CN210840466U - 一种数据中心风冷冷源自然冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及数据中心冷源供应技术，公开了一种数据中心风冷冷源自然冷却系统，包括供水管路、回水管路、多个冷冻单元，其中，每一个冷冻单元包括串联的自然冷却器、板式换热器、冷水机组，板式换热器的进水口与回水管路连通，板式换热器的出水口与冷水机组的进水口连通，冷水机组的出水口与供水管路连通，自然冷却器与板式换热器配合以用于对板式换热器进水口流入的水进行冷却；用于将回水管路中的水泵入板式换热器的冷水泵组件；控制自然冷却器、板式换热器、以及冷水机组的压缩机可单独启停的控制装置。本申请公开的数据中心风冷冷源冷却系统，可减少水资源的消耗，从而降低数据中心全年水电耗，实现数据中心绿色化。

Description

一种数据中心风冷冷源自然冷却系统

技术领域

本申请涉及数据中心冷源供应技术，特别涉及一种数据中心风冷冷源自然冷却系统。

背景技术

现阶段，数据中心水资源消耗已引起广泛关注，且推出了衡量数据中心用水状况的指标WUE，是数据中心水资源全年消耗量与数据中心IT设备全年消耗电量的比值。数据中心采用的水侧自然冷却技术，其主要换热原理是热湿交换，故需要消耗大量的水资源，WUE值较高。对于大型数据中心采用水侧自然冷却技术的WUE一般在4L/kWh左右。另外这项节能技术能否应用还需要在数据中心选址上提前考虑，一般多适用于中国水资源较为丰富的地区，对于水资源比较缺乏的地区无法满足冷却塔换热所需的补水量，如新疆、甘肃、宁夏等城市，故在中国西北干旱地区的数据中心不适合采用水侧自然冷却技术。

实用新型内容

本申请提供了一种数据中心风冷冷源冷却系统，适用于干旱地区，该系统能够通过与空气间接换热冷却末端的高温回水，从而减少水资源的消耗，从而降低数据中心全年水电耗，实现数据中心绿色化。

为了达到上述目的，本申请提供了一种数据中心风冷冷源自然冷却系统，包括供水管路、回水管路、多个冷冻单元；其中，

每一个所述冷冻单元包括串联的自然冷却器、板式换热器、冷水机组，所述板式换热器的进水口与所述回水管路连通，所述板式换热器的出水口与冷水机组的进水口连通，所述冷水机组的出水口与供水管路连通，所述自然冷却器与所述板式换热器配合以用于对所述板式换热器进水口流入的水进行冷却；

用于将所述回水管路中的水泵入所述板式换热器的冷水泵组件；

控制所述自然冷却器、板式换热器、以及冷水机组的压缩机可单独启停的控制装置。

上述数据中心风冷冷源自然冷却系统，通过将自然冷却器、板式换热器和冷水机组串联形成冷冻单元，并通过设置控制装置来控制每个部件的启停。整个系统的全年运行模式分为三种：机械制冷模式，部分自然冷却模式，完全自然冷却模式；当外部的环境条件达到某个数值时，则可通过控制装置来调节自然冷却器、板式换热器和冷水机组的启停以进入某种工作模式，最终使得冷冻侧的供水温度保持在稳定的温度。

当室外干球温度较高时，系统进入机械制冷模式，此时冷机的压缩机工作，自然冷却器和板式换热器停止工作；当室外干球温度处于一段过渡数值范围内时，系统进入部分自然冷却模式，此时，冷机的压缩机、自然冷却器和板式换热器均处于工作状态；当室外干球温度较低时，系统进入完全自然冷却模式，此时冷机的压缩机停止工作，自然冷却器和板式换热器工作。

因此，本申请中的中心风冷冷源自然冷却系统，采用冷水机组和换热设备相结合的一体设备，通过与空气间接换热冷却末端的高温回水，从而减少水资源的消耗，从而降低数据中心全年水电耗，实现数据中心绿色化。

