CN208567255U - 一种模块化节能冷站装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种模块化节能冷站装置，集成了磁悬浮冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、定压补水等设备；冷却塔设在集装箱外，其余集成在集装箱内。所有设备通过管路结构和配电系统分别连接。单个模块即可实现完整的制冷功能，同时为满足有全年制冷需求的场合，通过全变频、磁悬浮冷水机组实现自动控制调节，如无极调节、自然冷却高效运行和辅助预冷混合模式。可以单个模块使用，也可多个模块并联，实现全年高效制冷，用户只需将电力和水管接至模块预留接口即可，减少了现场施工，缩短了安装周期。

Description

一种模块化节能冷站装置

技术领域

本实用新型涉及数据中心、通信机房及工艺冷却等全年需要不间断制冷场所制冷设备领域，尤其涉及一种模块化节能冷站装置。

背景技术

通信机房、数据中心及一些其它工艺冷却等场所，全年365天24小时需要不间断的制冷，空调系统能耗较大，我国幅员辽阔，长江流域及以北区域，全年四级分明，夏热冬冷，可以利用室外低温的自然冷源实现机房设备等的工艺散热需求.尤其对于数据机房来讲，空调系统负荷占比40％左右，给企业的运营带来了沉重的负担。采用新方案和利用新技术，实现系统综合节能具有重大价值，磁悬浮技术是当前比较先进的技术，已广泛应用于航天、军工等领域，磁悬浮冷水机组与常规冷水机组相比，具有无摩擦、无油运行等特点，能效比和可靠性得到了极大的提升，同时，磁悬浮冷水机组可实现负荷10-100％的无极调节。压缩机直接制冷和自然冷却无缝衔接，实现自然冷源的最大程度利用。

水冷磁悬浮冷冻水中央空调系统具有较高的能效比，但是，由于建筑条件等方面的限制，往往无法提供单独的制冷机房，实施存在一定的难度，原有集成冷站将机房集成化，体积较大，需要针对具体项目深化设计，通用性较差。

将机房本身产品化，解决了设备摆放难题，如将冷水机组放置在一个集成箱体内，在将水泵放置在另一箱体内，但系统存在单点故障，仍然存在管路对接，通用性较差。

因此，需要一种模块化节能冷站装置以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种模块化节能冷站装置。本装置运用集成化的理念，模块化与产品化的思想，将冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵等系统模块化，产品化。以集装箱为载体，做成不同冷量的集装箱节能冷站装置。各集装箱冷站模块之间相互独立，可以实现灵活部署，同时，通过工厂预制的方式，减少了现场施工，缩短了安装周期，也大大提高了系统的可靠性。

本实用新型的技术方案为：一种模块化节能冷站装置，包括压缩机机械制冷系统、自然冷源制冷系统和集装箱，所述压缩机机械制冷系统设在集装箱内，所述自然冷源制冷系统设在集装箱外。该结构构成一个单以的制冷模块。单个模块即可实现完整的制冷功能，同时为满足有全年制冷需求的场合，通过全变频磁悬浮冷水机组实现自动控制调节(无极调节、自然冷却高效运行和辅助预冷混合模式)。可以单个模块使用，也可多个模块并联，实现全年高效制冷。

所述压缩机机械制冷系统包括磁悬浮冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、定压补水设备和管路结构；所述磁悬浮冷水机组设在集装箱内的一侧，所述定压补水设备设在集装箱内的另一侧；所述冷却水泵和冷冻水泵并列设置，设在所述磁悬浮冷水机组和定压补水设备的中间；所述磁悬浮冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和定压补水设备通过所述管路结构连接。此结构可实现压缩机机械制冷。

更进一步的，所述自然冷源制冷系统包括冷却塔，所述冷却塔设在所述集装箱的顶部或侧面。本实用新型中的集装箱为特制加固集装箱，尺寸与常规集装箱一致。冷却塔安装在集装箱的顶部，节约了占地面积。冷却塔设在集装箱的侧边，使得集装箱可进行堆叠，满足一些大型的数据机房，需要多个节能冷站的需求。

