考虑到水会结冰，影响冷水机组的安全性，这种情况下就可以利用温度较低的室外新风与室内回风直接进行换热。再例如，在过渡季，可以通过比较新风制冷和直接喷水制冷能耗情况，选择其中能耗较低的方式进行制冷。
可见，根据本公开实施例的冷水机组，要么可以通过直接对室内回风喷水来使室内回风降温到送风温度，要么可以通过与室外新风换热将室内回风降温到送风温度。从而可以取消辅助压缩机制冷，减少设备成本。
根据本公开的一些实施例，可以通过控制参与喷水制冷的回风量来控制对室内回风的降温程度。例如，可以在对室内回风直接喷水降温时，可以将室内回风分为蒸发处理部分和未处理部分两部分，其中，对蒸发处理部分的室内回风直接喷水处理，对未处理部分的室内回风不作处理，然后将两部分室内回风混合以使混合后的室内回风的温度达到送风温度。在实现时，可以通过调节送风机的转速，来控制蒸发处理部分和未处理部分的风量，进而控制混合后的室内回风温度。
当然根据本公开的另一些实施例，还可以通过调节喷水量(例如，通过调节水泵功率等)或者调节喷水的水温，来控制对室内回风的降温程度，以使室内回风的气流温度降至设定的送风温度。
需要说明的是，本公开实施例确定的用于对数据中心进行制冷的冷水机组可用于金融领域的数据中心，也可用于除金融领域之外的任意领域，本公开对应用领域不做限定。
图1示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组的应用场景101。图2示意性示出了根据本公开另一实施例的冷水机组的应用场景102。
对比图1和图2，应用场景101为在冷水机组200中，直接对室内回风喷水降温后，送回数据中心IDC机房100的场景；应用场景102为在冷水机组200中，将室内回风经过与室外新风的换热降温后，送回数据中心IDC机房100的场景。
如上文的描述，根据本公开的实施例，可以在夏季采用应用场景101的方式，对IDC机房100进行制冷；在冬季可以采用应用场景102的方式，对IDC机房100进行制冷；而在过渡季可以根据应用场景101和应用场景102中冷水机组的能耗情况比较，选择二者其中能耗较少的一种方式对对IDC机房100进行制冷。其中，夏季、冬季和过渡季的区分，可以通过设置的环境温度来确定。
在应用场景101和102中的能耗分析简述如下。首先，在两种应用场景下，均需要使用到送风机，其中，送风机用于将驱动室内回风的流动，并最终将室内送风送回IDC机房。而两种应用场景的能耗区别如下：在应用场景101中需要喷水，这样不仅要消耗水，还有水泵的能耗；而在应用场景102中，需要用到排风机，其中，排风机用于驱动室外新风的流动并最终将室外排风排出。
在过渡季比较应用场景101和应用场景102中冷水机组200的能耗时，可以不考虑两种应用场景中均会使用到的送风机能耗。从而在计算能耗时，在应用场景101中可以仅考虑水泵能耗，而在应用场景102可以仅考虑排风机能耗。在另一些实施例中，考虑到应用场景101中消耗了水，也可以对该场景中的能耗计算时叠加上水耗，例如，可以喷水量对应的成本费用折算成同一时期同一地区的电耗成本，以此通过折算出的电耗来计量水的能耗。
以下结合图1或图2的应用场景，通过图3～图5对本公开一实施例的冷水机组200进行示例性介绍。
图3示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组200的后视图。图4示意性示出了图3的冷水机组200的正视图。图5示意性示出了图3的冷水机组200中A-A处的截面图。
如图3～图5所示，冷水机组200可以包括室内回风通道和喷水设施。
