CN210951655U - 一种集成式热交换空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成式热交换空调系统，应用于数据中心场景，包括：用于对数据中心进行制冷的机械制冷装置、与所述机械制冷装置固定连接且用于将室内空气与室外空气进行换热的热交换装置、设置在所述热交换装置的外侧且用于对所述热交换装置进行降温的喷淋装置以及用于控制空调系统的控制装置；所述机械制冷装置以及所述喷淋装置分别与所述控制装置电连接。本实用新型通过将机械制冷装置与热交换装置相结合，实现最大程度的节能化，在保证数据中心的服务器设备稳定运行的条件下，将空调系统的机械制冷装置以较低的频率运行，从而降低数据中心空调系统的运行功耗。

Description

一种集成式热交换空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调器应用技术领域，更具体地说，它涉及一种集成式热交换空调系统。

背景技术

随着5G时代快速发展，数据中心行业也成为5G的发展前景，而针对未来数据中心的绿色节能运营指标，亦越来越受到广大用户及运营商的关注，尤其是绿色环保指标的推出，对数据中心的空调系统提出了更高的节能技术要求，例如：传统房间级空调、基站空调等，这类空调系统采用风帽送风或者地板下送风等形式，已经很难满足新建数据中心的绿色节能指标要求；尤其在中小型数据中心领域，节能型产品的市场需求越来越大。

因此，现有技术还有待改进与发展。

实用新型内容

本实用新型提供一种集成式热交换空调系统，旨在将机械制冷装置与热交换装置相结合，实现最大程度的节能化，在保证数据中心的服务器设备稳定运行的条件下，将空调系统的机械制冷装置以较低的频率运行，从而降低数据中心空调系统的运行功耗。

本实用新型提供一种集成式热交换空调系统，应用于数据中心场景，其中，包括：用于对数据中心进行制冷的机械制冷装置、与所述机械制冷装置固定连接且用于将室内空气与室外空气进行换热的热交换装置、设置在所述热交换装置的外侧且用于对所述热交换装置进行降温的喷淋装置以及用于控制空调系统的控制装置；

所述机械制冷装置以及所述喷淋装置分别与所述控制装置电连接。

进一步地，所述机械制冷装置包括压缩机、冷凝器、节流阀以及蒸发器；所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀以及所述蒸发器通过铜管依次连接，并形成制冷的冷媒回路；

所述压缩机以及所述冷凝器均设置在室外侧；所述蒸发器以及所述节流阀均设置在室内侧。

进一步地，所述机械制冷装置还包括室外风机以及室内风机，所述室外风机设置在所述冷凝器的外侧，且所述室外风机的吸风口正对所述冷凝器；所述室内风机设置在所述蒸发器的外侧，且所述室内风机的吸风口正对所述蒸发器。

进一步地，所述热交换装置包括热交换芯体，所述热交换芯体设置在空调系统的中心位置，且一端通过管道与所述室内风机连接，另一端通过管道与所述室外风机连接。

进一步地，所述喷淋装置包括喷淋增压泵、喷淋管、接水盘以及储水箱；所述喷淋管通过管道与所述喷淋增压泵连接；所述接水盘设置在所述喷淋管的下方，以承接所述喷淋管喷淋过后的水；所述储水箱通过管道与所述接水盘连接；所述喷淋增压泵通过管道与所述储水箱连接。

进一步地，所述储水箱的一端还设置有用于对所述储水箱进行补水的机械补水阀，所述机械补水阀与所述储水箱固定连接。

进一步地，所述控制装置包括主控制器、室内回风温度传感器、室外回风温度传感器、室内送风温度传感器以及热交换温度传感器；所述室内回风温度传感器、所述室外回风温度传感器、所述室内送风温度传感器以及所述热交换温度传感器分别与所述主控制器电连接。

进一步地，还包括：用于隔离室内侧与室外侧的中隔板、设置在室内侧的室内回风滤网以及设置在室外侧的室外回风滤网；所述中隔板与所述热交换芯体固定连接，所述热交换芯体的一端设置在室外侧，所述热交换芯体的另一端设置在室内侧。

进一步地，所述室内回风温度传感器设置在所述室内回风滤网的内侧，且与所述室内回风滤网固定连接；所述室外回风温度传感器设置在所述室外回风滤网的外侧，且与所述室外回风滤网固定连接；所述室内送风温度传感器设置在所述室内风机的外侧，且与所述室内风机固定连接；所述热交换温度传感器设置在所述热交换芯体的下方，且与所述热交换芯体固定连接。

