CN115397216B - 一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心 - Google Patents

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Abstract

一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，包括位于地下综合管廊内的空气处理机组、通风井、热泵机组、地埋管和边缘数据中心箱体；空气处理机组送风机与边缘数据中心箱体连通；热泵机组用户侧供水口通过供水管与表冷器进水口连接，表冷器出水口通过回水管与热泵机组用户侧回水口连接；热泵机组地源侧供水口连接地埋管供水干管一端，地埋管供水干管另一端连接地埋管进水口；热泵机组地源侧回水口连接地埋管回水干管一端，地埋管回水干管另一端与地埋管出水口连接；边缘数据中心箱体包括室内空调和机柜，送风机通过室内空调送风口与边缘数据中心箱体连通。该边缘数据中心利用地下综合管廊的通道风和土壤作为自然冷源，满足自身冷却需求。

Description

一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心
技术领域
本发明涉及一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，属于数据中心热管理技术领域。
背景技术
随着5G通信的快速发展，传统产业面临数字化转型，推动着数据中心快速发展。为了更好地支撑高密度、低时延业务场景，边缘数据中心发展迅速。
目前，边缘数据中心年耗电量持续增长，其中冷却系统能耗约占边缘数据中心总能耗的40%，降低冷却系统能耗可以显著降低边缘数据中心能耗，因此，解决边缘数据中心在不同场景下的冷却和高能耗问题，是边缘数据中心安全可靠运行的重要保证，也是实现绿色计算的必要条件。
此外，随着城市化的高速发展，城市发展空间狭窄、土地资源紧缺等问题日益突出，制约了边缘数据中心的发展。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，该边缘数据中心能够充分利用地下综合管廊的隧道风和土壤作为自然冷源，满足其自身的冷却需求，大幅度降低边缘数据中心的能耗，为边缘数据中心的安全可靠运行提供保障的同时实现节能环保的绿色计算。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，包括位于地下综合管廊空间内的空气处理机组、通风井、热泵机组、地埋管和边缘数据中心箱体；所述空气处理机组依次包括进风口、表冷器和送风机，进风口与地下综合管廊通道以及通风井连通，送风机与边缘数据中心箱体连通；
所述热泵机组的用户侧供水口通过用户侧供水管与表冷器的进水口连接，表冷器的出水口通过用户侧回水管与热泵机组的用户侧回水口连接；
热泵机组的地源侧供水口连接地埋管供水干管一端，地埋管供水干管另一端连接多段地埋管进水口；热泵机组的地源侧回水口连接地埋管回水干管一端，地埋管回水干管另一端与多段地埋管出水口连接；
所述边缘数据中心箱体内部包括多个室内空调和多个机柜服务器，送风机通过室内空调送风口与边缘数据中心箱体内部连通；多个机柜服务器成排设置，各相邻两排机柜服务器之间前门与前门或后门与后门相对设置，前门与前门之间的通道区域为冷通道，后门与后门之间的通道区域为热通道一；靠近墙体的机柜服务器后门与墙壁之间构成热通道二；热通道一和热通道二区域内分别设置回风口，所述回风口与外部区域连通。
进一步地，所述的空气处理机组还包括风量调节阀和过滤器，所述风量调节阀设置于进风口后端，所述过滤器设置于风量调节阀和表冷器之间。
进一步地，所述送风机的送风模式还包括下送风形式，当采用下送风形式时，在各机柜服务器的下方设置高架地板和静压箱，其中静压箱位于高架地板下方，送风口通过高架地板和静压箱内部开设的通道与机柜服务器之间的冷通道连通。
进一步地，所述边缘数据中心箱体采用集装箱式。
进一步地，所述表冷器内注有循环工质，所述地埋管内注有热交换介质，所述循环工质和热交换介质均为水。
进一步地，所述地埋管为U型布置的PE管。
本发明通过在地下综合管廊内设置空气处理机组、通风井、热泵机组、地埋管和边缘数据中心箱体，通过循环工质将流经表冷器的管廊通道空气以及通风井空气进行冷却，送风机将冷却后的空气通过室内空调送风口输送至边缘数据中心箱体内部对机柜服务器进行冷却，完成冷却工作的循环工质经表冷器到达热泵机组，放出热量后再次回到表冷器对空气进行冷却，不断循环，为边缘数据中心制冷；另一方面，地埋管内的热交换介质通过获取地下土壤的冷量，通过地埋管回水干管输送到热泵机组进行换热，吸收热泵机组用户侧循环工质中的热量，然后通过地埋管供水干管将吸热后的热交换介质输送给各段地埋管放出热量、降温后再次送回热泵机组，不断循环。通过地下综合管廊自然风冷却与土壤侧能源的共同作用达到了充分利用地下自然冷源，满足边缘数据中心制冷的需求，降低了建筑能耗，为边缘数据中心的安全可靠运行提供保障的同时实现了节能环保的绿色计算。本发明充分利用地下空间，有助于解决城市发展空间狭窄、土地资源紧缺的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明采用冷热通道时边缘数据中心箱体的侧视图；
图3是本发明采用下送风气流组织和冷热通道结合时边缘数据中心箱体的侧视图；
图4本发明采用冷热通道时边缘数据中心箱体的俯视图；
