CN209068646U - 基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统 - Google Patents

基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统 Download PDF

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丁伟翔
刘红梅
蒋忠华
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Abstract

本实用新型涉及一种基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统。它解决了现有空调系统利用不够合理等技术问题。包括数据中心水环热泵、普通房间水环热泵、串并联切换结构、循环回路和循环水泵,在数据中心水环热泵和普通房间水环热泵之间的循环主路上依次设有闭式冷却塔和加热设备,循环主路上设有第一通断结构,循环主路上还设有第二通断结构,循环回路上设有第三通断结构。优点在于:通过在水环热泵空调系统中设置加热设备和补冷设备,并通过阀门启闭,实现冷热量的转移、调度及补充,实现了不同工况的切换,防止能量分配不足与多余,满足了数据中心与普通房间对不同冷热量的需求。

Description

基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统
技术领域
本实用新型属于供能设备技术领域,具体涉及一种基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统。
背景技术
区别于常规的房间功能类型,数据中心拥有大量的IT服务器设备。服务器在工作运行中会散热出大量的热量,若无法及时排除,会导致数据中心内温度迅速升高,进而对电子设备造成损坏,严重可致机房发生故障,停止运行。数据中心需要全年供冷,维持机房设备安全平稳正常运行,因此,数据中心空调系统一直是当今重点研究的对象之一,其系统的选择、能耗的高低等成为了关注的内容。
拥有数据中心的办公建筑,其普通房间在冬季是要求供暖的。这与数据中心的全年供冷需求存在着矛盾。水环热泵是处理不同房间的冷热需求不同的方式之一,它可以实现冷热量的调度,将需求冷量房间中的热量转移至需求热量的房间。但水环热泵空调系统在运行的过程中存在的问题包括:不同功能房间的冷热量需求不一定一致(散热量与需热量间存在差异)、不同工况下的切换复杂、系统节能效率低、冷热分配错误等等。因此,如何更加合理地分配数据中心和普通房间的供热和供冷关系是一个亟待研究的话题。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题,提供一种设计合理,能满足数据中心与普通房间对不同冷热量的需求的基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统。
为达到上述目的,本实用新型采用了下列技术方案:本基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,包括至少一个数据中心水环热泵和若干普通房间水环热泵,其特征在于,所述的数据中心水环热泵和普通房间水环热泵之间设有能将数据中心水环热泵分别和各个数据中心水环热泵并联接或者能将数据中心水环热泵与普通房间水环热泵串联接的串并联切换结构,所述的普通房间水环热泵的出水端通过设置在循环回路上的循环水泵和数据中心水环热泵的进水端相连,在数据中心水环热泵和普通房间水环热泵之间的循环主路上依次设有闭式冷却塔和加热设备,且所述的循环主路上设有用于将循环主路和闭式冷却塔连通或关闭的第一通断结构,所述的循环主路上还设有用于将加热设备和循环主路连通或关闭的第二通断结构,所述的循环回路上设有用于将循环回路和闭式冷却塔连通或关闭的第三通断结构。通过在数据中心水环热泵与普通房间水环热泵之间设置了补冷和加热设备,通过水环热泵空调系统实现了冷热量的调度、转移、补充,防止能量分配不足与多余,满足了数据中心与普通房间对不同冷热量的需求。
在上述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统中,所述的串并联切换结构包括设置在数据中心水环热泵进水端的三通阀Ⅰ以及设置在数据中心水环热泵出水端的三通阀Ⅱ,所述的三通阀Ⅰ其中一端和循环回路相连,所述的三通阀Ⅰ其中另一端和数据中心水环热泵进水端相连,所述的三通阀Ⅰ剩余一端连接在循环主路上;所述的三通阀Ⅱ其中一端与数据中心水环热泵出水端相连,所述的三通阀Ⅱ其中另一端连接在循环主路上,所述的三通阀Ⅱ剩余一端依次和各个普通房间水环热泵的出水端并联在循环回路上。
在上述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统中,所述的第一通断结构包括设置在循环主路上的截止阀Ⅰ,所述的闭式冷却塔两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅰ两端,且所述的闭式冷却塔一端通过截止阀Ⅵ和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅶ和循环主路相连。
在上述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统中,所述的第二通断结构包括设置在循环主路上的截止阀Ⅱ,所述的加热设备两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅱ两端,且所述的加热设备一端通过截止阀Ⅳ和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅴ和循环主路相连。
