CN212227286U - 一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种梯级蓄冷‑释冷型数据机房多模式制冷系统，包括冷水机组，冷冻水循环泵，空调末端设备，冷却水循环泵，主冷却塔，辅助冷却塔，板式换热器，梯级相变蓄冷装置，温度传感器。该系统可根据运行状态和外界条件，控制电磁阀门，灵活调整运行模式。在夜间低谷电时期，系统可切换6种运行模式，实现梯级相变蓄冷装置蓄冷量和利用夜间自然冷量最大化。在白天峰电时期，系统具有9种运行模式，最大化降低进入冷水机组的冷冻水回水温度，从而减少冷水机组制冷能耗和运行成本，实现节能和经济效益最大化。本系统可充分利用夜间低谷电和外界自然冷源，显著降低数据机房制冷能耗和运行成本，应用前景广阔。

Description

一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种数据机房制冷系统尤其涉及一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统。

背景技术

随着大数据和云计算的快速发展，数据中心的能耗也在迅速增加。在2010年，数据中心耗电量已占全球总耗电量的1.3％。其中，除IT服务器外，冷却设备能耗最高，约占数据中心总能耗的30-50％。因此，如何有效降低数据中心制冷能耗是实现节能减排的关键。此外，由于电力需求和供给不平衡，国家实施峰谷电价，鼓励错峰用电。若能在夜间低谷电时期，蓄存一定冷量供白天使用，则不仅能起到电网削峰填谷的作用，更能降低数据中心的制冷运行成本，提高系统经济性。

专利号为ZL2018208097738的中国专利公布了一种数据中心节能蓄冷及供冷系统，该系统包括制冷机组、释冷泵、散热器、冷冻泵、蓄冷罐。通过在夜间低谷电时期加大制冷机组投入，对制冷罐蓄冷，将大量的冷量储存在蓄冷罐中，当白天用电峰值时，蓄冷罐进行放冷，将所储存的冷量释放出来，在不影响系统供冷的前提下实现系统的节能运行，减少系统的运行投入。

专利号为ZL2017208597202的中国专利公布了一种数据中心蓄冷节能系统，该系统括制冷系统的主机、在主机与末端负荷的循环管路上设置有与末端负荷并联的蓄冷罐。该系统具有节约用电费用的效能，在电价高峰时少用或不用电，把储存的能量释放出来适用，而在电价低时多用电，把制得的冷或热量储存起来。

专利号为ZL2017205149844的中国专利公布了一种用于数据中心的水蓄冷制冷系统，包括常规运行管道、蓄冷管道和放冷管道。其中所述常规运行管道包括通过依次通过管道连接的集水器、冷冻泵、制冷主机、冷却泵、冷却塔，冷却塔连接制冷主机，制冷主机连接分水器；所述蓄冷管道包括依次通过管道连接的蓄冷泵、制冷主机、放冷泵和蓄冷罐，蓄冷罐与蓄冷泵连接；所述放冷管道包括通过管道连接的集水器、蓄冷泵、蓄冷罐、放冷泵和分水器。该系统具有常规运行管道，蓄冷管道和放冷管道三种运行模式，可在实施峰谷电价的地区，夜间利用低谷电蓄冷罐进行蓄冷，白天利用蓄冷罐夜间存储的冷量进行放冷。

专利号为ZL2016205233888的中国专利公布了一种数据中心太阳能相变蓄冷系统。该系统包括精密空调，太阳能吸收式制冷机组，相变蓄冷器。该系统应用用可再生资源太阳能，作为空调系统使用的常规能源的替代，降低了数据中心空调制冷系统的能源消耗，节约了企业成本。采用相变蓄冷器，可在光照充足的时段存储较多量的冷量，能最大程度的保证在光照不足或夜间用户对冷量的需求。

