CN114076341B - 数据中心热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种数据中心热回收系统，包括：建筑物热泵系统，用于在环境温度低于第一预设温度时提供第一流体；热交换器，与所述建筑物热泵系统通过第一管道连接，在环境温度低于第一预设温度时接收来自所述建筑物热泵系统的第一流体，且与所述建筑物热泵系统组成流体循环系统；至少一个模块式数据中心，每个所述模块式数据中心包括一个风冷式冰水机和一个数据中心，各个所述模块式数据中心通过第二管道与所述热交换器连接，所述数据中心在运行时产生热量，所述第二管道内有第二流体流动，所述热交换器可用于对第二流体中的热量进行收集并将收集的热量通过所述第一管道内的所述第一流体传输给所述建筑物热泵系统。

Description

数据中心热回收系统
技术领域
本发明属于热回收领域，涉及一种数据中心热回收系统。
背景技术
在一些比较寒冷的地区，多数建筑物都有热泵系统，以便在冬天时给室内制暖，然而建筑物的机房或者空调在运行过程中，其数据中心产生的废热却流失在外部环境中，无法得到有效利用，造成了资源浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种数据中心热回收系统，包括：
建筑物热泵系统，用于在环境温度低于第一预设温度时提供第一流体；
热交换器，与所述建筑物热泵系统通过第一管道连接，在环境温度低于第一预设温度时接收来自所述建筑物热泵系统的第一流体，且与所述建筑物热泵系统组成流体循环系统；
至少一个模块式数据中心，每个所述模块式数据中心包括一个风冷式冰水机和一个数据中心，各个所述模块式数据中心通过第二管道与所述热交换器连接，所述数据中心在运行时产生热量，所述第二管道内有第二流体流动，所述风冷式冰水机用于在环境温度高于第二预设温度时对所述第二流体进行制冷；当环境温度低于所述第一预设温度时，所述风冷式冰水机不工作，经过所述数据中心后的第二流体传输至所述热交换器，所述热交换器对第二流体中的热量进行收集并将收集的热量通过所述第一管道内的所述第一流体传输给所述建筑物热泵系统，所述建筑物热泵系统吸收该热量后用于给建筑物供热。
上述模块式数据中心热回收系统通过第二管道将机房或者空调数据中心产生的废热有机的收集起来，通过设置热交换器，再通过第一管道使热交换器与建筑物热泵系统形成循环，热交换器将收集来的废热输送至建筑物的热泵系统，建筑物的热泵系统吸收到该热量后对室内进行加热，避免了该部分热量无端的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例数据中心热回收系统的示意图。
图2为本发明实施例数据中心热回收系统低温时的工作示意图。
图3为本发明实施例数据中心热回收系统低温时应急冷却的工作示意图。
图4为本发明实施例数据中心热回收系统高温时的工作示意图。
图5为本发明实施例数据中心热回收系统高温时应急冷却的工作示意图。
主要元件符号说明
数据中心热回收系统 100
建筑物热泵系统 10
热交换器 11
模块式数据中心 12
第一管道 13
风冷式冰水机 122
数据中心 124
储能槽 14
第二管道 15
第一子管道 152
第二子管道 154
第三子管道 156
第四子管道 158
水泵 16
第一水泵 161
第二水泵 162
第三水泵 163
第四水泵 164
第五水泵 165
电动二通阀 18
第一电动二通阀 182
第二电动二通阀 184
第三电动二通阀 186
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
参阅图1，本发明实施例提供了一种数据中心热回收系统100，包括：建筑物热泵系统10、与所述建筑物热泵系统10通过第一管道13连接的热交换器11以及至少一个模块式数据中心12。
所述建筑物热泵系统10用于在环境温度低于第一预设温度时提供第一流体(图未示)。所述热交换器11在环境温度低于所述第一预设温度时接收来自所述建筑物热泵系统10的所述第一流体且与所述建筑物热泵系统10组成流体循环系统。