在上述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统中,所述的第三通断结构包括设置在循环回路上的截止阀Ⅲ,所述的闭式冷却塔两端分别连接在循环回路上且位于截止阀Ⅲ两端,且所述的闭式冷却塔一端通过截止阀Ⅷ和循环回路相连,另一端通过截止阀Ⅸ和循环回路相连。
与现有的技术相比,本实用新型的优点在于:
1、该运行模式在数据中心水环热泵与普通房间水环热泵之间设置了补冷和加热设备,通过水环热泵空调系统实现了冷热量的调度、转移、补充,防止能量分配不足与多余,满足了数据中心与普通房间对不同冷热量的需求。
2、通过切换阀门,实现了系统冬夏季工况的切换,实现了冬季工况下三种不同运行模式的切换,操作方便、简洁、迅速。
3、无论夏季还是冬季工况,冷却水始终先流经数据中心水环热泵,保证了数据中心对于冷量的需求,维持其正常平稳安全的工作运行。
附图说明
图1是本实用新型中夏季运行模式时的结构示意图;
图2是本实用新型中冬季运行模式下散热量等于需热量时的结构示意图;
图3是本实用新型中冬季运行模式下散热量小于需热量时的结构示意图;
图4是本实用新型中冬季运行模式下散热量大于需热量时的结构示意图;
图中,数据中心水环热泵1、普通房间水环热泵2、循环水泵3、加热设备4、闭式冷却塔5、三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7、截止阀Ⅰ8、截止阀Ⅱ9、截止阀Ⅲ10、截止阀Ⅳ11、截止阀Ⅴ12、截止阀Ⅵ13、截止阀Ⅶ14、截止阀Ⅷ15、截止阀Ⅸ16、串并联切换结构17、第一通断结构18、第二通断结构19、第三通断结构20。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1-4所示,本基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,包括至少一个数据中心水环热泵1和若干普通房间水环热泵2,数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2之间设有能将数据中心水环热泵1分别和各个数据中心水环热泵1并联接或者能将数据中心水环热泵1与普通房间水环热泵2串联接的串并联切换结构17,普通房间水环热泵2的出水端通过设置在循环回路上的循环水泵3和数据中心水环热泵1的进水端相连,在数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2之间的循环主路上依次设有闭式冷却塔5和加热设备4,且循环主路上设有用于将循环主路和闭式冷却塔5连通或关闭的第一通断结构18,循环主路上还设有用于将加热设备4和循环主路连通或关闭的第二通断结构19,循环回路上设有用于将循环回路和闭式冷却塔5连通或关闭的第三通断结构20。通过在数据中心水环热泵1与普通房间水环热泵2之间设置了补冷和加热设备,通过水环热泵空调系统实现了冷热量的调度、转移、补充,防止能量分配不足与多余,满足了数据中心与普通房间对不同冷热量的需求。
进一步地,这里的串并联切换结构17包括设置在数据中心水环热泵1进水端的三通阀Ⅰ6以及设置在数据中心水环热泵1出水端的三通阀Ⅱ7,三通阀Ⅰ6其中一端和循环回路相连,三通阀Ⅰ6其中另一端和数据中心水环热泵1进水端相连,三通阀Ⅰ6剩余一端连接在循环主路上;三通阀Ⅱ7其中一端与数据中心水环热泵1出水端相连,三通阀Ⅱ7其中另一端连接在循环主路上,三通阀Ⅱ7剩余一端依次和各个普通房间水环热泵2的出水端并联在循环回路上。
其中,第一通断结构18包括设置在循环主路上的截止阀Ⅰ8,闭式冷却塔5两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅰ8两端,且闭式冷却塔5一端通过截止阀Ⅵ13和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅶ14和循环主路相连。
其中,第二通断结构19包括设置在循环主路上的截止阀Ⅱ9,加热设备4两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅱ9两端,且加热设备4一端通过截止阀Ⅳ11和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅴ12和循环主路相连。
这里的第三通断结构20包括设置在循环回路上的截止阀Ⅲ10,闭式冷却塔5两端分别连接在循环回路上且位于截止阀Ⅲ10两端,且闭式冷却塔5一端通过截止阀Ⅷ15和循环回路相连,另一端通过截止阀Ⅸ16和循环回路相连。
本实施例中的基于数据中心的水环热泵空调系统运行方法,包括:
在水环热泵空调系统中设置了加热设备4和闭式冷却塔5,具体的运行模式分为夏季与冬季两种。
在夏季工况时,数据中心和普通房间都需要供冷。通过调节三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7,冷却水分别流经处于并联状态的数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2,带走室内热泵散热量后,在循环水泵3的作用下通过闭式冷却塔5,向室外散热后的冷却水进入下一次供冷循环。此时截止阀的状态是截止阀Ⅰ8开、截止阀Ⅱ9开、截止阀Ⅲ10关、截止阀Ⅳ11关、截止阀Ⅴ12关、截止阀Ⅵ13关、截止阀Ⅶ14关、截止阀Ⅷ15开、截止阀Ⅸ16开。
在冬季工况时,数据中心需要供冷,而普通房间需要供热。此时会存在三种状态:
1、当数据中心水环热泵1的散热量等于普通房间水环热泵2的需热量时,通过调节三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7,数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2处于串联状态,冷却水先流经数据中心水泵热泵1,带走室内热泵散热量的冷却水再流经普通房间水环热泵2,为普通房间提供所需的热量。最后,损失热量的冷却水在循环水泵3的作用下进入下一次供冷循环。此时截止阀的状态是截止阀Ⅰ8开、截止阀Ⅱ9开、截止阀Ⅲ10开、截止阀Ⅳ11关、截止阀Ⅴ12关、截止阀Ⅵ13关、截止阀Ⅶ14关、截止阀Ⅷ15关、截止阀Ⅸ16关。
2、当数据中心水环热泵1的散热量小于普通房间水环热泵2的需热量时,打开加热设备4支路。通过调节三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7,数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2处于串联状态,冷却水先流经数据中心水泵热泵1,带走室内热泵散热量的冷却水流至加热设备4。通过加热设备4对冷却水进行热量补充,再流经普通房间水环热泵2,为普通房间提供所需的热量。最后,损失热量的冷却水在循环水泵3的作用下进入下一次供冷循环。此时截止阀的状态是截止阀Ⅰ8开、截止阀Ⅱ9关、截止阀Ⅲ10开、截止阀Ⅳ11开、截止阀Ⅴ12开、截止阀Ⅵ13关、截止阀Ⅶ14关、截止阀Ⅷ15关、截止阀Ⅸ16关。
3、当数据中心水环热泵1的散热量大于普通房间水环热泵2的需热量时,打开闭式冷却塔5支路。通过调节三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7,数据中心水环热泵1和普通房间水环热泵2处于串联状态,冷却水先流经数据中心水泵热泵1,带走室内热泵散热量的冷却水流至闭式冷却塔5。通过闭式冷却塔5对冷却水散除部分热量,再流经普通房间水环热泵2,为普通房间提供所需的热量。最后,损失热量的冷却水在循环水泵3的作用下进入下一次供冷循环。此时截止阀的状态是截止阀Ⅰ8关、截止阀Ⅱ9开、截止阀Ⅲ10开、截止阀Ⅳ11关、截止阀Ⅴ12关、截止阀Ⅵ13开、截止阀Ⅶ14开、截止阀Ⅷ15关、截止阀Ⅸ16关。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了数据中心水环热泵1、普通房间水环热泵2、循环水泵3、加热设备4、闭式冷却塔5、三通阀Ⅰ6、三通阀Ⅱ7、截止阀Ⅰ8、截止阀Ⅱ9、截止阀Ⅲ10、截止阀Ⅳ11、截止阀Ⅴ12、截止阀Ⅵ13、截止阀Ⅶ14、截止阀Ⅷ15、截止阀Ⅸ16、串并联切换结构17、第一通断结构18、第二通断结构19、第三通断结构20等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,包括至少一个数据中心水环热泵(1)和若干普通房间水环热泵(2),其特征在于,所述的数据中心水环热泵(1)和普通房间水环热泵(2)之间设有能将数据中心水环热泵(1)分别和各个数据中心水环热泵(1)并联接或者能将数据中心水环热泵(1)与普通房间水环热泵(2)串联接的串并联切换结构(17),所述的普通房间水环热泵(2)的出水端通过设置在循环回路上的循环水泵(3)和数据中心水环热泵(1)的进水端相连,在数据中心水环热泵(1)和普通房间水环热泵(2)之间的循环主路上依次设有闭式冷却塔(5)和加热设备(4),且所述的循环主路上设有用于将循环主路和闭式冷却塔(5)连通或关闭的第一通断结构(18),所述的循环主路上还设有用于将加热设备(4)和循环主路连通或关闭的第二通断结构(19),所述的循环回路上设有用于将循环回路和闭式冷却塔(5)连通或关闭的第三通断结构(20)。
2.根据权利要求1所述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,其特征在于,所述的串并联切换结构(17)包括设置在数据中心水环热泵(1)进水端的三通阀Ⅰ(6)以及设置在数据中心水环热泵(1)出水端的三通阀Ⅱ(7),所述的三通阀Ⅰ(6)其中一端和循环回路相连,所述的三通阀Ⅰ(6)其中另一端和数据中心水环热泵(1)进水端相连,所述的三通阀Ⅰ(6)剩余一端连接在循环主路上;所述的三通阀Ⅱ(7)其中一端与数据中心水环热泵(1)出水端相连,所述的三通阀Ⅱ(7)其中另一端连接在循环主路上,所述的三通阀Ⅱ(7)剩余一端依次和各个普通房间水环热泵(2)的出水端并联在循环回路上。
3.根据权利要求1所述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,其特征在于,所述的第一通断结构(18)包括设置在循环主路上的截止阀Ⅰ(8),所述的闭式冷却塔(5)两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅰ(8)两端,且所述的闭式冷却塔(5)一端通过截止阀Ⅵ(13)和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅶ(14)和循环主路相连。
4.根据权利要求3所述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,其特征在于,所述的第二通断结构(19)包括设置在循环主路上的截止阀Ⅱ(9),所述的加热设备(4)两端分别连接在循环主路上且位于截止阀Ⅱ(9)两端,且所述的加热设备(4)一端通过截止阀Ⅳ(11)和循环主路相连,另一端通过截止阀Ⅴ(12)和循环主路相连。
5.根据权利要求3所述基于数据中心的水环热泵空调系统运行系统,其特征在于,所述的第三通断结构(20)包括设置在循环回路上的截止阀Ⅲ(10),所述的闭式冷却塔(5)两端分别连接在循环回路上且位于截止阀Ⅲ(10)两端,且所述的闭式冷却塔(5)一端通过截止阀Ⅷ(15)和循环回路相连,另一端通过截止阀Ⅸ(16)和循环回路相连。
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