从上述专利可以总结出如下问题：1、仅考虑采用机械蓄冷的方法，即仅通过制冷机组在夜间低谷电时期蓄冷，而没有充分利用夜间自然冷源，并且，由于蓄释冷过程中存在冷量损失，单纯利用机械制冷，并不节能。此外，在数据中心运行后期，机房冷负荷达到设计负荷时，制冷机组将无法再夜间蓄冷。2、研究者大多采用水蓄冷或单级相变蓄冷。然而，水蓄冷装置体积大，蓄冷量小。而采用填充一种相变材料的单级相变蓄冷装置，换热性能差，蓄释冷速率慢，㶲效率低。3、系统运行模式过于简单。申请者仅基于谷电蓄冷提出几种简单的运行模式，缺乏利用夜间冷量，且无法灵活调节。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，采用本系统最大化降低机组在峰电时期的电耗，提升系统经济性和节能性。

提出的一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，

一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，包括：

冷水机组，所述的冷水机组的蒸发器的出水口通过冷冻水循环管路依次连接冷冻水循环泵、第一温度传感器、空调末端设备、第二温度传感器、第一电磁阀以及所述的冷水机组的蒸发器的入水口；

板式换热器，一根冷冻水换热循环管路一端与空调末端设备出水口以及第一电磁阀之间的冷冻水循环管路连通，并且另一端依次连接第二电磁阀、第五电磁阀、第三温度传感器、板式换热器的冷冻水循环板片侧、第四温度传感器、第十电磁阀、第三电磁阀以及位于第一电磁阀与冷水机组的蒸发器的进水口之间的冷冻水循环管路；

梯级相变蓄冷装置，所述的梯级相变蓄冷装置包括内壳体和间隔套在内壳体外的外壳体，在所述的内壳体和外壳体之间填充有保温隔热材料，在所述的外壳体和内壳体顶壁上盖有上盖板，在所述的内壳体中沿竖直方向左右间隔固定有两块挡板将所述的内壳体分隔为彼此独立的第一腔室、第二腔室和第三腔室，在所述的第一腔室内填充有第一级相变材料形成第一级相变蓄冷单元，在所述的第二腔室内填充有第二级相变材料形成第二级相变蓄冷单元，在所述的第三腔室内填充有第三级相变材料形成第三级相变蓄冷单元，在所述的第一级相变材料、第二级相变材料以及第三级相变材料中分别安装有多个蓄冷装置温度传感器，一根冷冻水换热盘管和一根冷却水换热盘管分别盘绕经过第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述的冷冻水换热盘管的一端与安装有第十三电磁阀以及第五温度传感器的冷冻水换热第一干管的一端连通，所述的第十三电磁阀以及第五温度传感器沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第一干管；所述的冷冻水换热盘管的另一端与安装有第十五电磁阀、第六温度传感器-的冷冻水换热第二干管的一端连通，所述的第六温度传感器-和第十五电磁阀沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第二干管上；所述的冷冻水换热第一干管的另一端分为安装有第八电磁阀的第一支管和安装有第九电磁阀的第二支管，所述的第一支管的一端连接在位于空调末端设备出水口以及第一电磁阀之间的冷冻水循环管路上，所述的第二支管的一端连接在位于第二电磁阀以及第五电磁阀之间的冷冻水换热循环管路上；所述的冷冻水换热第二干管的另一端分成安装有第四电磁阀的第三支管和安装有第十六电磁阀的第四支管，所述的第三支管的另一端与位于冷冻水循环泵和空调末端设备进水口之间的冷冻水循环管路连通，所述的第四支管的另一端与位于第三电磁阀和第十电磁阀之间的冷冻水换热循环管路连通；安装有第十七电磁阀的第五支管的一端与位于第十五电磁阀和冷冻水换热盘管的另一端之间的冷冻水换热第二干管连通；一根安装有第十一电磁阀的第六支管的一端与位于第十三电磁阀和冷冻水换热盘管一端之间的冷冻水换热第一干管连通并且另一端与位于第十电磁阀和板式换热器的冷冻水循环板片侧的出口之间的冷冻水换热循环管路连通；

冷却水换热盘管的一端与安装有第十四电磁阀和第七温度传感器的冷却水换热第一干管的一端连通并且另一端与安装有第八温度传感器和第十八电磁阀的冷却水换热第二干管的一端连通；所述的第十四电磁阀和第七温度传感器沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第一干管上，所述的第八温度传感器和第十八电磁阀沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第二干管上；