具体地，室内回风通道可以包括入口通道11、蒸发处理侧风箱12、未处理侧风箱13、以及混风箱14。入口通道11与室内回风通道的入口连通。混风箱14与室内回风通道的出口连通。蒸发处理侧风箱12和未处理侧风箱13位于入口通道11和混风箱14之间，并且二者的气流入口分别与入口通道11连通，以及二者的气流出口分别与混风箱14连通。
喷水设施包括喷嘴15。喷嘴15就可以设置于蒸发处理侧风箱12内部，能够向蒸发处理侧风箱12内喷水。喷水设施还包括水泵16，水泵16设置于未处理侧风箱。
在应用场景101中，喷水设施可以经由喷嘴15向蒸发处理侧风箱12内喷水，以使其中的室内回风蒸发降温，然后将降温后的室内回风可以与未处理侧风箱13中流出的室内回风在混风箱14混合，然后室内回风通道的出口流回IDC机房100。
根据本公开的实施例，冷水机组200可以包括送风机19。送风机19位于混风箱14内部，其中，送风机19的风速可调节。例如，送风机19可以设置于混风箱14的入口处，且与蒸发处理侧风箱12和未处理侧风箱13的出口均连通。例如，可以在蒸发处理侧风箱12和未处理侧风箱13两侧出口处分别设置不同的送风机19，通过调节两侧送风机19的转速，可以调节流经蒸发处理侧风箱12和未处理侧风箱13中的风量。
根据本公开一些实施例，蒸发处理侧风箱12的底部设置有存水盘17。存水盘17有利于水分的回收。
进一步地，在一些实施例中，蒸发处理侧风箱12中还可以设置挡水板18。挡水板18在沿室内回风的气流方向上设置于喷嘴15的下游，且挡水板18垂直于室内回风的气流方向。挡水板18可以阻挡一部分水分进入送风机19和IDC机房100。挡水板18通过增加流动阻力等使部分水蒸汽凝结，从而可以降低室内送风的含湿量，降低水分对送风机19的腐蚀，并且还可以减少IDC机房100的空气除湿需求。
另外，冷水机组200还可以包括室外新风通道11、以及空空换热器21。进一步的，冷水机组200还包括排风机22。排风机22在沿室外新风的气流方向上设置于空空换热器21的下游。其中，在应用场景200中，来自IDC机房100外部的室外新风从室外新风通道22流入，并经过空空换热器21与室内回风通道中的室内回风换热后作为室外排风流向IDC机房100的外部。
空空换热器21可以在沿室内回风的气流方向上设置于喷嘴15的上游。在冷水机组200中，由于喷嘴15位于蒸发蒸发处理侧风箱12中，从而意味着空空换热器21相应地位于蒸发处理侧风箱12的气流上游，可以与入口通道11相连接。
空空换热器21例如可以是翅片式空冷散热器等。例如，室内回风从散热器内部流过，室外新风从散热器的翅片表面流过，带走室内回风的热量。
图6示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组200在夏季时送风机19的转速控制流程图。
如图6所示，该转送控制流程可以包括步骤S601～步骤S605。
首先在步骤S601，冷却机组200的控制系统首先获取室内回风的温度和湿度等参数状态。
然后在步骤S602，根据焓湿图等焓线计算获得在蒸发处理侧风箱12中对室内回风蒸发冷却后，可以达到冷却状态点中空气的温度和湿度。
接下来在步骤S603，获取室内送风的温度设定值。
再然后在步骤S604，根据该室内送风温度设定值，由如下公式计算蒸发冷却侧风箱12中的蒸发冷却风量、和未处理侧风箱13中的未处理风量二者的比例。计算公式如下：
蒸发冷却风量占总风量比例＝(室内回风的温度-室内送风的温度设定值)/(室内回风的温度-蒸发冷却后温度)；
未处理风量占总风量比例＝(室内送风的温度设定值-蒸发冷却后温度)/(室内回风的温度-蒸发冷却后温度)。
最后在步骤S605，根据计算的蒸发冷却风量和未处理风量的比例，来确定蒸发冷却侧风箱12和未处理侧风箱13两侧的送风机19的转速。
