CN114554798A - 一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统及控制方法，其中数据中心冷却系统包括数据中心蒸汽供应集箱、电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、空调末端及若干组并联设置的冷却系统本体，冷却系统本体均包括蒸汽型溴化锂冷水机组、自然冷却板式换热器及开式冷却塔；数据中心蒸汽供应集箱及电厂蒸汽供应集箱分别通过蒸汽管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的发生器侧连接；蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸发器侧与自然冷却板式换热器并联、与空调末端通过冷冻水管路连接；开式冷却塔通过冷却水管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的冷凝器侧及自然冷却板式换热器连接；蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水侧通过设有疏水泵的疏水管路与减温减压装置及电厂凝结水箱连接。
Description
技术领域
本发明涉及数据中心冷却技术领域，具体涉及一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统及控制方法。
背景技术
随着移动互联网、云计算、大数据的蓬勃发展，以及“新基建”、数字中国和大数据等的落地，经济社会运行产生的数据量将快速扩张，数据中心发展迅速，其能耗问题也日益突出，供冷系统能耗作为主要耗能环节尤为引人注目。而作为国家碳减排的主力军的电厂，其节能减碳的任务十分艰巨。通过余热利用提高电厂的能源利用效率不仅可以有效减少和折抵碳排放量，通过回收的余热还可以作为热驱动制冷设备的热源供给周边有供冷需求的用户。结合数据中心蓬勃发展的现状和对数据中心电能使用效率(PUE)要求的不断提高以及电厂丰富的余热资源，本发明通过利用电厂的蒸汽余热与数据中心供冷系统有机结合并耦合自然冷却系统，实现能源的梯级利用与、有效提高电厂的能效水平，也大幅改善了数据中心的能耗指标，实现能源的综合利用，有广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能有效提高电厂能效水平的同时优化数据中心的能耗指标的耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统及控制方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，包括数据中心蒸汽供应集箱、电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、空调末端及若干组并联设置的冷却系统本体，且每组冷却系统本体均包括配套设置的蒸汽型溴化锂冷水机组、自然冷却板式换热器及开式冷却塔；所述数据中心蒸汽供应集箱及电厂蒸汽供应集箱分别通过一路蒸汽管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的发生器侧连接；蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸发器侧与所述自然冷却板式换热器通过管路并联、与所述空调末端通过设有一次循环冷冻水泵的冷冻水管路连接；所述开式冷却塔通过设有循环冷却水泵的冷却水管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的冷凝器侧及自然冷却板式换热器连接；所述电厂蒸汽供应集箱与蒸汽型溴化锂冷水机组相连的蒸汽母管上安装有减温减压装置，蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水侧通过设有疏水泵的疏水管路与所述减温减压装置及电厂凝结水箱连接。
进一步地，所述数据中心蒸汽供应集箱及电厂蒸汽供应集箱的蒸汽出口侧分别设置电动调节阀，所述蒸汽型溴化锂冷水机组的发生器侧与数据中心蒸汽供应集箱及所述电厂蒸汽供应集箱相连的蒸汽管路上分别设置电动阀门。
进一步地，所述蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水母管在两个支路上分别设置电动开关阀，其中一个支路用于在电厂蒸汽供应集箱供应蒸汽时对减温减压装置进行冷却水供应，另一支路返回电厂凝结水箱。
进一步地，所述冷却系统本体内还设置有温度传感器，该温度传感器设置于所述开式冷却塔的冷却水出水侧管路上以用于监测冷却水的出水水温。
一种上述数据中心冷却系统的控制方法，该控制方法将数据中心冷却系统分为三种供冷模式并进行对应控制，第一种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组单独供冷，第二种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组与自然冷却板式换热器联合供冷，第三种供冷模式为自然冷却板式换热器单独自然冷却供冷。