图5是本发明采用下送风气流组织和冷热通道结合时边缘数据中心箱体的俯视图；
图6是本发明空气处理机组的结构示意图。
图中：1、地下综合管廊，101、地下综合管廊通道， 2、空气处理机组，201、进风口，202、表冷器，203、送风机，204、风量调节阀，205、过滤器，3、通风井，4、热泵机组，401、用户侧供水管，402、用户侧回水管，5、地埋管，501、地埋管供水干管，502、地埋管回水干管，6、边缘数据中心箱体，601、室内空调，602、机柜服务器，603、送风口，604、冷通道，605、热通道一，606、热通道二，607、回风口，608、高架地板，609、静压箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图6所示，一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，包括位于地下综合管廊1空间内的空气处理机组2、通风井3、热泵机组4、地埋管5和边缘数据中心箱体6；所述空气处理机组2依次包括进风口201、表冷器202和送风机203，进风口201与地下综合管廊通道101以及通风井3连通，送风机203与边缘数据中心箱体6连通；
如图2所示，所述热泵机组4的用户侧供水口通过用户侧供水管401与表冷器202的进水口连接，表冷器202的出水口通过用户侧回水管402与热泵机组4的用户侧回水口连接；
如图1所示，热泵机组4的地源侧供水口连接地埋管供水干管501一端，地埋管供水干管501另一端连接多段地埋管进水口；热泵机组4的地源侧回水口连接地埋管回水干管502一端，地埋管回水干管502另一端与多段地埋管出水口连接；
如图2和图4所示，所述边缘数据中心箱体6内部包括多个室内空调601和多个机柜服务器602，送风机203通过室内空调送风口603与边缘数据中心箱体6内部连通；多个机柜服务器602成排设置，各相邻两排机柜服务器602之间前门与前门或后门与后门相对设置，前门与前门之间的通道区域为冷通道604，后门与后门之间的通道区域为热通道一605；靠近墙体的机柜服务器后门与墙壁之间构成热通道二606；热通道一605和热通道二606区域内分别设置回风口607，所述回风口607与外部区域连通。
如图6所示，为了实现对进风量的调节以及对空气实现过滤，所述的空气处理机组2还包括风量调节阀204和过滤器205，所述风量调节阀204设置于进风口201后端，所述过滤器205设置于风量调节阀204和表冷器202之间；作为一种优选的实施方式，过滤器205为活性炭过滤器。
如图3和图5所示，作为另一种实施方式，所述送风机203的送风模式还包括下送风形式，当采用下送风形式时，在各机柜服务器602的下方设置高架地板608和静压箱609，其中静压箱609位于高架地板下方，送风口603通过高架地板608和静压箱609内部开设的通道与机柜服务器602之间的冷通道604连通。
如图1和图2所示，为了降低成本同时避免边缘数据中心箱体6与外界污水管线接触，所述边缘数据中心箱体6采用集装箱式。
作为一种优选的实施方式，所述表冷器202内注有循环工质，所述地埋管5内注有热交换介质，所述循环工质和热交换介质均为水。
作为一种优选的实施方式，所述地埋管5为U型布置的PE管。
如图2和图4所示，为本发明采用冷热通道对边缘数据中心箱体进行冷却的工作模式，综合管廊通道101以及通风井3的空气经由空气处理机组2的进风口201进入空气处理机组2内部，来自综合管廊通道101和通风井3的空气经表冷器202放出热量，满足数据中心送风条件后并经由室内空调601的送风口603送入边缘数据中心箱体6内部，各相邻两排机柜服务器602前门之间构成冷通道604，冷风流经冷通道604后被机柜服务器602前门吸入并冷却内部服务器，然后热风从后门排出，相邻两排机柜服务器602的后门之间、机柜服务器602后门和墙壁之间分别构成热通道一605和热通道二606，热风排入热通道一605和热通道二606后由回风口607排出边缘数据中心箱体6。
如图3和图5所示，为本发明采用下送风形式，即下送风气流组织和冷热通道相结合对边缘数据中心箱体进行冷却的工作模式，综合管廊通道101以及通风井3的空气经由空气处理机组2的进风口进入空气处理机组2内部，来自综合管廊通道101以及通风井3的空气经表冷器202放出热量，满足数据中心送风条件后经由室内空调的送风口603送入边缘数据中心箱体6内设置的高架地板608下方的静压箱609，然后经由机柜服务器602前门之间的送风口603送入机柜服务器冷通道604，冷风被机柜服务器602前门吸入并冷却内部服务器，然后热风从后门排出，相邻两排机柜服务器602的后门之间、机柜服务器602后门和墙壁之间构成热通道一605和热通道二606，热风排入热通道一605和热通道二606后由回风口607排出边缘数据中心箱体6。
本发明的工作原理：通过表冷器内部的循环工质将流经表冷器的管廊通道空气以及通风井空气进行冷却，送风机将冷却后的空气通过室内空调送风口输送至边缘数据中心箱体内部对机柜服务器进行冷却，完成冷却工作的循环工质经表冷器到达热泵机组，放出热量后再次回到表冷器对空气进行冷却，不断循环，为边缘数据中心进行制冷；另一方面，地埋管内的热交换介质通过获取地下土壤的冷量，通过地埋管回水干管输送到热泵机组进行换热，吸收热泵机组用户侧循环工质中的热量，然后通过地埋管供水干管将吸热后的热交换介质输送给各段地埋管放出热量、降温后再次送回热泵机组，不断循环，最终实现将满足数据中心送风条件的冷风输送到边缘数据中心箱体内冷却机柜服务器服务器。