进一步地，所述热交换芯体为高效导热材料的芯体。

本实用新型所采用的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供一种集成式热交换空调系统，通过将机械制冷装置与热交换装置相结合，实现最大程度的节能化，从而满足大中小型数据中心的节能要求；而且，通过将蒸发冷却技术与热交换技术进行结合应用，扩宽了自然环境冷源的应用周期，使节能效果达到最大化；同时，利用智能的控制装置进行控制，可确保各执行装置灵活切换应用模式，从而使得空调系统稳定地运行；本实用新型中的空调系统，可在不引入新风源的情况下，避免数据中心机房受外界空气的污染，保证数据中心的安全性、高效性以及可靠性。

附图说明

图1是本实用新型集成式热交换空调系统的结构示意图。

图2是本实用新型集成式热交换空调系统的回风方向示意图。

图中：110、压缩机；120、冷凝器；130、节流阀；140、蒸发器；150、室内风机；160、室外风机；210、热交换芯体；310、喷淋增压泵；320、喷淋管；330、接水盘；340、储水箱；350、机械补水阀；410、室内送风温度传感器；420、室内回风温度传感器；430、室外回风温度传感器；440、热交换温度传感器；510、室外回风滤网；520、室内回风滤网；530、中隔板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：

如图1所示，本实施例提供一种集成式热交换空调系统，应用于数据中心场景，包括：机械制冷装置(未标注)、热交换装置(未标注)、喷淋装置(未标注)以及控制装置(未标注)；其中，所述机械制冷装置用于输出低温冷空气，以对数据中心进行散热降温；所述热交换装置与所述机械制冷装置固定连接，可用于将室内侧空气与室外侧空气进行换热，以对数据中心内部的热空气进行换热；所述控制装置可用于控制整个空调系统，从而根据数据中心的温度以及湿度情况，选择进入不同的运行模式，以保证整个空调系统安全可靠地运行；所述机械制冷装置以及所述喷淋装置分别与所述控制装置电连接。

在本实施例中，空调系统还包括中隔板530、室内回风滤网520以及室外回风滤网510；其中，所述中隔板530将室内侧与室外侧隔离开来，从而将空调系统划分为室内侧和室外侧；所述室内回风滤网520设置在空调系统的室内侧，而所述室外回风滤网510则设置在空调系统的室外侧。

如图1和图2所示，在本实施例中，空调系统的结构可分为上下两层以及左右两侧的形式，其中，左右两侧通过中隔板530以及热交换芯体210实现室内侧与室外侧的隔离；左侧为空调系统的室外循环通道，右侧则为空调系统的室内循环通道；在左侧的下层安装有所述室外回风过滤网，可用于所述喷淋装置喷淋时，保证热交换芯体210的洁净度；在右侧的上层安装有所述室内回风滤网520，可用于保持数据中心循环气流的洁净度。

具体地，在本实施例中，所述机械制冷装置包括压缩机110、冷凝器120、节流阀130、蒸发器140、室外风机160以及室内风机150；其中，所述压缩机110、所述冷凝器120、所述节流阀130以及所述蒸发器140通过铜管依次连接，并形成制冷的冷媒回路；所述压缩机110以及所述冷凝器120均设置在室外侧，且分别与室外侧的墙体或者地面固定连接；所述蒸发器140以及所述节流阀130均设置在室内侧，且分别与室内侧的墙体或者地面固定连接；所述室外风机160设置在所述冷凝器120的外侧，且所述室外风机160的吸风口正对所述冷凝器120；所述室内风机150设置在所述蒸发器140的外侧，且所述室内风机150的吸风口正对所述蒸发器140。

在本实施例中，所述压缩机110可安装于室外侧，可用于给空调系统的制冷回路提供循环动力，从而输出制冷量；所述蒸发器140则安装在所述室内风机150的后端，在室内热回风经过所述蒸发器140蒸发吸热后，可送出低温冷空气进入数据中心，以对数据中心进行散热降温；所述冷凝器120则位于所述室外风机160的后端，在室外回风经过所述冷凝器120吸热后，将室外回风重新排出至室外环境。