图7示意性示出了根据本公开一实施例的冷水机组200在过渡季的控制原理流程图。
如图7所示，该控制原理流程可以包括步骤S701～步骤S705。
首先在步骤S701，冷水机组200的控制系统获得室内回风的温度和湿度、室内送风的温度设定值、以及室外新风的温度和湿度等参数。
然后在步骤S702，根据空空换热器21的换热效率，计算(1)新风冷却能耗和(2)蒸发冷却能耗。
具体地，在计算(1)新风冷却能耗时，先计算应用场景102中所需的室外新风的风量，进而获得排风机22的能耗。
在计算(2)蒸发冷却能耗时，需要计算应用场景101中的水泵能耗和水量折算能耗的总和。其中，水量折算能耗可以由喷水量、或水蒸发量乘以水价格获得所需水费，然后由水费除以同一时期当地电价折算得到电耗，以该电耗来计量水量折算能耗。
接下来在步骤S703，控制系统比较前述(1)和(2)所计算的能耗差异。
其中，在(1)新风冷却能耗小于(2)蒸发冷却能耗时，选择步骤S704，按照应用场景102所示的新风制冷方式对IDC机房100进行制冷。
而在(1)新风冷却能耗大于(2)蒸发冷却能耗时，选择步骤S705，按照应用场景101所示的直接喷水蒸发冷却方式对IDC机房100进行制冷。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于对数据中心进行制冷的冷水机组，包括：
室内回风通道；以及
喷水设施，包括喷嘴，其中，所述喷水设施能够经由所述喷嘴向所述室内回风通道喷水；
其中，来自所述数据中心的室内回风从所述室内回风通道的入口处进入，流经所述室内回风通道进行换热后作为室内送风，从所述室内回风通道的出口流回所述数据中心。
2.根据权利要求1所述的冷水机组，其中，所述室内回风通道包括：
入口通道，与所述室内回风通道的入口连通；
蒸发处理侧风箱；
未处理侧风箱；以及
混风箱，与所述室内回风通道的出口连通；
其中，所述蒸发处理侧风箱和所述未处理侧风箱位于所述入口通道和所述混风箱之间，并且二者的气流入口分别与所述入口通道连通，以及二者的气流出口分别与所述混风箱连通；以及
所述喷嘴设置于所述蒸发处理侧风箱内部，能够向所述蒸发处理侧风箱内喷水。
3.根据权利要求2所述的冷水机组，其中，所述喷水设施包括水泵，所述水泵设置于所述未处理侧风箱。
4.根据权利要求2所述的冷水机组，其中，所述蒸发处理侧风箱的底部设置有存水盘。
5.根据权利要求2所述的冷水机组，其中，所述蒸发处理侧风箱还包括挡水板，所述挡水板在沿所述室内回风的气流方向上设置于所述喷嘴的下游，且所述挡水板垂直于所述室内回风的气流方向。
6.根据权利要求2所述的冷水机组，其中，所述冷水机组包括送风机，所述送风机位于所述混风箱内部，其中，所述送风机的风速可调节。
7.根据权利要求6所述的冷水机组，其中，所述送风机设置于所述混风箱的入口处，其中，在所述蒸发处理侧风箱和所述未处理侧风箱的出口分别设置不同的所述送风机。
8.根据权利要求1或2所述的冷水机组，其中，还包括：
室外新风通道；以及
空空换热器；
其中，来自所述数据中心外部的室外新风从所述室外新风通道流入，并经过所述空空换热器与所述室内回风通道中的所述室内回风换热后作为室外排风流向所述数据中心外部。
9.根据权利要求8所述的冷水机组，其中，所述空空换热器在沿所述室内回风的气流方向上位于所述喷嘴的上游。
10.根据权利要求8所述的冷水机组，其中，还包括排风机；
所述排风机在沿所述室外新风的气流方向上设置于所述空空换热器的下游。
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