进一步地，在第一种供冷模式和第二种供冷模式下，优先采用汽源为电厂余热蒸汽的数据中心蒸汽供应集箱进行供汽，以保证所述蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸汽需求，当电厂余热蒸汽不稳定或无法保证供应时由备用的电厂蒸汽供应集箱保证所述蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸汽需求，两路蒸汽的切换通过所述数据中心蒸汽供应集箱及所述电厂蒸汽供应集箱蒸汽出口侧设置的电动调节阀控制；当蒸汽由所述电厂蒸汽供应集箱供应时，所述蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水一部分用作减温减压装置的冷却水、一部分回收至电厂凝结水箱重复利用，其比例通过疏水管路上的电动调节阀进行控制。
进一步地，在第一种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱或电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、蒸汽型溴化锂冷水机组、疏水泵、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下回到蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸发器侧进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
进一步地，在第二种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱或所述电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、疏水泵、蒸汽型溴化锂冷水机组、自然冷却板式换热器、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下经电动调节阀分配到蒸汽型溴化锂冷水机组及自然冷却板式换热器进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
进一步地，在第三种供冷模式下，所述自然冷却板式换热器、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自所述空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下到自然冷却板式换热器进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
进一步地，所述三种供冷模式的状态切换由所述温度传感器监测的冷却水出水温度T决定，当T＞17℃时，采用第一种供冷模式；当11＜T≤17℃时，采用第二种供冷模式；T≤11 ℃时，采用第三种供冷模式。
本发明的有益技术效果在于：(1)本发明通过利用电厂的蒸汽余热与数据中心供冷系统有机结合并耦合自然冷却系统，实现能源的梯级利用与；(2)通过利用电厂的蒸汽余热，有效提高电厂的能效水平，减少并折抵电厂碳排放量；(3)优化了数据中心的PUE指标，改善了数据中心供冷系统的耗能情况，实现了能源的综合利用，有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述数据中心冷却系统的系统示意图；
图2为第一种供冷模式下的流程示意图；
图3为第二种供冷模式下的流程示意图；
图4为第三种供冷模式下的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本发明所述的一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，包括数据中心蒸汽供应集箱1、电厂蒸汽供应集箱2、减温减压装置3、空调末端7及若干组并联设置的冷却系统本体，且每组冷却系统本体均包括配套设置的蒸汽型溴化锂冷水机组4、自然冷却板式换热器5及开式冷却塔8；数据中心蒸汽供应集箱1与优选的电厂余热蒸汽汽源通过蒸汽管道连接，电厂蒸汽供应集箱2与备用的电厂辅汽母管汽源通过蒸汽管道连接。所述数据中心蒸汽供应集箱1及电厂蒸汽供应集箱2分别通过一路蒸汽管路与蒸汽型溴化锂冷水机组4的发生器侧连接；蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸发器侧与所述自然冷却板式换热器5通过管路并联、与所述空调末端7通过设有一次循环冷冻水泵6的冷冻水管路连接；所述开式冷却塔8通过设有循环冷却水泵9的冷却水管路与蒸汽型溴化锂冷水机组4的冷凝器侧及自然冷却板式换热器5连接；所述电厂蒸汽供应集箱2与蒸汽型溴化锂冷水机组4相连的蒸汽母管上安装有减温减压装置3，蒸汽型溴化锂冷水机组4的疏水侧通过设有疏水泵10的疏水管路与所述减温减压装置3及电厂凝结水箱连接。
参照图1所示，所述数据中心蒸汽供应集箱1及电厂蒸汽供应集箱2的蒸汽出口侧分别设置电动调节阀(F1和F2)，所述蒸汽型溴化锂冷水机组4的发生器侧与数据中心蒸汽供应集箱1及所述电厂蒸汽供应集箱2相连的蒸汽管路上分别设置电动阀门(F5和F6)。所述蒸汽型溴化锂冷水机组4的疏水母管在两个支路上分别设置电动开关阀(F3和F4)，其中一个支路用于在电厂蒸汽供应集箱2供应蒸汽时对减温减压装置3进行冷却水供应，另一支路返回电厂凝结水箱。所述冷却系统本体内还设置有温度传感器11，该温度传感器11设置于所述开式冷却塔8的冷却水出水侧管路上以用于监测冷却水的出水水温。阀门F1至F10用于不同工况和供冷模式的切换。