更进一步的，冷却塔为全钢式闭式冷却塔。冷却塔是是用水作为循环冷却剂，其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来降低水温的蒸发散热装置。决定冷却塔散热效果的是室外环境的湿球温度，湿球温度也称为绝热饱和温度，是指在绝热条件下，大量的水与有限的湿空气接触，水蒸发所需的潜热完全来自于湿空气温度降低所放出的显热，当系统中空气达饱和状态且系统达到热平衡时系统的温度。以南京地区为例，暖通典型年逐时湿球温度低于15℃时长为4884小时，以冷却塔4℃逼近度来计算，对于当前数据机房15/20℃工况的空调系统来讲，全年可利用自然冷却时长达55％以上。长沙地区暖通典型年逐时湿球温度低于15℃时长为4295小时,占比50％左右，由此可见，通过此节能装置，跟常规的风冷冷冻水机房空调系统相比，利用自然冷源的范围进一步扩大。

更进一步的，配电机构集成了磁悬浮冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔和定压补水设备的配电。还包括水泵变频控制柜、冷却塔风机变频控制柜和中央控制器。所水泵变频控制柜与冷却水泵、冷冻水泵配备，冷却塔风机变频控制柜与冷却塔配备，中央控制器与中央控制器本实用新型集装箱节能冷站装置集成了整个系统设备的配电和控制系统。

更进一步的，所述集装箱上设有用于一个用于电力连接的接口和另一个连接水管的接口。整个系统只需要一路电源线就可以满足现场配电及控制需求。减少了现场排线的工作量，提高了装配效率。可以单个模块使用，也可多个模块并联，实现全年高效制冷，用户只需将电力和水管接至集装箱模块的接口即可。

更进一步的，管路结构内还设有温度传感器、压力传感器和流量计。可以实现整个系统的在线监测和控制，采用PID+模糊控制的智能控制方式，根据室外湿球温度的改变，自动在三种运行模式切换，在保证系统安全的前提下，实现节能运行。

更进一步的，管路结构包括多根管路，管路之间通过卡箍连接。保证了管路结构的稳固连接与密闭。

有益效果：本实用新型采用磁悬浮压缩机，将先进的磁悬浮技术引入数据机房领域，磁悬浮压缩机运行过程中，转轴和轴承之间依靠磁力，转轴悬浮于轴承中心位置，两者之间无接触，无摩擦，系统的效率提升，可靠性也大大提高。磁悬浮冷水机组无摩擦，应用在集装箱冷站中无振动，运行平稳。

本实用新型大大简化了设计人员的工作量，设计人员只需根据负荷需求，选择相应的集装箱模块数量，同时，也降低了施工现场不确定因素对负荷的影响。模块化节能集装箱冷站装置在工厂内已经完成安装和调试工作，这也大大缩短了施工工期，可实现快速部署，同时有效保证系统工程质量。

附图说明

图1为本实用新型的一种模块化节能冷站装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种模块化节能冷站装置，包括压缩机机械制冷系统、自然冷源制冷系统和集装箱1，所述压缩机机械制冷系统设在集装箱1内，所述自然冷源制冷系统设在集装箱1外。该结构构成一个单一的制冷模块。

所述压缩机机械制冷系统包括磁悬浮冷水机组3、冷却水泵2、冷冻水泵4、定压补水设备5和管路结构；所述磁悬浮冷水机组3设在集装箱1内的一侧，所述定压补水设备5设在集装箱1内的另一侧；所述冷却水泵2和冷冻水泵4并列设置，设在所述磁悬浮冷水机组3和定压补水设备5的中间；所述磁悬浮冷水机组3、冷却水泵2、冷冻水泵4和定压补水设备5通过所述管路结构连接。此结构可实现压缩机机械制冷。

更进一步的，所述自然冷源制冷系统包括冷却塔6，所述冷却塔6设在所述集装箱1的顶部或侧面。本实用新型中的集装箱为特制加固集装箱，尺寸与常规集装箱一致。冷却塔6安装在集装箱的顶部，节约了占地面积。冷却塔设在集装箱的侧边，使得集装箱可进行堆叠，满足一些大型的数据机房，需要多个节能冷站的需求。

