CN206402630U - 一种模块化数据中心温控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化数据中心温控系统，该系统设置在机房内，包括两排机柜，每一排机柜中设置至少一个空调或至少一个温控单元；每个空调输出冷风为两排机柜制冷；每个温控单元向温控系统提供加热功能及加湿功能，并在温控系统与市电掉电时向模块化数据中心提供冷量。本实用新型结构设计简单、降低了设计难度和工艺复杂度、成本低、具有较高的可维护性、制冷性能大大提升，且在市电掉电时可为系统中的服务器提供冷量以保证在市电恢复前服务器仍可正常运行、延长服务器的寿命。

Description

一种模块化数据中心温控系统

技术领域

本实用新型涉及一种模块化数据中心的技术领域，更具体地说，涉及一种模块化数据中心温控系统。

背景技术

随着数据中心行业的快速发展，IT设备的功率和密度不断提升，要求数据中心机房具有良好的可扩展性。而传统的土建机房由于建造成本高，工程施工复杂，建设周期长，不能扩展，造成数据中心的建设成本、运营成本越来越高。传统的机房一般都采用房间级冷却方案，通过机房空调来提供风量和冷量来维持服务器、交换机、路由器和存储设备的正常运行环境，由于设备排放的热量直接进入被冷却的机房，热气和冷气混合，造成很大能耗，并且IT设备的发热不同，会造成冷热不均、冷量分配不合理和能源浪费。

为了解决数据中心的能耗和按需部署的问题，模块化数据中心应运而生。模块化数据中心是一种新型的数据中心模式，因具有施工简单、占地面积小、易于标准化、易于扩展等优点，该部署方式越来越受欢迎。模块化数据中心是将IT设备、供电电源、机柜、制冷、综合布线、安防和消防设备等集成在一起，形成相对独立的数据中心。目前，模块化数据中心大多数采用列间空调作为制冷设备，将机柜和空调布置在同一个行或列内，通过空调设备输送冷风为机柜进行制冷，缩短了送风距离，降低了空调风机功率，制冷设备的冷却效率明显提高，并具有控制精确、冷却速度快等优点。

模块化数据中心内部的封闭通道需要维持恒定的温度和湿度，以保证IT设备运行在理想的温湿度环境中，这就要求列间空调可以精确控制温度和湿度，不但具有制冷功能，还要具有加热、加湿、除湿功能。制冷和除湿功能可以通过压缩机(或冷冻水)来实现，而加热功能则需要增加加热器，加湿功能则需要增加加湿器。因此，模块化数据中心选用的空调，一般都是恒温恒湿型，即带有加热器和加湿器。空调配置加热器和加湿器会带来以下问题：

1.空调内部器件数量多，器件种类多：除了加热器和加湿器本身之外，还要增加控制板、温度开关、阀件、空开、接触器、线缆等器件，导致结构设计难度高、加工工艺复杂；

2.配电设计冗余：存在制冷和加湿同时运行，除湿和加热同时运行，加湿和加热同时运行，机组最大运行电流元大于单冷空调，导致空开、接触器、线缆等配电器件要选大，成本升高；

3.空调内部维护困难：由于列间空调的尺寸都是按照机架尺寸，高度、深度与机架相同，宽度要么全机架宽(600mm)，要么半机架宽(300mm)，空调的维护面很有限，只能从前门或后门处进行维护，增加加热器、加湿器及其配套器件之后，就会导致部分器件被挡住，很难维护甚至无法维护，尤其对于300mm宽的空调此问题很突出；

4.制冷性能变差：由于空调的尺寸是按照机架的尺寸，其内部空间是固定的，增加了加热器、加湿器及其配套器件之后，留给制冷系统的空间会减少很多，导致换热器要变小，气流场不均匀，风机风量衰减，风机功耗增大，从而造成制冷量减小，整机功率增大，能效比减小。