一种上述数据中心冷却系统的控制方法，为了达到节能效果，该控制方法将数据中心冷却系统分为三种供冷模式并进行对应控制，第一种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组4单独供冷，第二种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组4与自然冷却板式换热器5联合供冷，第三种供冷模式为自然冷却板式换热器5进行的单独自然冷却供冷。
参照图1-4所示，在第一种供冷模式和第二种供冷模式下，优先采用汽源为电厂余热蒸汽的数据中心蒸汽供应集箱1保证蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸汽需求，当电厂余热蒸汽不稳定或无法保证供应时由备用的电厂蒸汽供应集箱2保证蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸汽需求，两路蒸汽的切换通过数据中心蒸汽供应集箱1蒸汽出口处的电动调节阀F1和电厂蒸汽供应集箱2蒸汽出口处的电动调节阀F2；当蒸汽由数据中心蒸汽供应集箱1供应时，电动调节阀F1和蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸汽入口处电动开关阀F5打开；当蒸汽由电厂蒸汽供应集箱2供应时，电动调节阀F2和蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸汽入口处电动开关阀F6打开，蒸汽型溴化锂冷水机组4的疏水通过电动调节阀F3和F4调节，一部分用作减温减压装置3 的冷却水、一部分回收至电厂凝结水箱重复利用。
参照图2所示，第一种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组4单独供冷模式。在第一种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱1或电厂蒸汽供应集箱2、减温减压装置3、蒸汽型溴化锂冷水机组4、疏水泵10、一次循环冷冻水泵6、开式冷却塔8以及循环冷却水泵9运行；自空调末端7的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵6的作用下回到蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸发器侧进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端7。自开式冷却塔8的冷却水在循环冷却水泵9作用下在蒸汽型溴化锂冷水机组4的冷凝器侧换热后回到开式冷却塔8。第一种模式下的水流和蒸汽方向如图2所示。
参照图3所示，第二种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组4与自然冷却板式换热器5联合供冷模式。在第二种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱1或所述电厂蒸汽供应集箱 2、减温减压装置3、疏水泵10、蒸汽型溴化锂冷水机组4、自然冷却板式换热器5、一次循环冷冻水泵6、开式冷却塔8及循环冷却水泵9运行；自空调末端7的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵6作用下经阀门F7和阀门F8分配至蒸汽型溴化锂冷水机组4的蒸发器侧和自然冷却板式换热器5后作为冷冻水供水供向所述空调末端7。自开式冷却塔8的冷却水在循环冷却水泵9作用下经阀门F9和阀门F10分配至蒸汽型溴化锂冷水机组4的冷凝器侧和自然冷却板式换热器5换热后回到开式冷却塔8。第二种模式下的水流和蒸汽方向如图3所示。
参照图3所示，第三种供冷模式为自然冷却板式换热器5单独供冷模式。在第三种供冷模式下，自然冷却板式换热器5、一次循环冷冻水泵6、开式冷却塔8以及循环冷却水泵9运行。自空调末端7的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵6的作用下到自然冷却板式换热器5降温后作为冷冻水供水供向空调末端7。自开式冷却塔8的冷却水在循环冷却水泵9作用下在自然冷却板式换热器5换热后回到开式冷却塔8。第三种模式下的水流和蒸汽方向如图4所示。
三种供冷模式的状态切换由所述温度传感器监测的冷却水出水温度T决定，当T＞17℃时，采用第一种供冷模式；当11＜T≤17℃时，采用第二种供冷模式；T≤11℃时，采用第三种供冷模式。不同供冷模式和蒸汽供应工况下的阀门开闭情况如下表所示：
