CN209763383U - 基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统 - Google Patents
基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，包括有供回水系统、直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组，直接蒸发冷却机组的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口，两个立管式板管型间接蒸发冷却机组靠近直接蒸发冷却机组的一侧均设置有一次风出口，两个第一进风口分别与其对应一侧的立管式板管型间接蒸发冷却机组的一次风出口连通；供回水系统、直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组之间通过水管网连接。本实用新型的空调系统能够依据气象条件，切换运行多种制冷模式，大大降低了能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于空调设备技术领域，具体涉及一种基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统。
背景技术
随着互联网+、大数据、云计算及人工智能技术的快速发展，以信息技术为代表的新一轮科技和产业革命正在萌发，为经济社会发展注入了强劲动力。随着建设网络强国、数字中国、智慧社会以及互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合，数据的产生、存储、计算技术推陈出新，必将实现海量数据之间和设备之间的互联互通。数据中心是承载数据的基础物理单元，装载大量的IT设备，其能耗密度是传统建筑的几倍甚至数十倍。我国早期建设、运营的数据中心能源效率与发达国家相比，能效指标还有较大的提升空间。数据中心的热负荷以显热为主，由于单位面积的散热量较大，需要全年不间断冷却，而且冷却系统与传统建筑以人的热舒适、节能为目标的空调系统模式有着较大的区别。面对数据中心高散热量的现状以及全年冷却的需求，研究如何提高设备的效率，尽量间接或者直接地利用自然冷源，延长自然冷源的使用时间，为数据中心领域的安全节能运行提供更加绿色低碳的技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，能够依据气象条件切换运行多种制冷模式，在保障空调系统安全可靠运行的同时，大大降低了能耗。
本实用新型所采用的技术方案是，基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，包括有供回水系统、直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组，直接蒸发冷却机组的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口，两个立管式板管型间接蒸发冷却机组靠近直接蒸发冷却机组的一侧均设置有一次风出口，两个第一进风口分别与其对应一侧的立管式板管型间接蒸发冷却机组的一次风出口连通；
供回水系统、直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组之间通过水管网连接。
供回水系统包括有依次连接的机械制冷冷水机组、室内末端、板式换热器及水源；
机械制冷冷水机组分别通过水管G9与水管G10与室内末端连接，室内末端分别通过水管G11与水管G12与板式换热器连接，板式换热器分别通过水管G7与水管G8与水源连接；
板式换热器通过水管G1与直接蒸发冷却机组连接，板式换热器与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组之间设置有水管G3及水管G4，水管G3的一端与板式换热器连接，水管G3的另一端分两路分别与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组连接，水管G4的一端与板式换热器连接，水管G4的另一端分两路分别与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组连接；
机械制冷冷水机组通过水管G2与直接蒸发冷却机组连接，机械制冷冷水机组通过水管G6与水管G1连接，板式换热器通过水管G5与水管G2连接。
水管G3上设置有水泵c，水管G7上设置有水泵d，水管G10上设置有水泵e，水管G12上设置有水泵f。
本实用新型的特征还在于，
直接蒸发冷却机组包括有壳体a，壳体a内由上至下依次设置有挡水板、布水器a、填料组合单元及水箱a，布水器a通过水管G1与板式换热器连接，水箱a通过水管G2与机械制冷冷水机组连接，挡水板上方对应的壳体a顶部设置有排风口，两个第一进风口在填料组合单元下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
水管G2上设置有水泵a。
排风口内设置有风机a。
填料组合单元包括有设置在上层的方体填料及设置在下层的“V”型填料，两个第一进风口在“V”型填料下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
立管式板管型间接蒸发冷却机组包括有壳体b，壳体b靠近直接蒸发冷却机组一侧的侧壁上设置有一次风出口，一次风出口与其对应一侧的第一进风口连通，壳体b远离直接蒸发冷却机组一侧的侧壁上设置有第二进风口，壳体b内由上至下依次设置有布水器b、立管式板管型间接蒸发冷却器及水箱b，布水器b通过供水管连接，供水管上还设置有水泵b，布水器b上方对应的壳体b顶部设置有二次风出口，二次风出口内设置有风机b；
一次风出口及第二进风口分别设置在立管式板管型间接蒸发冷却器的两侧，立管式板管型间接蒸发冷却器与一次风出口之间还设置有乙二醇盘管；