更进一步的，所述冷却塔6为全钢式闭式冷却塔。冷却塔是是用水作为循环冷却剂，其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来降低水温的蒸发散热装置。决定冷却塔散热效果的是室外环境的湿球温度，湿球温度也称为绝热饱和温度，是指在绝热条件下，大量的水与有限的湿空气接触，水蒸发所需的潜热完全来自于湿空气温度降低所放出的显热，当系统中空气达饱和状态且系统达到热平衡时系统的温度。以南京地区为例，暖通典型年逐时湿球温度低于15℃时长为4884小时，以冷却塔4℃逼近度来计算，对于当前数据机房15/20℃工况的空调系统来讲，全年可利用自然冷却时长达55％以上。长沙地区暖通典型年逐时湿球温度低于15℃时长为4295小时,占比50％左右，由此可见，通过此节能装置，跟常规的风冷冷冻水机房空调系统相比，利用自然冷源的范围进一步扩大。

更进一步的，所述配电机构集成了所述磁悬浮冷水机组3、冷却水泵2、冷冻水泵4、冷却塔6、定压补水设备5、软化水装置和全自动在线清洗装置的配电。还包括水泵变频控制柜、冷却塔风机变频控制柜和中央控制器。所述水泵变频控制柜与所述冷却水泵、冷冻水泵配备，所述冷却塔风机变频控制柜与所述冷却塔配备。所述集装箱1上设有用于一个用于电力连接的接口和另一个连接水管的接口。整个系统只需要一路电源线就可以满足现场配电及控制需求。减少了现场排线的工作量，提高了装配效率。可以单个集装箱模块使用，也可多个集装箱模块并联，实现全年高效制冷，用户只需将电力和水管接至集装箱模块的接口即可。

更进一步的，所述管路结构内还设有温度传感器、压力传感器和流量计。可以实现整个系统的在线监测和控制，采用PID+模糊控制的智能控制方式，根据室外湿球温度的改变，自动在三种运行模式切换，在保证系统安全的前提下，实现节能运行。

更进一步的，所述管路结构包括多根管路，管路之间通过卡箍连接。保证了管路结构的稳固连接与密闭。

实用新型集装箱节能冷站装置可根据室外环境湿球温度的改变，具有三种不同的运行模式，分别是压缩机制冷模式、自然冷却模式和混合运行模式。夏季，室外温度较高时，开启压缩机制冷模式，依靠压缩机的机械制冷带走机房热量；冬季环境温度较低时，进入自然冷却模式，机房内高温冷冻水回水直接进入冷却塔，跟室外低温环境进行换热，磁悬浮冷水机组处于关闭状态，整个机房的热量由室外低温环境散热。过渡季节，室外环境温度较低，但依靠室外低温环境无法完全带走机房热量时，进入混合模式，高温冷冻水回水先进入冷却塔进行预冷，然后再进入蒸发器，不足的冷量有压缩机机械制冷提供。磁悬浮冷水机组采用无极变频的负荷调节方式，使得整个节能冷站装置在混合运行模式，能更好的自然冷源衔接，实现自然冷源的最大程度利用。

对于一些小型的数据机房等场所，采用1用1备节能集装箱冷站装置即可满足制冷需求。对于这种特殊的配置方式，系统运行控制策略更加灵活和节能。如压机制冷模式，可以使2个模块同时工作在50％的负载工况，以得到更高的能效；在自然冷却模式，两个冷却塔也可以同时工作，进一步提高自然冷源的利用时长；混合模式工况下，可以利用1个系统的冷却塔预冷，不足的制冷量由另外一个制冷系统来提供。

对于一些大型的数据机房，往往要选择N+X的多个预制模块化节能集装箱冷站装置。在压缩机制冷模式情况下，可以开启备份的集装箱冷站装置，使所有系统工作在部分负载工况下；在自然冷却模式，也可以开启所有冷却塔，提高自然冷源利用时长；在混合模式工况下，运行策略比较复杂，对于这种大型的数据机房，制冷较大，往往会选择双系统的预制模块化节能集装箱冷站装置，即单个预制模块化节能集装箱冷站装置具有2个制冷系统，2个压缩机，为了实现混合模式的运行，也选择双模块的闭式冷却塔，在混合模式下，一个闭式冷却塔模块用于冷凝散热，一个闭式冷却塔模块用于自然冷源预冷，虽然单个预制模块化磁悬浮集装箱节能冷站制冷能力输出减少了，但是，可以开启备用机组，实现自然冷源的最大程度利用，同时，在过渡季节，空调系统负荷也不是出于极大值，大部分情况下，可满足整个空调系统的制冷需求。