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，其特征在于：包括数据中心蒸汽供应集箱、电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、空调末端及若干组并联设置的冷却系统本体，且每组冷却系统本体均包括配套设置的蒸汽型溴化锂冷水机组、自然冷却板式换热器及开式冷却塔；所述数据中心蒸汽供应集箱及电厂蒸汽供应集箱分别通过一路蒸汽管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的发生器侧连接；蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸发器侧与所述自然冷却板式换热器通过管路并联、与所述空调末端通过设有一次循环冷冻水泵的冷冻水管路连接；所述开式冷却塔通过设有循环冷却水泵的冷却水管路与蒸汽型溴化锂冷水机组的冷凝器侧及自然冷却板式换热器连接；所述电厂蒸汽供应集箱与蒸汽型溴化锂冷水机组相连的蒸汽母管上安装有减温减压装置，蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水侧通过设有疏水泵的疏水管路与所述减温减压装置及电厂凝结水箱连接。
2.根据权利要求1所述的耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，其特征在于：所述数据中心蒸汽供应集箱及电厂蒸汽供应集箱的蒸汽出口侧分别设置电动调节阀，所述蒸汽型溴化锂冷水机组的发生器侧与数据中心蒸汽供应集箱及所述电厂蒸汽供应集箱相连的蒸汽管路上分别设置电动阀门。
3.根据权利要求1所述的耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，其特征在于：所述蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水母管在两个支路上分别设置电动开关阀，其中一个支路用于在电厂蒸汽供应集箱供应蒸汽时对减温减压装置进行冷却水供应，另一支路返回电厂凝结水箱。
4.根据权利要求1所述的耦合式蒸汽余热制冷的数据中心冷却系统，其特征在于：所述冷却系统本体内还设置有温度传感器，该温度传感器设置于所述开式冷却塔的冷却水出水侧管路上以用于监测冷却水的出水水温。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述数据中心冷却系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法将数据中心冷却系统分为三种供冷模式并进行对应控制，第一种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组单独供冷，第二种供冷模式为蒸汽型溴化锂冷水机组与自然冷却板式换热器联合供冷，第三种供冷模式为自然冷却板式换热器单独自然冷却供冷。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在第一种供冷模式和第二种供冷模式下，优先采用汽源为电厂余热蒸汽的数据中心蒸汽供应集箱进行供汽，以保证所述蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸汽需求，当电厂余热蒸汽不稳定或无法保证供应时由备用的电厂蒸汽供应集箱保证所述蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸汽需求，两路蒸汽的切换通过所述数据中心蒸汽供应集箱及所述电厂蒸汽供应集箱蒸汽出口侧设置的电动调节阀控制；当蒸汽由所述电厂蒸汽供应集箱供应时，所述蒸汽型溴化锂冷水机组的疏水一部分用作减温减压装置的冷却水、一部分回收至电厂凝结水箱重复利用，其比例通过疏水管路上的电动调节阀进行控制。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第一种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱或电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、蒸汽型溴化锂冷水机组、疏水泵、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下回到蒸汽型溴化锂冷水机组的蒸发器侧进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第二种供冷模式下，所述数据中心蒸汽供应集箱或所述电厂蒸汽供应集箱、减温减压装置、疏水泵、蒸汽型溴化锂冷水机组、自然冷却板式换热器、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下经电动调节阀分配到蒸汽型溴化锂冷水机组及自然冷却板式换热器进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第三种供冷模式下，所述自然冷却板式换热器、一次循环冷冻水泵、开式冷却塔及循环冷却水泵运行；自所述空调末端的冷冻水回水在一次循环冷冻水泵的作用下到自然冷却板式换热器进行降温后作为冷冻水供水供向空调末端。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的控制方法，其特征在于：三种供冷模式的状态切换由所述温度传感器监测的冷却水出水温度T决定，当T＞17℃时，采用第一种供冷模式；当11＜T≤17℃时，采用第二种供冷模式；T≤11℃时，采用第三种供冷模式。
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