Claims (6)

1.一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，包括位于地下综合管廊（1）空间内的空气处理机组（2）、通风井（3）、热泵机组（4）、地埋管（5）和边缘数据中心箱体（6）；所述空气处理机组（2）依次包括进风口（201）、表冷器（202）和送风机（203），进风口（201）与地下综合管廊通道（101）以及通风井（3）连通，送风机（203）与边缘数据中心箱体（6）连通；
所述热泵机组（4）的用户侧供水口通过用户侧供水管（401）与表冷器（202）的进水口连接，表冷器（202）的出水口通过用户侧回水管（402）与热泵机组（4）的用户侧回水口连接；
热泵机组（4）的地源侧供水口连接地埋管供水干管（501）一端，地埋管供水干管（501）另一端连接多段地埋管（5）进水口；热泵机组（4）的地源侧回水口连接地埋管回水干管（502）一端，地埋管回水干管（502）另一端与多段地埋管（5）出水口连接；
所述边缘数据中心箱体（6）内部包括多个室内空调（601）和多个机柜服务器（602），送风机（203）通过室内空调（601）送风口与边缘数据中心箱体（6）内部连通；多个机柜服务器（602）成排设置，各相邻两排机柜服务器（602）之间的机柜服务器（602）前门与前门或后门与后门相对设置，前门与前门之间的通道区域为冷通道（604），后门与后门之间的通道区域为热通道一（605）；靠近墙体的机柜服务器（602）后门与墙壁之间构成热通道二（606）；热通道一（605）和热通道二（606）区域内分别设置回风口（607），所述回风口（607）与外部区域连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，所述的空气处理机组（2）还包括风量调节阀（204）和过滤器（205），所述风量调节阀（204）设置于进风口（201）后端，所述过滤器（205）设置于风量调节阀（204）和表冷器（202）之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，所述送风机（203）的送风模式还包括下送风形式，当采用下送风形式时，在各机柜服务器（602）的下方设置高架地板（608）和静压箱（609），其中静压箱（609）位于高架地板（608）下方，送风口（603）通过高架地板（608）和静压箱（609）内部开设的通道与机柜服务器（602）之间的冷通道（604）连通。
4.根据权利要求3所述的一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，所述边缘数据中心箱体（6）采用集装箱式。
5.根据权利要求3所述的一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，所述表冷器（202）内注有循环工质，所述地埋管（5）内注有热交换介质，所述循环工质和热交换介质均为水。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于地源热泵与地下综合管廊利用的边缘数据中心，其特征在于，所述地埋管（5）为U型布置的PE管。
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