此外，该系统没有水冷冷源系统中冷却塔的蒸发、飘逸和排污耗水；不需要专门的制冷机房，可节省站房占地面积，有利于规划更多的IT机柜，提高数据中心的经济效益。

优选地，所述控制装置包括与所述冷冻单元一一对应的单元控制器，每一个所述单元控制器用于控制对应的冷冻单元中自然冷却器、板式换热器、以及冷水机组的压缩机的单独启停。

优选地，所述控制装置还包括用于控制多个所述单元控制器进行单独启停的群控控制器。

优选地，还包括出水管路、进水管路以及至少一个蓄冷罐，所述蓄冷罐的一端与所述出水管路连通，另一端与所述供水管路连通，所述进水管路与所述回水管路连通。

优选地，所述蓄冷罐的一端通过第一支管与所述供水管路连接，所述第一支管与所述供水管路的连接结点为第一结点，所述蓄冷罐的另一端与所述出水管路连接；

所述出水管路通过旁通管路和所述供水管路连接，所述旁通管路上设置有用于控制所述旁通管路通断的旁通阀，所述旁通管路与所述供水管路的连接结点为第二结点；

所述供水管路上设置有切断阀，且在所述切断阀开启时，沿所述供水管路中的水流方向，所述第二结点、所述切断阀以及所述第一结点依次设置。

优选地，所述冷水泵组件包括所述冷冻单元一一对应的冷水泵，每一个所述冷水泵的进水口与所述回水管路连通，出水口与对应的冷冻单元包括的所述板式换热器连通，以用于将所述回水管路中的水泵入所述板式换热器。

优选地，所述冷水泵组件包括多个冷水泵，每一个所述冷水泵的进水口与所述进水管路连通，出水口与所述供水管路连通。

优选地，所述冷冻单元通过供水支管与所述供水管路连通，通过回水支管与所述回水管路连通，所述供水支管或者所述回水支管上设有开关阀门。

优选地，所述供水支管上设有流量计和供回水温度传感器，以用于计算所述冷冻单元的产冷量。

优选地，所述自然冷却器内的循环介质为乙二醇溶液。

附图说明

图1为本申请中数据中心风冷冷源自然冷却系统的一种结构图；

图2为本申请中数据中心风冷冷源自然冷却系统的一种结构图。

图中：

1-供水管路；2-回水管路；3-自然冷却器；4-板式换热器；5-冷水机组；

6-进水管路；7-出水管路；8-蓄冷罐；9-旁通管路；10-旁通阀；

11-第一支管；12-切断阀；13-冷水泵；14-回水支管；15-供水支管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1及图2，本实用新型提供了一种数据中心风冷冷源自然冷却系统，包括供水管路1、回水管路2、多个冷冻单元；其中，

每一个冷冻单元包括串联的自然冷却器3、板式换热器4、冷水机组5，板式换热器4的进水口与回水管路2连通，板式换热器4的出水口与冷水机组5 的进水口连通，冷水机组5的出水口与供水管路1连通，自然冷却器3与板式换热器4配合以用于对板式换热器4进水口流入的水进行冷却；

用于将回水管路2中的水泵入板式换热器4的冷水泵13组件；

控制自然冷却器3、板式换热器4、以及冷水机组5的压缩机可单独启停的控制装置。

上述数据中心风冷冷源自然冷却系统，通过将自然冷却器3、板式换热器 4和冷水机组5串联形成冷冻单元，并通过设置控制装置来控制每个部件或者每个冷冻单元的启停。整个系统的全年运行模式分为三种：机械制冷模式，部分自然冷却模式，完全自然冷却模式；当外部的环境条件达到某个数值时，则可通过控制装置来调节自然冷却器3、板式换热器4和冷水机组5的启停以进入某种工作模式，最终使得冷冻侧的供水温度保持在稳定的温度，以下具体介绍本申请中的系统如何实现切换三种模式。

当室外干球温度＞14℃的时间长达15min时，系统可进入机械制冷模式。冷机的压缩机工作，关闭自然冷却器3和板式换热器4，通过冷机调节自身负载保证冷冻侧供水温度为12℃。