每个所述模块式数据中心12包括一个风冷式冰水机122和一个数据中心124，各个所述模块式数据中心12通过第二管道15与所述热交换器11连接，所述数据中心124在运行时产生热量，所述第二管道15内有第二流体(图未示)流动。所述风冷式冰水机122用于在环境温度高于第二预设温度时对所述第二流体进行制冷；当环境温度低于所述第一预设温度时，所述风冷式冰水机122不工作，经过所述数据中心124后的第二流体传输至所述热交换器11，所述热交换器11对第二流体中的热量进行收集并将收集的热量通过所述第一管道13内的所述第一流体传输给所述建筑物热泵系统10，所述建筑物热泵系统10吸收该热量后用于给建筑物供热。
特别的，本实施例所述第一预设温度为10摄氏度，所述第二预设温度为20摄氏度，在其他实施例中，所述第一预设温度不限于10摄氏度，可以超过或低于10摄氏度，所述第二预设温度不限于20摄氏度，可以超过或低于20摄氏度，只要保证所述第一预设温度低于所述第二预设温度即可。本实施例中，所述热交换器11为板式热交换器，在其他实施例中，所述热交换器11不限于板式热交换器。
继续参阅图1，本实施例中所述数据中心热回收系统100还包括一个储能槽14，所述第二管道15包括有第一子管道152、第二子管道154、第三子管道156以及第四子管道158。所述数据中心热回收系统100还包括多个水泵16及至少一个电动二通阀18。所述水泵16包括第一水泵161、第二水泵162、第三水泵163、第四水泵164以及第五水泵165，所述第五水泵165用于输送所述第一管道13内的所述第一流体，所述第一水泵161、第二水泵162、第三水泵163以及第四水泵164用于输送所述第二管道15内的所述第二流体。所述电动二通阀18包括多个第一电动二通阀182和多个第二电动二通阀184，通过所述电动二通阀18的开启或关闭来控制所述第二流体在所述第二管道15内的流动。
当环境温度低于第一预设温度时，本实施例所述数据中心热回收系统100自动关闭所述第一水泵161，所述第二水泵162以及所述第三水泵163，同时关闭所有的所述第二电动二通阀184，其他元件(第四水泵164、第五水泵165、第一电动二通阀182以及第三电动二通阀186等)维持开启状态，此时所述各个所述风冷式冰水机122停止工作，所述数据中心热回收系统100处于低温(即环境温度低于所述第一预设温度时)热回收模式。
当环境温度低于第一预设温度时，本实施例所述数据中心热回收系统100自动关闭所述第一水泵161、所述第二水泵162、所述第三水泵163以及第五水泵165，同时关闭所有的第二电动二通阀184和第三电动二通阀186，其他元件(第四水泵164以及第一电动二通阀182等)维持开启状态，此时所述各个所述风冷式冰水机122停止工作，此时所述数据中心热回收系统100处于低温应急冷却模式下。
当环境温度高于第二预设温度时，本实施例所述数据中心热回收系统100自动关闭所述第四水泵164及所述第五水泵165，同时关闭所有的所述第一电动二通阀182，上文提到的其他元件(如第一水泵161、第二水泵162、第三水泵163、第二电动二通阀184以及第三电动二通阀186等)维持开启状态，此时所述风冷式冰水机122用于对所述第二管道15内的第二流体进行制冷，且所述建筑物热泵系统10也停止工作，所述数据中心热回收系统100处于高温(即环境温度高于所述第二预设温度时)模式。
当环境温度高于第二预设温度时，本实施例所述数据中心热回收系统100自动关闭所述第四水泵164及所述第五水泵165，同时关闭所有的第一电动二通阀182和各个所述第三电动二通阀186，上文提到的其他元件(如第一水泵161、第二水泵162、第三水泵163以及第二电动二通阀184等)维持开启状态，此时所述风冷式冰水机122用于对所述第二管道15内的第二流体进行制冷，且所述建筑物热泵系统10也停止工作，此时所述数据中心热回收系统100处于高温应急冷却模式。
参阅图2，本实施例在低温热回收模式下，所述储能槽14通过所述第一子管道152与所述热交换器11连接，所述储能槽14通过所述第三子管道156与至少一个所述数据中心124连接。所述储能槽14通过所述第三子管道156将所述第二流体输送至各个所述数据中心124，各个所述数据中心124在机房(或者空调)工作时产生热量，该热量传导至所述第三子管道156内的所述第二流体使得所述第二流体成为热流体。