实施例一

本实用新型集装箱节能冷站装置制冷量从200kW-2000kW,暖通设计人员根据负荷需求，选择相应的模块集装箱冷站型号和数量，对于数据机房等重要场所，还要考虑N+X备份。

对于确定的集装箱冷站型号，其冷水机组、水泵、配电系统等配置是固定的，其中闭式冷却塔需要根据当地的湿球温度进行二次选型校核，冷冻水泵的扬程需要根据项目阻力进行二次确定，确定好冷却塔型号及冷冻水泵扬程后，磁悬浮冷水机组和闭式冷却塔的数据机房预制模块化节能集装箱冷站装置在工厂内进行组装，出厂前进行调试并试运行。

调试完成的集装箱冷站和冷却塔分别运送至项目现场，冷却塔可直接放置与集装箱顶部，然后分别对接管路，现场一路电源接至集装箱冷站后，整个系统即可投入运行。

本实用新型集装箱节能冷站装置大大减少了暖通设计人员的工作量，通过将整个冷站集成模块化的思想，将制冷系统标准化和产品化，也是未来暖通设计及实施的方向之一。

本实用新型集装箱节能冷站装置整个制冷系统实现工厂预制，标准化生产，所有零部件和管路通过3D建模的方式，对于一些工程难以实现的弯头和零部件，通过3D打印技术，进行标准化预制，提高了整个系统的匹配性，并结合先用的 CFD模拟技术、模糊控制技术等，优化系统设计和控制策略，由提高产品的性能，上升至提高整个冷站的节能和可靠性，暖通系统的工业化程度进一步提升。

这种集装箱节能冷站装置大大减少了现场的施工量，安全运行及节能控制策略也集成预制在系统当中，避免了现场施工因素造成与设计的偏差，整个系统的性能也得到了可靠保证。

Claims (8)

1.一种模块化节能冷站装置，其特征在于：包括压缩机机械制冷系统、自然冷源制冷系统和集装箱(1)，所述压缩机机械制冷系统设在集装箱(1)内，所述自然冷源制冷系统设在集装箱(1)外；所述压缩机机械制冷系统包括磁悬浮冷水机组(3)、冷却水泵(2)、冷冻水泵(4)、定压补水设备(5)和管路结构；所述磁悬浮冷水机组(3)设在集装箱(1)内的一侧，所述定压补水设备(5)设在集装箱(1)内的另一侧；所述冷却水泵(2)和冷冻水泵(4)并列设置，设在所述磁悬浮冷水机组(3)和定压补水设备(5)的中间；所述磁悬浮冷水机组(3)、冷却水泵(2)、冷冻水泵(4)和定压补水设备(5)通过所述管路结构连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述自然冷源制冷系统包括冷却塔(6)，所述冷却塔(6)设在所述集装箱(1)的顶部或侧面。

3.根据权利要求2所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述冷却塔(6)为全钢式闭式冷却塔。

4.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：还包括配电系统，所述配电系统集成了所述磁悬浮冷水机组(3)、冷却水泵(2)、冷冻水泵(4)、冷却塔(6)和定压补水设备(5)的配电。

5.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述集装箱(1)上设有用于一个用于电力连接的接口和另一个连接水管的接口。

6.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述集装箱内还包括水泵变频控制柜、冷却塔风机变频控制柜和中央控制器；所述水泵变频控制柜与所述冷却水泵、冷冻水泵配备，所述冷却塔风机变频控制柜与所述冷却塔配备。

7.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述管路结构内还设有温度传感器、压力传感器和流量计。

8.根据权利要求1所述的一种模块化节能冷站装置，其特征在于：所述管路结构包括多根管路，管路之间通过卡箍连接。