当室外干球温度≤14℃，且＞0℃长达15min时，系统可进入部分自然冷却模式。冷机的压缩机工作，自然冷却器3和板式换热器4工作，通过冷机调节自身负载保证冷冻侧供水温度为12℃。

当室外干球温度≤0℃时，系统可进入完全自然冷却模式。冷机的压缩机制冷系统完全关闭，自然冷却器3和板式换热器4工作，依靠调节风机转速及风机台数保证冷冻侧供水温度为12℃。

需要说明的是，上述三种运行模式中的干球温度、时间和冷冻侧水温度的标准数值可调，可根据不同地区的环境进行数值上的调整，提前将计算好的标准数值录入系统，即可使得控制装置在根据得到的外部环境参数来调整不同温度下系统的运行模式。

因此，本申请中的中心风冷冷源自然冷却系统，采用冷水机组5和换热设备相结合的一体设备，通过与空气间接换热冷却末端的高温回水，从而减少水资源的消耗，从而降低数据中心全年水电耗，实现数据中心绿色化。

此外，该系统没有水冷冷源系统中冷却塔的蒸发、飘逸和排污耗水；不需要专门的制冷机房，可节省站房占地面积，有利于规划更多的IT机柜，提高数据中心的经济效益。

一种可选的方案中，控制装置包括与冷冻单元一一对应的单元控制器(图中未示出)，每一个单元控制器用于控制对应的冷冻单元中自然冷却器3、板式换热器4、以及冷水机组5的压缩机的单独启停。单元控制器主要用于控制每一个冷冻单元的运行模式，例如，当系统进入机械制冷模式时，单元控制器将关闭自然冷却器3和板式换热器4，启动冷水机组5的压缩机进行工作；其他运行模式情况类似，在此不做赘述。

一种可选的方案中，控制装置还包括用于控制多个单元控制器(图中未示出)进行单独启停的群控控制器，除此之外，群控控制器还可用于监测室外干球温度；冷冻水供、回水总管上的温度、流量、压力；蓄冷罐8的有效容量；监控总管路上的电动开关阀的状态，并根据上述监测到的数据决定系统的运行模式。

每个冷冻单元模式切换前需向群控制器发出请求信号，由群控制器决定其进入的对应模式，并发出报警提醒操作人员。群控控制器可通过单元控制器启停对应的冷冻单元，并能实现冷冻单元之间的自动轮询模式。

一种可选的方案中，还包括出水管路7、进水管路6以及至少一个蓄冷罐 8，蓄冷罐8的一端与出水管路7连通，另一端与供水管路1连通，进水管路6 与回水管路2连通。出水管路7用于将冷水供给数据中心，进水管路6用于将数据中心循环后的水送回冷冻单元进行制冷，蓄冷罐8可选用，当冷冻单元的冷冻效果不够时，可通过蓄冷罐8对水进一步制冷。

一种可选的方案中，蓄冷罐8的一端通过第一支管11与供水管路1连接，第一支管11与供水管路1的连接结点为第一结点，蓄冷罐8的另一端与出水管路7连接；

出水管路7通过旁通管路9和供水管路1连接，旁通管路9上设置有用于控制旁通管路9通断的旁通阀10，旁通管路9与供水管路1的连接结点为第二结点；

供水管路1上设置有切断阀12，且在切断阀12开启时，沿供水管路1中的水流方向，第二结点、切断阀12以及第一结点依次设置。

通过上述设置，可使得从冷冻单元出来的水选择性地通过蓄冷罐8即进入数据中心，或者直接通过旁通管路9直接进入出水管路7。当水需要从蓄冷罐 8过时，关闭旁通阀10，打开切断阀12，即可使得水从供水管路1经由蓄冷罐 8流入到出水管路7中；当水不需要从蓄冷罐8过时，打开旁通阀10，关闭切断阀12，即可使得水从供水管路1直接流入到出水管路7中。