所述的冷水机组的冷凝器侧的出水口通过冷却水循环主管路依次连接第九温度传感器、冷却水循环泵、第二十一电磁阀，然后分成两个冷却水循环支管，第一冷却水循环支管依次连接第十温度传感器、主冷却塔、第十一温度传感器、第十二电磁阀、第十二温度传感器、板式换热器的冷却水循环板片侧、第十三温度传感器、第六电磁阀、第十四温度传感器以及冷水机组的冷凝器侧的回水口，一根第一冷却水循环直连管的一端与主冷却塔和第十二电磁阀之间的第一冷却水循环支管连通并且另一端与位于冷水机组的冷凝器侧的回水口与第六电磁阀之间的第一冷却水循环支管连通，在所述的第一冷却水循环支管上安装有第七电磁阀；第二冷却水循环支管依次连接第二十电磁阀、第十五温度传感器、辅助冷却塔、第十六温度传感器以及冷却水换热第二干管的另一端，一根安装有第十九电磁阀的第二冷却水循环直连管的一端与冷却水换热第二干管的另一端连通并且另一端依次与冷却水第一换热干管的另一端以及冷水机组的冷却水回水口连通；所述的冷冻水换热第一干管、冷冻水换热第二干管、冷却水换热盘管以及冷却水换热第二干管设置在梯级相变蓄冷装置外；

各级蓄冷单元内部填充相变材料的相变温度关系，第一级相变材料的相变温度>第二级相变材料的相变温度>第三级相变材料的相变温度。

本实用新型的优点：

1、本专利所提出的一种梯级蓄冷-释冷型数据机房制冷系统可充分利用夜间低谷电和外界自然冷源，降低数据机房制冷运行成本，并起到电网调峰的作用。相比以前的单一采用机械蓄冷，更具有显著的节能效益和经济效益，应用前景广阔。

2、系统采用梯级相变蓄冷装置，相比于水蓄冷装置，具有蓄冷密度大，装置体积小等优点。

3、系统采用梯级相变蓄冷装置，与内部仅填充一种相变材料的单级相变蓄冷装置相比，在蓄冷阶段，实现了梯级蓄冷，可以提高蓄冷速率和蓄冷㶲效率，进而降低对冷源出水温度的要求，使系统即使在室外温度相对较高时也能蓄存部分冷量；在释冷阶段，实现梯级放冷，可以提高释冷速率和释冷㶲效率，有利于降低冷水机组冷冻水回水温度，进而降低机组制冷能耗以及白天运行成本。

4、系统可根据运行状态及外界条件，灵活调整运行模式，实现经济效益和节能效益最大化。在夜间谷电时期，系统可根据冷却塔出水温度以及冷水机组运行状态，调节蓄冷冷源与梯级蓄冷装置的连接方式，最大化的利用自然冷量，提高系统的节能性；在放冷过程，可根据冷却塔出水温度以及蓄冷装置出水温度，调节释冷冷源与冷水机组的连接方式，最大化降低冷冻水回水温度，进而最大化降低机组在峰电时期的电耗，提升系统经济性和节能性。

附图说明

图1是本实用新型实施例梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统结构示意图；

图2是图1所示的系统中的梯级相变蓄冷装置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的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。

如附图所示本实用新型的一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，包括：

冷水机组1，所述的冷水机组1的蒸发器的出水口通过冷冻水循环管路依次连接冷冻水循环泵7、第一温度传感器21-1、空调末端设备8、第二温度传感器21-2、第一电磁阀F1以及所述的冷水机组1的蒸发器的入水口；

板式换热器6，一根冷冻水换热循环管路一端与空调末端设备8出水口以及第一电磁阀F1之间的冷冻水循环管路连通，并且另一端依次连接第二电磁阀F2、第五电磁阀F5、第三温度传感器21-3、板式换热器6的冷冻水循环板片侧、第四温度传感器21-4、第十电磁阀F10、第三电磁阀F3以及位于第一电磁阀F1与冷水机组 1的蒸发器的进水口之间的冷冻水循环管路；