继续参阅图2，由于位于所述建筑物热泵系统10和所述热交换器11之间的所述第五水泵165维持开启，所述建筑物热泵系统10可以通过所述第一管道13向所述热交换器11输送所述第一流体，所述第一流体流入所述热交换器11。同时经过每个所述数据中心124后的热流体通过所述第二管道15传输至所述热交换器11。该热流体流入所述热交换器11，所述热交换器11对所述热流体中的热量进行收集并将收集的热量通过所述第一管道13内的所述第一流体传输给所述建筑物热泵系统10，所述建筑物热泵系统10吸收该热量后用于给建筑物供热。所述热流体失去热量后即为所述第二流体，所述第二流体通过所述第一子管道152传输至所述储能槽14进行存储。
进一步参阅图2，所述储能槽14通过所述第一子管道152储存流经所述热交换器11后的所述第二流体，并通过所述第三子管道156用于对所述数据中心124进行散热降温。该第二流体在给各个所述数据中心124散热的同时也吸收了各个所述数据中心124产生的废热。此时所述第二流体通过所述第二管道15进入所述热交换器11，所述热交换器11再将该第二流体中的热量收集后传导至所述第一流体中，所述建筑物热泵系统10吸收该热量后用于给建筑物制热。被所述热交换器11吸收热量后的所述第二流体通过所述第一子管道152直接传输至所述储能槽14，所述储能槽14再通过所述第三子管道156将所述第二流体输送至各个所述数据中心124，形成一个循环，以充分利用所述数据中心124的废热。
本实施例在低温热回收模式下，所述数据中心热回收系统100有效利用了空调机或者机房内数据中心124产生的废热，使得收集后的废热最终进入所述建筑物热泵系统10，所述建筑物热泵系统10吸收该废热后给室内加热，避免了资源浪费，有较好的实用价值。
参阅图3，本实施例在低温应急冷却模式下，流经所述数据中心124的所述第二流体通过所述第二管道15被输送至所述热交换器11，所述热交换器11收集的热量不断积累，经过所述热交换器11后的所述第二流体通过所述第一子管道152输送至所述储能槽14，所述储能槽14通过所述第三子管道156再对各个所述数据中心124进行散热，避免所述数据中心124因热量无法释放而使设备发生故障。
本实施例在低温应急冷却模式下，所述数据中心热回收系统100通过所述储能槽14内存储的所述第二流体可以暂时的维持所述数据中心124的散热，避免所述数据中心124因热量无法释放而使设备故障。
参阅图4，本实施例在高温模式下，所述储能槽14通过所述第二子管道154与所述至少一个风冷式冰水机122连接，所述至少一个风冷式冰水机122对经过所述数据中心124后的第二流体制冷得到冷流体。所述储能槽14通过所述第二子管道154存储流经各个所述风冷式冰水机122后的冷流体，并通过所述第四子管道158用于对各个所述数据中心124进行散热降温。
进一步参阅图4，各个所述模块式数据中心12中的所述风冷式冰水机122和所述数据中心124之间均并联有一个第三电动二通阀186。通过所述第三电动二通阀186的开启或关闭来控制所述第二流体通过所述风冷式冰水机122的流量，避免在高温(即环境温度高于所述第二预设温度)下且当所述数据中心124正常运行时，流经所述风冷式冰水机122的所述第二流体的流量过低(比如低于一预设流量)，降低对所述数据中心124的散热效果。然而当所述数据中心124是低负荷运行时，与所述数据中心124并联的所述风冷式冰水机122也会低负荷运行，此时各个所述数据中心124和所述风冷式冰水机122均处于工作状态，因此设备损坏的概率较大。
本实施例通过采用空调系统中所谓的风冷式冰水机122的群控策略，即利用自动控制技术对制冷设备(如冷水机组、水泵、阀门)进行自动化的监控。其目的在于，当某个所述数据中心124是低负荷运行时,使其对应的风冷式冰水机122停止工作，所述储能槽14冷流体的供应来源转移至其他较高空调负荷的所述风冷式冰水机122来供应,以提高所述风冷式冰水机122的运转效能与降低设备维护成本。
本实施例在高温模式下，通过将各个所述风冷式冰水机122产生的冷流体集中在所述储能槽14内，然后所述储能槽14将所述第二流体通过所述第四子管道158输送至各个所述数据中心124进行散热。