具体地，在本实施例中，所述热交换装置包括热交换芯体210，所述热交换芯体210设置在空调系统的中心位置，且一端通过管道与所述室内风机150连接，另一端通过管道与所述室外风机160连接；即所述热交换芯体210的内部通道形成两个方向的气流循环，一个通道为室内回风循环通道，另一个通道为室外回风循环通道，两个通道通过内部交叉的换热层形成隔离通道；由于室内侧与室外侧存在温差，因此，通过所述热交换芯体210可实现热交换过程。

优选地，在本实施例中，所述热交换芯体210采用高效导热系数的材料制成。

需说明的是，在本实施例中，当室外环境相对湿度低于90％RH时，所述控住装置会开启所述喷淋装置，并为所述热交换芯体210的室外侧进行降温；在所述喷淋装置喷淋的过程中，若检测到经过所述热交换芯体210换热后的回风温度符合标准温度，说明所述热交换芯体210的换热能力已经满足数据中心服务器的散热要求，此时不需开启所述机械制冷装置；而当检测到回风温度超过标准温度时，说明所述热交换芯体210无法提供足够大的换热量，此时，需要开启所述机械制冷装置进行辅助制冷，并且，在满足数据中心服务器制冷需求的前提下，将所述机械制冷装置以最合适的频率运行，从而达到功耗最小的目的。

具体地，在本实施例中，所述喷淋装置包括喷淋增压泵310、喷淋管320、接水盘330以及储水箱340；所述喷淋管320通过管道与所述喷淋增压泵310连接；所述接水盘330设置在所述喷淋管320的下方，以承接所述喷淋管320喷淋过后的水；所述储水箱340通过管道与所述接水盘330连接；所述喷淋增压泵310通过管道与所述储水箱340连接。

在本实施例中，当室外侧的环境相对湿度低于90％RH时(说明：若室外侧的环境相对湿度高于90％RH，此时环境的湿球温度过高，喷淋降温效果不明显，空调系统将不开启所述喷淋装置)，所述喷淋装置就会被开启，此时，所述喷淋增压泵310会吸取所述储水箱340中的水，并将所述储水箱340中的水运输至所述喷淋管320中，并通过所述喷淋管320将水汽喷至所述热交换芯体210的室外循环通道上，以对室外的气流进行降温；而在喷淋过后，残留的水将会流回所述接水盘330，所述接水盘330汇集水后，重新将水灌入所述储水箱340，以此进行循环利用；而为了防止在喷淋过程中因水分流失而造成缺水的现象，在所述储水箱340的一端设置有机械补水阀350，所述机械补水阀350可根据所述储水箱340内部浮球的高低状态，自动进行补水；从而确保所述储水箱340内部水量的恒定，使得所述喷淋增压泵310可以正常地工作。

具体地，在本实施例中，所述控制装置包括主控制器(未图示)、室内回风温度传感器420、室外回风温度传感器430、室内送风温度传感器410以及热交换温度传感器440；其中，所述室内回风温度传感器420、所述室外回风温度传感器430、所述室内送风温度传感器410以及所述热交换温度传感器440分别与所述主控制器电连接。

所述室内回风温度传感器420设置在所述室内回风滤网520的内侧，且与所述室内回风滤网520固定连接；所述室外回风温度传感器430设置在所述室外回风滤网510的外侧，且与所述室外回风滤网510固定连接；所述室内送风温度传感器410设置在所述室内风机150的外侧，且与所述室内风机150固定连接；所述热交换温度传感器440设置在所述热交换芯体210的下方，且与所述热交换芯体210固定连接。

在本实施例中，所述主控制器采用的型号为XB01，所述主控制器中的控制芯片的型号为STM32F103；所述主控制器可用于接收各个传感器实时检测的数值，并通过内置的控制逻辑，向各个装置发送控制指令，以实现对各个装置的控制；所述室内回风温度传感器420安装于室内侧的回风口区域，可用于检测数据中心的回风温度；所述室外回风温度传感器430安装于室外侧的回风口区域，可用于检测室外环境的回风温度；所述室内送风温度传感器410则安装于空调的送风口(即所述室内风机150的送风口)，可用于检测送风温度的平均值。

所述热交换温度传感器440可用于检测经所述热交换芯体210换热后的气流温度值，并实时传输至所述主控制器；所述主控制器在接收到所述气流温度值后，根据所述气流温度值来判断是否需开启机械制冷装置，实现对所述机械制冷装置的控制。