水管G3的一端与板式换热器连接，水管G3的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组左右两侧的乙二醇盘管的冷媒进口连接；
水管G4的一端与板式换热器连接，水管G4的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组左右两侧的乙二醇盘管的冷媒出口连接。
水管G1上设置有阀门i，水管G2上设置有阀门b，水管G3上设置有阀门g，水管G4上设置有阀门f，水管G5上设置有阀门h，水管G6上设置有阀门a，水管G7上设置有阀门e，水管G9上设置有阀门c，水管G10上设置有阀门d。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型的空调系统，因地制宜，充分利用多种自然冷源冷却方式包括：水源冷却、干空气能蒸发冷却、乙二醇自然冷却，依据气候条件，切换运行模式，延长了自然冷源的使用时间，大大减少了空调系统的电能消耗；
(2)本实用新型的心空调系统，在自然冷源不满足设计需求时，开启蒸发冷却结合机械制冷模式，立管式板管型蒸发冷却冷水机组(包括有直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组)制取的冷水通入机械制冷冷水机组冷凝器，吸收冷凝器的散热，降低冷凝温度，保证空调系统正常供冷的同时，提升机械制冷冷水机组的COP值，并降低空调系统的电能消耗；
(3)本实用新型的空调系统，立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组中的填料分为两层布置：上层为方体填料，下层为“V”型填料，相比传统的填料布置方式将填料底层布置于立管式板管型间接蒸发冷却机组一次空气出风口上方，这样设置可有效利用下方空间，在保证填料高度的前提下有效降低机组高度，同时下方“V”型填料与空气进入的气流状态比较相符，更有助于换热的进行；
(4)本实用新型的空调系统，立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组使用立管式板管型间接蒸发冷却器，二次空气在管内的湿通道发生直接蒸发冷却，一次空气流进管外的干通道被等湿冷却，这种立管式板管型间接蒸发冷却器管外较宽的空气流道，不易堵塞并易于清扫；管内由于循环水的自动冲刷作用，可有效缓解管内的堵塞问题；换热器管束采用立式，可减小换热管在水平方向的占地面积；采用板管管型增强了管内均匀布水效果，同时增加了一次空气和管壁的接触面积，强化了换热效果，减小了流动阻力，降低了风机能耗；
(5)本实用新型的空调系统，立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组中布置有乙二醇盘管，冬季防止机组冻裂，关闭水系统，排空水箱存水，充分利用室外冷风冷却盘管内的乙二醇溶液，被冷却的乙二醇溶液作为一次侧的冷媒通入板式换热器吸收室内末端的二次回水的热量。
附图说明
图1是本实用新型基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统的结构示意图；
图2是实用新型空调系统运行水源冷却模式的水循环系统流程示意图；
图3是实用新型空调系统运行蒸发冷却模式的水循环系统流程示意图；
图4是实用新型空调系统运行蒸发冷却结合机械制冷模式的水循环系统流程示意图；
图5是实用新型空调系统运行乙二醇自然冷却模式的水循环系统流程示意图；
图6是实用新型空调系统的立管式板管型间接蒸发冷却器芯体示意图。
图中，1.直接蒸发冷却机组，2.填料组合单元，3.水箱a，4.水泵a，5.乙二醇盘管，6.布水器a，7.立管式板管型间接蒸发冷却机组，8.立管式板管型间接蒸发冷却器，9.挡水板，10.排风口，11.阀门a，12.阀门b，13.机械制冷冷水机组，14.阀门c，15.阀门d，16.水泵e，17.室内末端，18.水泵f，19.板式换热器，20.水泵d，21.阀门e，22.水泵c，23.阀门f，24.阀门g，25.阀门h，26.阀门i，27.风机a，28.第二进风口，29.布水器b，30.水箱b，31.供水管，32.二次风出口，33.水泵b，34.第一进风口，35.风机b。
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进行详细说明。
本实用新型基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，如图1所示，包括有供回水系统、直接蒸发冷却机组1以及在直接蒸发冷却机组1左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组7，直接蒸发冷却机组1的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口34，两个立管式板管型间接蒸发冷却机组7靠近直接蒸发冷却机组1的一侧均设置有一次风出口，两个第一进风口34分别与其对应一侧的立管式板管型间接蒸发冷却机组7的一次风出口连通；
供回水系统、直接蒸发冷却机组1以及在直接蒸发冷却机组1左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组7之间通过水管网连接。
供回水系统包括有依次连接的机械制冷冷水机组13、室内末端17、板式换热器19及水源；
机械制冷冷水机组13分别通过水管G9与水管G10与室内末端17连接，室内末端17分别通过水管G11与水管G12与板式换热器19连接，板式换热器19分别通过水管G7与水管G8与水源连接；
板式换热器19通过水管G1与直接蒸发冷却机组1连接，板式换热器19与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组7之间设置有水管G3及水管G4，水管G3的一端与板式换热器19连接，水管G3的另一端分两路分别与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组7连接，水管G4的一端与板式换热器19连接，水管G4的另一端分两路分别与两个立管式板管型间接蒸发冷却机组7连接；