目前，模块化数据中心一般都会配置一定容量的电池来应对突然掉电现象，电池的后备时间一般为15～20分钟。在这15`20分钟，虽然服务器可以正常工作，但是空调是无法工作的，这会导致服务器的温度快速升高，超过正常运行温度范围，影响服务器寿命，甚至严重的会造成宕机。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种模块化数据中心温控系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种模块化数据中心温控系统，设置在机房内，包括两排机柜，每一排所述机柜中设置至少一个空调或至少一个温控单元；

每个所述空调输出冷风为所述两排机柜制冷；

每个所述温控单元向所述模块化数据中心温控系统提供加热功能及加湿功能，并在所述模块化数据中心温控系统与市电断开时向所述模块化数据中心温控系统提供冷量。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述两排机柜的出风口相背设置，所述两排机柜之间形成封闭式的冷通道。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述两排机柜的出风口相对设置，所述两排机柜之间形成封闭式的热通道。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述机柜包括第一排机柜和第二排机柜；所述机房包括第一面和第二面；

所述第一排机柜与所述机房的第一面相隔第一预设距离；

所述第二排机柜与所述机房的第二面相隔第二预设距离；

所述第一排机柜的出风口与所述第二排机柜的出风口相背设置，所述第一排机柜与所述第二排机柜之间的通道为冷通道；所述第一排机柜与所述机房的第一面之间形成热通道；所述第二排机柜与所述机房的第二面之间形成热通道。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述第一排机柜的出风口与所述第二排机柜的出风口相对设置，所述第一排机柜与所述第二排机柜之间的通道为热通道；所述第一排机柜与所述机房的第一面之间形成冷通道；所述第二排机柜与所述机房的第二面之间形成冷通道。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，每一所述空调为单冷空调。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述温控单元包括风机、加热模块、加湿模块、以及蓄冷模块；

所述风机将经过所述温控单元热处理过的空气排出；所述加热模块向所述模块化数据中心温控系统提供加热功能，以调节所述模块化数据中心的温度；所述加湿模块向所述模块化数据中心温控系统提供加湿功能，以调节所述模块化数据中心的湿度；所述蓄冷模块在所述模块化数据中心温控系统与所述市电断开时向所述两排机柜提供冷量。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述加热模块包括加热器，所述加热器可以为包括PTC电加热器、电加热管或空气源热泵中的任意一种。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述加湿模块包括加湿器，所述加湿器电极加湿器、红外加湿器、超声波加湿器或湿膜加湿器中的任意一种。

在本实用新型所述的模块化数据中心温控系统中，优选地，所述蓄冷模块包括压缩机、与所述压缩机连接的冷凝器、与所述冷凝器连接的节流元件、连接在所述节流元件以及压缩机之间的蒸发器、以及与所述蒸发器连接用于贮存冷量并在所述模块化数据中心温控系统与所述市电断开时提供冷量的蓄冷池。

实施本实用新型的模块化数据中心温控系统，具有以下有益效果：本实用新型的模块化数据中心温控系统设置在机房内，包括两排机柜，每一排机柜中设置至少一个空调或者至少一个温控单元；每个空调输出冷风为两排机柜制冷；每个温控单元向温控系统提供加热功能及加湿功能，并在温控系统与市电掉电时向模块化数据中心提供冷量。本实用新型结构设计简单、降低了设计难度和工艺复杂度、成本低、具有较高的可维护性、制冷性能大大提升，且在市电掉电时可为系统中的服务器提供冷量以保证在市电恢复前服务器仍可正常运行、延长服务器的寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型模块化数据中心温控系统在机房内的结构示意图；

图2是本实用新型模块化数据中心温控系统第一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型模块化数据中心温控系统第二实施例的结构示意图；