本申请实施例中的冷水泵13组件与冷冻单元的连接方式也可根据数据中心的空间及管道布置情况选用对应的系统设计：

其中一种方案，如图1所示，冷水泵13组件包括冷冻单元一一对应的冷水泵13，每一个冷水泵13的进水口与回水管路2连通，出水口与对应的冷冻单元包括的板式换热器4连通，以用于将回水管路2中的水泵入板式换热器4。通过设置于冷冻单元一一对应的冷水泵13，能够单独控制每一个冷水泵13的工作状态，且能保证每一个冷冻单元中的水流量。

其中另一种方案，如图2所示，冷水泵13组件包括多个冷水泵13，每一个冷水泵13的进水口与进水管路6连通，出水口与供水管路1连通。通过上述设置，可节省系统空间，且能控制总体的水温。

与上述方案相对应地，冷冻单元通过供水支管15与供水管路1连通，通过回水支管14与回水管路2连通，供水支管15或者回水支管14上设有开关阀门，即可控制某个冷冻单元工作的停启。

一种可选的方案中，供水支管15上设有流量计和供回水温度传感器，以用于计算冷冻单元的产冷量，并将计算得到的数据传递给群控控制器，群控控制器可依据得到的数据决定系统的运行模式以及是否要切换运行模式。

一种可选的方案中，自然冷却器3内的循环介质为乙二醇溶液，可应用于严寒和寒冷地区，防止盘管内的液体在冬季结冰而导致盘管冻裂。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，包括供水管路、回水管路、多个冷冻单元；其中，

每一个所述冷冻单元包括串联的自然冷却器、板式换热器、冷水机组，所述板式换热器的进水口与所述回水管路连通，所述板式换热器的出水口与冷水机组的进水口连通，所述冷水机组的出水口与供水管路连通，所述自然冷却器与所述板式换热器配合以用于对所述板式换热器进水口流入的水进行冷却；

用于将所述回水管路中的水泵入所述板式换热器的冷水泵组件；

控制所述自然冷却器、板式换热器、以及冷水机组的压缩机可单独启停的控制装置。

2.根据权利要求1所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述控制装置包括与所述冷冻单元一一对应的单元控制器，每一个所述单元控制器用于控制对应的冷冻单元中自然冷却器、板式换热器、以及冷水机组的压缩机的单独启停。

3.根据权利要求2所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述控制装置还包括用于控制多个所述单元控制器进行单独启停的群控控制器。

4.根据权利要求1所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，还包括出水管路、进水管路以及至少一个蓄冷罐，所述蓄冷罐的一端与所述出水管路连通，另一端与所述供水管路连通，所述进水管路与所述回水管路连通。

5.根据权利要求4所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述蓄冷罐的一端通过第一支管与所述供水管路连接，所述第一支管与所述供水管路的连接结点为第一结点，所述蓄冷罐的另一端与所述出水管路连接；

所述出水管路通过旁通管路和所述供水管路连接，所述旁通管路上设置有用于控制所述旁通管路通断的旁通阀，所述旁通管路与所述供水管路的连接结点为第二结点；

所述供水管路上设置有切断阀，且在所述切断阀开启时，沿所述供水管路中的水流方向，所述第二结点、所述切断阀以及所述第一结点依次设置。

6.根据权利要求1所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述冷水泵组件包括所述冷冻单元一一对应的冷水泵，每一个所述冷水泵的进水口与所述回水管路连通，出水口与对应的冷冻单元包括的所述板式换热器连通，以用于将所述回水管路中的水泵入所述板式换热器。

7.根据权利要求4所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述冷水泵组件包括多个冷水泵，每一个所述冷水泵的进水口与所述进水管路连通，出水口与所述供水管路连通。

8.根据权利要求7所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述冷冻单元通过供水支管与所述供水管路连通，通过回水支管与所述回水管路连通，所述供水支管或者所述回水支管上设有开关阀门。

9.根据权利要求8所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述供水支管上设有流量计和供回水温度传感器，以用于计算所述冷冻单元的产冷量。

10.根据权利要求1所述的数据中心风冷冷源自然冷却系统，其特征在于，所述自然冷却器内的循环介质为乙二醇溶液。

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