当所述机械制冷装置被开启时，所述热交换温度传感器440实时检测经所述热交换芯体210换热后的气流温度值，并将所述气流温度值上传至所述主控制器；所述主控制器将所述压缩机110的频率上限值与第一预设温度(比如：35℃)进行对应，以及将所述压缩机110的频率下限值与第二预设温度(比如：25℃)进行对应；在所述压缩机110运行时，随着所述气流温度值的变化，实时线性地调节所述压缩机110的运行频率，从而使所述压缩机110的运行频率达到最优频率；而当所述热交换温度传感器440检测到所述气流温度值低于25℃时，且持续时间超过30min时，此时，所述主控制器将控制所述机械制冷装置停止运行，并控制所述喷淋装置进行喷淋，以通过所述喷淋装置以及所述热交换芯体210来对数据中心进行降温，在数据中心的温度符合国标要求的前提下，达到最合理的节能效果。

综上所述，本实用新型提供一种集成式热交换空调系统，通过将机械制冷装置与热交换装置相结合，实现最大程度的节能化，从而满足大中小型数据中心的节能要求；而且，通过将蒸发冷却技术与热交换技术进行结合应用，扩宽了自然环境冷源的应用周期，使节能效果达到最大化；同时，利用智能的控制装置进行控制，可确保各执行装置灵活切换应用模式，从而使得空调系统稳定地运行；本实用新型中的空调系统，可在不引入新风源的情况下，避免数据中心机房受外界空气的污染，保证数据中心的安全性、高效性以及可靠性。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，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)

1.一种集成式热交换空调系统，应用于数据中心场景，其特征在于，包括：用于对数据中心进行制冷的机械制冷装置、与所述机械制冷装置固定连接且用于将室内空气与室外空气进行换热的热交换装置、设置在所述热交换装置的外侧且用于对所述热交换装置进行降温的喷淋装置以及用于控制空调系统的控制装置；

所述机械制冷装置以及所述喷淋装置分别与所述控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述机械制冷装置包括压缩机、冷凝器、节流阀以及蒸发器；所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀以及所述蒸发器通过铜管依次连接，并形成制冷的冷媒回路；

所述压缩机以及所述冷凝器均设置在室外侧；所述蒸发器以及所述节流阀均设置在室内侧。

3.根据权利要求2所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述机械制冷装置还包括室外风机以及室内风机，所述室外风机设置在所述冷凝器的外侧，且所述室外风机的吸风口正对所述冷凝器；所述室内风机设置在所述蒸发器的外侧，且所述室内风机的吸风口正对所述蒸发器。

4.根据权利要求3所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述热交换装置包括热交换芯体，所述热交换芯体设置在空调系统的中心位置，且一端通过管道与所述室内风机连接，另一端通过管道与所述室外风机连接。

5.根据权利要求4所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述喷淋装置包括喷淋增压泵、喷淋管、接水盘以及储水箱；所述喷淋管通过管道与所述喷淋增压泵连接；所述接水盘设置在所述喷淋管的下方，以承接所述喷淋管喷淋过后的水；所述储水箱通过管道与所述接水盘连接；所述喷淋增压泵通过管道与所述储水箱连接。

6.根据权利要求5所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述储水箱的一端还设置有用于对所述储水箱进行补水的机械补水阀，所述机械补水阀与所述储水箱固定连接。

7.根据权利要求6所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述控制装置包括主控制器、室内回风温度传感器、室外回风温度传感器、室内送风温度传感器以及热交换温度传感器；所述室内回风温度传感器、所述室外回风温度传感器、所述室内送风温度传感器以及所述热交换温度传感器分别与所述主控制器电连接。

8.根据权利要求7所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，还包括：用于隔离室内侧与室外侧的中隔板、设置在室内侧的室内回风滤网以及设置在室外侧的室外回风滤网；所述中隔板与所述热交换芯体固定连接，所述热交换芯体的一端设置在室外侧，所述热交换芯体的另一端设置在室内侧。

9.根据权利要求8所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述室内回风温度传感器设置在所述室内回风滤网的内侧，且与所述室内回风滤网固定连接；所述室外回风温度传感器设置在所述室外回风滤网的外侧，且与所述室外回风滤网固定连接；所述室内送风温度传感器设置在所述室内风机的外侧，且与所述室内风机固定连接；所述热交换温度传感器设置在所述热交换芯体的下方，且与所述热交换芯体固定连接。

10.根据权利要求9所述的集成式热交换空调系统，其特征在于，所述热交换芯体为高效导热材料的芯体。