图4是本实用新型模块化数据中心温控系统第三实施例的结构示意图；

图5是本实用新型模块化数据中心温控系统第四实施例的结构示意图；

图6是本实用新型温控单元的组成模块示意图；

图7是本实用新型温控单元中的蓄冷模块的原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，在本实用新型的模块化数据中心温控系统在机房内的结构示意图中，该模块化数据中心温控系统设置在机房内，包括两排机柜，每一排机柜中设置至少一个空调或至少一个温控单元；每个空调输出冷风为两排机柜制冷；每个温控单元向模块化数据中心温控系统提供加热功能及加湿功能，并在模块化数据中心温控系统与市电断开时向模块化数据中心温控系统提供冷量。

优选地，本实用新型的模块化数据中心温控系统，空调为单冷空调。因单冷空调与恒温恒湿空调相比，空调内部的器件数量及种类大大减少，所以在本实施例中，采用单冷空调替代恒温恒湿空调，大大简化了空调的结构设计，降低了设计难度和工艺复杂度，空调设计成本和加工成本降低。单冷空调还可减小配电器件的容量，机组最大运行电流只需要考虑压缩机系统，空开、接触器等器件的型号可以选小，主电源线的线径可以选细，一方面降低了成本，另一方面一旦机组出现大电流，能够及时进行保护。同时，单冷空调中不再配置加热器、加湿器及其配套器件，空调内部只需要布置制冷系统,器件数量大幅减少，可以实现所有器件的正面维护(空调前门和后门处维护)，现场安装及后期维护的难度大幅降低，增加了列间空调的可维护性。另外，单冷空调内部只需考虑制冷系统，可以设计出性能更优的换热器和气流组织，风阻减小，风机功耗降低，从而机组制冷量提高，整机功率减小，能效比增大，制冷性能提升。

图6为本实用新型温控单元的组成模块示意图。本实用新型的温控单元包括风机、加热模块、加湿模块、以及蓄冷模块。具体地：风机设置在温控单元内，将经过温控单元各模块热处理过(加热、加湿或冷却)的空气排出，以维持模块化数据中心内部的温度和湿度。

加热模块向模块化数据中心温控系统提供加热功能以调节模块化数据中心温控系统的温度。可以理解地，加热模块的加热功率按照整个模块化数据中心温控系统实际的需求量来配置，本实用新型对此不作具体限定。在本实用新型中，优选地，加热模块包括加热器，加热器可选用PTC电加热器、电加热管或空气源热泵等形式中的任意一种。

加湿模块向模块化数据中心温控系统提供加湿功能以调节模块化数据中心温控系统的湿度。可以理解地，加湿模块的加湿功率按照整个模块化数据中心温控系统实际的需求量来配置，本实用新型对此不作具体限定。在本实用新型中，优选地，加湿模块包括加湿器，加湿器可选用电极加湿器、红外加湿器、超声波加湿器或湿膜加湿器等形式中的任意一种。

在本实用新型中，模块化数据中心温控系统内部的封闭通道需要维持恒定的温度和湿度，因此，通过设置在温控单元内的加热模块和加湿模块可保证封闭通道所需的温湿度环境，进而保证了模块化数据中心内的IT设备可运行在理想的温湿度环境中。

蓄冷模块设置在温控单元内，蓄冷模块可在模块化数据中心温控系统与市电断开时向两排机柜提供冷量。当市电掉电时，模块化数据中心中的空调停止工作，安装在机柜内的服务器由备用电池供电，即服务器可正常工作，此时由蓄冷模块为服务器提供冷量，保证在市电恢复之前，服务器可在正常的温度内工作，避免了因市电掉电后空调停止工作不再有冷量输出而使服务器在市电恢复前因服务器的温度快速升高而导致超出了服务器正常运行的温度范围、影响服务器的寿命，甚至严重时导致服务器宕机的问题。在本实用新型中，优选地，蓄冷模块的类型可为冰蓄冷、水蓄冷、或者乙二醇蓄冷中的任意一种。