参阅图5，本实施例在高温应急冷却模式下，当环境温度高于第二预设温度时，因停电或其他因素导致各个所述风冷式冰水机122均停止工作。此时所述储能槽14无法通过所述第二子管道154收集冷流体。若因停电导致的所述风冷式冰水机122停止工作，则相应的所述数据中心124也停止工作，但所述数据中心124在停止工作前产生的大量的热却无法迅速散热，此时所述储能槽14通过所述第四子管道158将所述第二流体输送至各个所述数据中心124进行散热，避免所述数据中心124过热。若因其他原因导致所述风冷式冰水机122停止工作，则相应的所述数据中心124可正常工作，所述数据中心124继续产生热量，而所述储能槽14中的所述第二流体每循环经过所述数据中心124一次，其热量都会增加，直至所述储能槽14中的所述第二流体无法给所述数据中心124散热，在此期间所述储能槽14可对所述数据中心124提供有效的散热效果，避免所述数据中心124因热量无法释放而使设备故障。
本实施例在高温应急冷却模式下，在所述风冷式冰水机122停止工作后，通过所述储能槽14内存储的所述第二流体可以暂时的维持所述数据中心的散热，避免所述数据中心124因热量无法释放而使设备故障。
上述模块式数据中心热回收系统100在低温热回收模式下，通过第二管道15将机房或者空调数据中心124产生的废热收集起来，通过设置热交换器11，再通过第一管道13使热交换器11与建筑物热泵系统10形成循环，热交换器11将收集来的废热输送至建筑物热泵系统10，建筑物热泵系统10吸收到该热量后对室内进行加热，避免了该部分热量无端的浪费。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术案的范围。

Claims (7)

1.一种数据中心热回收系统，其特征在于，包括：
建筑物热泵系统，用于在环境温度低于第一预设温度时提供第一流体；
热交换器，与所述建筑物热泵系统通过第一管道连接，在环境温度低于第一预设温度时接收来自所述建筑物热泵系统的第一流体，且与所述建筑物热泵系统组成流体循环系统；以及
至少一个模块式数据中心，每个所述模块式数据中心包括一个风冷式冰水机和一个数据中心，各个所述模块式数据中心通过第二管道与所述热交换器连接，所述数据中心在运行时产生热量，所述第二管道内有第二流体流动，所述风冷式冰水机用于在环境温度高于第二预设温度时对所述第二流体进行制冷；当环境温度低于所述第一预设温度时，所述风冷式冰水机不工作，经过所述数据中心后的第二流体传输至所述热交换器，所述热交换器对第二流体中的热量进行收集并将收集的热量通过所述第一管道内的所述第一流体传输给所述建筑物热泵系统，所述建筑物热泵系统吸收该热量后用于给建筑物供热；
所述数据中心热回收系统还包括一储能槽，所述第二管道包括第一子管道、第二子管道、第三子管道及第四子管道，所述储能槽通过所述第一子管道与所述热交换器连接，所述储能槽通过所述第四子管道与至少一个所述数据中心连接；
当环境温度高于第二预设温度时，所述储能槽通过所述第二子管道与所述至少一个风冷式冰水机连接，所述至少一个风冷式冰水机对经过所述数据中心后的第二流体制冷得到冷流体，并将所述冷流体通过所述第二子管道传输至所述储能槽；在高温应急冷却模式下，所述风冷式冰水机不工作，所述储能槽通过所述第四子管道将所述冷流体传输至所述至少一个数据中心进行散热；
环境温度低于所述第一预设温度时，所述储能槽通过所述第三子管道与至少一个所述数据中心连接，所述储能槽通过所述第一子管道储存流经所述热交换器后的所述第二流体，并通过所述第三子管道用于对所述数据中心进行散热降温。
2.如权利要求1所述的数据中心热回收系统，其特征在于，所述数据中心热回收系统还包括多个水泵及至少一个电动二通阀，所述多个水泵用于输送所述第一管道内的所述第一流体以及所述第二管道内的所述第二流体，通过所述电动二通阀的开启或关闭来控制所述第二流体在所述第二管道内的流动。
3.如权利要求2所述的数据中心热回收系统，其特征在于，各个所述模块式数据中心中的所述风冷式冰水机和所述数据中心之间并联有一个所述电动二通阀，环境温度高于第二预设温度时，该电动二通阀用于控制通过所述风冷式冰水机的流量，避免所述数据中心正常运行时流经所述风冷式冰水机的流量低于预设流量。
4.如权利要求1所述的数据中心热回收系统，其特征在于，所述建筑物热泵系统在温度高于所述第二预设温度时不参与所述数据中心热回收系统的工作。
5.如权利要求1所述的数据中心热回收系统，其特征在于，所述热交换器为板式热交换器。
6.如权利要求1所述的数据中心热回收系统，其特征在于，所述第一预设温度为10摄氏度。
7.如权利要求1所述的数据中心热回收系统，其特征在于，所述第二预设温度为20摄氏度。
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