机械制冷冷水机组13通过水管G2与直接蒸发冷却机组1连接，机械制冷冷水机组13中的冷凝器通过水管G6与水管G1连接，板式换热器19通过水管G5与水管G2连接。
机械制冷冷水机组13包括有蒸发器、冷凝器及压缩机等部件。
直接蒸发冷却机组1包括有壳体a，壳体a内由上至下依次设置有挡水板9、布水器a6、填料组合单元2及水箱a3，布水器a6通过水管G1与板式换热器19连接，水箱a3通过水管G2与机械制冷冷水机组13中的冷凝器连接，挡水板9上方对应的壳体a顶部设置有排风口10，两个第一进风口34在填料组合单元2下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
水管G2上设置有水泵a4。
排风口10内设置有风机a27。
填料组合单元2包括有设置在上层的方体填料及设置在下层的“V”型填料，两个第一进风口34在“V”型填料下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
立管式板管型间接蒸发冷却机组7包括有壳体b，壳体b靠近直接蒸发冷却机组1一侧的侧壁上设置有一次风出口，一次风出口与其对应一侧的第一进风口34连通，壳体b远离直接蒸发冷却机组1一侧的侧壁上设置有第二进风口28，壳体b内由上至下依次设置有布水器b29、立管式板管型间接蒸发冷却器8及水箱b30，布水器b29通过供水管31连接，供水管31上还设置有水泵b33，布水器b29上方对应的壳体b顶部设置有二次风出口32，二次风出口32内设置有风机b35；
如图6所示，立管式板管型间接蒸发冷却器8包括多个彼此平行呈立式设置的换热管。
一次风出口及第二进风口28分别设置在立管式板管型间接蒸发冷却器8的两侧，立管式板管型间接蒸发冷却器8与一次风出口之间还设置有乙二醇盘管5；
水管G3的一端与板式换热器19连接，水管G3的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组1左右两侧的乙二醇盘管5的冷媒进口连接；
水管G4的一端与板式换热器19连接，水管G4的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组1左右两侧的乙二醇盘管5的冷媒出口连接。
水管G3上设置有水泵c22，水管G7上设置有水泵d20，水管G10上设置有水泵e16，水管G12上设置有水泵f18。
水管G1上设置有阀门i26，水管G2上设置有阀门b12，水管G3上设置有阀门g24，水管G4上设置有阀门f23，水管G5上设置有阀门h25，水管G6上设置有阀门a11，水管G7上设置有阀门e21，水管G9上设置有阀门c14，水管G10上设置有阀门d15。
本实用新型的空调系统的运行模式如下：
(1)运行水源自然冷却模式：
如图2所示，水源水温小于等于16℃，运行水源自然冷却模式，仅开启水泵f 18、水泵d 20，开启阀门e 21，立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组(包括有直接蒸发冷却机组以及在直接蒸发冷却机组左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组)、机械制冷冷水机组13、乙二醇盘管5、不工作，水源冷水作为一次侧的供水通入板式换热器19吸收室内末端17的二次回水的热量，关闭供回水系统其他的水泵和阀门，系统由水源单独制冷。
(2)运行蒸发冷却模式：
如图3所示，水源水温高于16℃时，运行蒸发冷却模式，开启水泵a 4、水泵f 18，开启阀门h 25、阀门i 26，关闭供回水系统其他的水泵和阀门，水源冷却系统、机械制冷冷水机组13、乙二醇盘管5不工作，立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组制取低于16℃的高温冷水作为一次侧的供水通入板式换热器19吸收室内末端17的二次回水的热量，系统由立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组单独制冷。
(3)运行蒸发冷却结合机械制冷的模式：
如图4所示，水源水温高于16℃时，且立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组出水温度高于16℃时，运行蒸发冷却结合机械制冷的模式，开启水泵水泵a 4、水泵e 16，开启阀门a 11、阀门b 12、阀门c 14及阀门d 15，关闭供回水系统其他的水泵和阀门，开启立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组和机械制冷冷水机组13，室内末端17的回水通过机械制冷冷水机组13冷却，系统由机械制冷冷水机组13和立管式板管型间接蒸发冷却冷水机组联合制冷。
(4)运行乙二醇自然冷却模式：
如图5所示，冬季寒冷天气，运行乙二醇自然冷却模式，开启水泵18、22，开启阀门23、24，关闭供回水系统其他的水泵和阀门，乙二醇盘管5、6内被冷却的乙二醇溶液作为一次侧的冷媒通入板式换热19吸收室内末端17的二次回水的热量，系统单独由乙二醇盘管制冷。
本实用新型空调系统的优点为，充分利用多种自然冷却技术，包括：干空气能蒸发冷却技术、水源自然冷却技术、冬季乙二醇自然冷却技术，依据气象条件，切换运行自然冷却模式，延长自然冷却模式的时间；在自然冷却模式不能满足设计需求时，开启蒸发冷却结合机械制冷的节能运行模式。
Claims (7)