图7为本实用新型温控单元中的蓄冷模块的原理图。蓄冷模块包括压缩机、与压缩机连接的冷凝器、与冷凝器连接的节流元件、连接在节流元件以及压缩机之间的蒸发器、以及与蒸发器连接的蓄冷池；蓄冷池贮存冷量并在模块化数据中心温控系统与市电断开时提供冷量。如图7示，市电正常时，开启压缩机进行蓄冷，市电掉电之后，利用蓄冷池贮存的冷量冷却服务器，进而使服务器的温度在掉电的时间段内维持在正常范围之内。优选地，在本实用新型中，蓄冷池所能够提供的冷量根据备用电池的后备时间和服务器的发热量来确定，进而保证在市电掉电的时间段内(通常为15～20分钟)，服务器的温度维持在正常范围之内，使服务器在市电恢复之前仍可以正常运行，从而对服务器的起到了很好的保护作用，延长了服务器的使用寿命。

综上，实施本实用新型的模块化数据中心温控系统，减少了空调内部的器件数量和器件种类，简化了空调的结构设计，降低了设计难度和工艺复杂度，空调设计成本和加工成本降低；减小了配电器件的容量，机组最大运行电流只需要考虑压缩机系统，空开、接触器等器件的型号可以选小，主电源线的线径可以选细，一方面降低了成本，另一方面一旦机组出现大电流，能够及时进行保护；增加了列间空调的可维护性，将加热、加湿功能集中在温控单元中，空调中不再配置加热器、加湿器及其配套器件，空调柜内部只需要布置制冷系统,器件数量大幅减少，可以实现所有器件的正面维护(前门和后门处维护)，现场安装及后期维护的难度大幅降低；制冷性能提升，空调内部只考虑制冷系统，结构设计时就可以设计出性能更优的换热器和气流组织，风阻减小，风机功耗降低，从而机柜组制冷量提高，整机功率减小，能效比增大；蓄冷模块可以在市电掉电时，代替空调为模块化数据中心提供冷却，保证服务器的温度始终维持在正常范围之内，增加蓄冷模块之后，在市电正常时，备用电池会进行充电，蓄冷池会进行贮冷，一旦发生市电掉电，就切换至备用电池，由备用电池为服务器供电，蓄冷模块为服务器提供冷量，保证在市电恢复之前，服务器仍然可以正常运行。

图1示出了16个机柜在机房内的分布示意图，由图中可看出，两排机柜分别包括8个机柜，每个机柜依次排布；其中有一个空调设置在一排机柜中，还有两个空调设置在另一排机柜中，同时在其中一排机柜中还设置有一温控单元。可以理解地，本实用新型的模块化数据中心的温控系统中机柜数量、空调数量、以及温控单元的数量不限于图1中所示出的数量，可根据实际应用情况为任意数量，即机柜数量、空调数量以及温控单元数量至少为一个。同时空调和温控单元的分布位置也可根据实际应用情况和机柜进行对调，并不限于图1中的相对位置，例如，可将图1中的空调1的位置从左侧调整至中间，将温控单元的位置从右侧调整至中间，如图2所示。

图2为本实用新型模块化数据中心温控系统第一实施例的结构示意图。具体地，本实用新型的模块化数据中心温控系统可为封闭冷通道的结构形式，即在本实施例中，两排机柜的出风口可相背设置，则两排机柜之间所形成的通道为冷通道。

如图3所示，为本实用新型模块化数据中心温控系统第二实施例的结构示意图。在本实施例中，本实用新型的模块化数据中心温控系统可为封闭热通道的结构形式；即在本实施例中，本实用新型的模块化数据中心温控系统，两排机柜的出风口相对设置，两排机柜之间形成封闭式的热通道。

如图4所示，为本实用新型模块化数据中心温控系统第三实施例的结构示意图。本实用新型的模块化数据中心温控系统包括第一排机柜和第二排机柜。机房包括第一面和第二面。由图4可看出，机房的第一面与第一排机柜之间相隔第一预设距离。可以理解地，该第一预设距离可根据实际应用确定，本实用新型不对其具体的距离作限定。机房的第二面与第二排机柜之间相隔第二预设距离。可以理解地，该第二预设距离可根据实际应用确定，本实用新型不对其具体的距离作限定。在本实施例中，优选地，第一排机柜的出风口与第二排机柜的出风口相背设置，此时第一排机柜与第二排机柜之间所形成的通道为冷通道，第一排机柜与机房的第一面之间形成热通道，第二排机柜与机房的第二面之间形成热通道。

如图5所示，为本实用新型模块化数据中心温控系统第四实施例的结构示意图。本实用新型的模块化数据中心温控系统，第一排机柜的出风口与第二排机柜的出风口相对设置，第一排机柜与第二排机柜之间的所形成的通道即为热通道，第一排机柜与机房的第一面之间形成冷通道，第二排机柜与机房的第二面之间形成冷通道。

综合图4和图5可知，本实用新型的模块化数据中心温控系统可设置为冷热通道全封闭的结构形式。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

应当理解，对本领域普通技术人员来说，可根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种模块化数据中心温控系统，其特征在于，设置在机房内，包括两排机柜，每一排所述机柜中设置至少一个空调或至少一个温控单元；

每个所述空调输出冷风为所述两排机柜制冷；

每个所述温控单元向所述模块化数据中心温控系统提供加热功能及加湿功能，并在所述模块化数据中心温控系统与市电断开时向所述模块化数据中心温控系统提供冷量。

2.根据权利要求1所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述两排机柜的出风口相背设置，所述两排机柜之间形成封闭式的冷通道。

3.根据权利要求1所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述两排机柜的出风口相对设置，所述两排机柜之间形成封闭式的热通道。

4.根据权利要求1所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述机柜包括第一排机柜和第二排机柜；所述机房包括第一面和第二面；

所述第一排机柜与所述机房的第一面相隔第一预设距离；

所述第二排机柜与所述机房的第二面相隔第二预设距离；

所述第一排机柜的出风口与所述第二排机柜的出风口相背设置，所述第一排机柜与所述第二排机柜之间的通道为冷通道；所述第一排机柜与所述机房的第一面之间形成热通道；所述第二排机柜与所述机房的第二面之间形成热通道。

5.根据权利要求4所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述第一排机柜的出风口与所述第二排机柜的出风口相对设置，所述第一排机柜与所述第二排机柜之间的通道为热通道；所述第一排机柜与所述机房的第一面之间形成冷通道；所述第二排机柜与所述机房的第二面之间形成冷通道。

6.根据权利要求1所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，每一所述空调为单冷空调。

7.根据权利要求1至6任一项所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述温控单元包括风机、加热模块、加湿模块、以及蓄冷模块；

所述风机将经过所述温控单元热处理过的空气排出；所述加热模块向所述模块化数据中心温控系统提供加热功能，以调节所述模块化数据中心的温度；所述加湿模块向所述模块化数据中心温控系统提供加湿功能，以调节所述模块化数据中心的湿度；所述蓄冷模块在所述模块化数据中心温控系统与所述市电断开时向所述两排机柜提供冷量。

8.根据权利要求7所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述加热模块包括加热器，所述加热器包括PTC电加热器、电加热管或空气源热泵中的任意一种。

9.根据权利要求7所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述加湿模块包括加湿器，所述加湿器电极加湿器、红外加湿器、超声波加湿器或湿膜加湿器中的任意一种。

10.根据权利要求7所述的模块化数据中心温控系统，其特征在于，所述蓄冷模块包括压缩机、与所述压缩机连接的冷凝器、与所述冷凝器连接的节流元件、连接在所述节流元件以及压缩机之间的蒸发器、以及与所述蒸发器连接用于贮存冷量并在所述模块化数据中心温控系统与所述市电断开时提供冷量的蓄冷池。