1.基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，包括有供回水系统、直接蒸发冷却机组(1)以及在直接蒸发冷却机组(1)左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)，所述直接蒸发冷却机组(1)的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口(34)，两个所述立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)靠近直接蒸发冷却机组(1)的一侧均设置有一次风出口，两个所述第一进风口(34)分别与其对应一侧的立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)的一次风出口连通；
所述供回水系统、直接蒸发冷却机组(1)以及在直接蒸发冷却机组(1)左右两侧呈对称设置的立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)之间通过水管网连接；
所述供回水系统包括有依次连接的机械制冷冷水机组(13)、室内末端(17)、板式换热器(19)及水源；所述机械制冷冷水机组(13)分别通过水管G9与水管G10与室内末端(17)连接，所述室内末端(17)分别通过水管G11与水管G12与板式换热器(19)连接，所述板式换热器(19)分别通过水管G7与水管G8与水源连接；所述板式换热器(19)通过水管G1与直接蒸发冷却机组(1)连接，所述板式换热器(19)与两个所述立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)之间设置有水管G3及水管G4，所述水管G3的一端与板式换热器(19)连接，所述水管G3的另一端分两路分别与两个所述立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)连接，所述水管G4的一端与板式换热器(19)连接，所述水管G4的另一端分两路分别与两个所述立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)连接；
所述机械制冷冷水机组(13)通过水管G2与直接蒸发冷却机组(1)连接，所述机械制冷冷水机组(13)通过水管G6与水管G1连接，所述板式换热器(19)通过水管G5与水管G2连接；
所述水管G3上设置有水泵c(22)，所述水管G7上设置有水泵d(20)，所述水管G10上设置有水泵e(16)，所述水管G12上设置有水泵f(18)。
2.根据权利要求1所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述直接蒸发冷却机组(1)包括有壳体a，所述壳体a内由上至下依次设置有挡水板(9)、布水器a(6)、填料组合单元(2)及水箱a(3)，所述布水器a(6)通过水管G1与板式换热器(19)连接，所述水箱a(3)通过水管G2与机械制冷冷水机组(13)连接，所述挡水板(9)上方对应的壳体a顶部设置有排风口(10)，两个所述第一进风口(34)在所述填料组合单元(2)下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
3.根据权利要求2所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述水管G2上设置有水泵a(4)。
4.根据权利要求2所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述排风口(10)内设置有风机a(27)。
5.根据权利要求2所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述填料组合单元(2)包括有设置在上层的方体填料及设置在下层的“V”型填料，两个所述第一进风口(34)在所述“V”型填料下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置。
6.根据权利要求1所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述立管式板管型间接蒸发冷却机组(7)包括有壳体b，所述壳体b靠近直接蒸发冷却机组(1)一侧的侧壁上设置有一次风出口，所述一次风出口与其对应一侧的第一进风口(34)连通，所述壳体b远离直接蒸发冷却机组(1)一侧的侧壁上设置有第二进风口(28)，所述壳体b内由上至下依次设置有布水器b(29)、立管式板管型间接蒸发冷却器(8)及水箱b(30)，所述布水器b(29)通过供水管(31)连接，所述供水管(31)上还设置有水泵b(33)，所述布水器b(29)上方对应的壳体b顶部设置有二次风出口(32)，所述二次风出口(32)内设置有风机b(35)；
所述一次风出口及第二进风口(28)分别设置在立管式板管型间接蒸发冷却器(8)的两侧，所述立管式板管型间接蒸发冷却器(8)与所述一次风出口之间还设置有乙二醇盘管(5)；
所述水管G3的一端与板式换热器(19)连接，所述水管G3的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组(1)左右两侧的乙二醇盘管(5)的冷媒进口连接；
所述水管G4的一端与板式换热器(19)连接，所述水管G4的另一端分两路分别与设置在直接蒸发冷却机组(1)左右两侧的乙二醇盘管(5)的冷媒出口连接。
7.根据权利要求6所述的基于自然冷却与机械制冷相结合的数据中心空调系统，其特征在于，所述水管G1上设置有阀门i(26)，所述水管G2上设置有阀门b(12)，所述水管G3上设置有阀门g(24)，所述水管G4上设置有阀门f(23)，所述水管G5上设置有阀门h(25)，所述水管G6上设置有阀门a(11)，所述水管G7上设置有阀门e(21)，所述水管G9上设置有阀门c(14)，所述水管G10上设置有阀门d(15)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191210 Termination date: 20210301 |
|
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