梯级相变蓄冷装置5，所述的梯级相变蓄冷装置5包括内壳体11和间隔套在内壳体外的外壳体9，在所述的内壳体11和外壳体9之间填充有保温隔热材料10，在所述的外壳体9和内壳体11顶壁上盖有上盖板14，在所述的内壳体11中沿竖直方向左右间隔固定有两块挡板18将所述的内壳体3分隔为彼此独立的第一腔室、第二腔室和第三腔室，在所述的第一腔室内填充有第一级相变材料20形成第一级相变蓄冷单元，在所述的第二腔室内填充有第二级相变材料19形成第二级相变蓄冷单元，在所述的第三腔室内填充有第三级相变材料17形成第三级相变蓄冷单元，在所述的第一级相变材料20、第二级相变材料19以及第三级相变材料17中分别安装有多个蓄冷装置温度传感器21-17、21-18、21-19、21-20、21-21、21-22、21-23、21-24、 21-25，一根冷冻水换热盘管12和一根冷却水换热盘管13分别盘绕经过第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述的冷冻水换热盘管12的一端与安装有第十三电磁阀F13以及第五温度传感器21-5的冷冻水换热第一干管16的一端连通，所述的第十三电磁阀F13以及第五温度传感器21-5沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第一干管16；所述的冷冻水换热盘管12的另一端与安装有第十五电磁阀F15、第六温度传感器21-6的冷冻水换热第二干管的一端连通，所述的第六温度传感器21-6和第十五电磁阀F15沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第二干管上；所述的冷冻水换热第一干管16的另一端分为安装有第八电磁阀F8的第一支管和安装有第九电磁阀F9的第二支管，所述的第一支管的一端连接在位于空调末端设备8出水口以及第一电磁阀F1之间的冷冻水循环管路上，所述的第二支管的一端连接在位于第二电磁阀F2以及第五电磁阀F5之间的冷冻水换热循环管路上；所述的冷冻水换热第二干管的另一端分成安装有第四电磁阀F4的第三支管和安装有第十六电磁阀F16的第四支管，所述的第三支管的另一端与位于冷冻水循环泵7和空调末端设备8进水口之间的冷冻水循环管路连通，所述的第四支管的另一端与位于第三电磁阀F3和第十电磁阀F10之间的冷冻水换热循环管路连通；安装有第十七电磁阀的第五支管的一端与位于第十五电磁阀F15和冷冻水换热盘管12的另一端之间的冷冻水换热第二干管连通；一根安装有第十一电磁阀F11的第六支管的一端与位于第十三电磁阀和冷冻水换热盘管12一端之间的冷冻水换热第一干管16连通并且另一端与位于第十电磁阀F10和板式换热器6的冷冻水循环板片侧的出口之间的冷冻水换热循环管路连通。

冷却水换热盘管13的一端与安装有第十四电磁阀F14和第七温度传感器21-7 的冷却水换热第一干管15的一端连通并且另一端与安装有第八温度传感器21-8和第十八电磁阀F18的冷却水换热第二干管的一端连通；所述的第十四电磁阀F14和第七温度传感器21-7沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第一干管15上，所述的第八温度传感器21-8和第十八电磁阀F18沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第二干管上。

所述的冷水机组1的冷凝器侧的出水口通过冷却水循环主管路依次连接第九温度传感器21-9、冷却水循环泵2、第二十一电磁阀F21，然后分成两个冷却水循环支管，第一冷却水循环支管依次连接第十温度传感器21-10、主冷却塔3、第十一温度传感器21-11、第十二电磁阀F12、第十二温度传感器21-12、板式换热器6的冷却水循环板片侧、第十三温度传感器21-13、第六电磁阀F6、第十四温度传感器21-14 以及冷水机组1的冷凝器侧的回水口，一根第一冷却水循环直连管的一端与主冷却塔3和第十二电磁阀F12之间的第一冷却水循环支管连通并且另一端与位于冷水机组1的冷凝器侧的回水口与第六电磁阀F6之间的第一冷却水循环支管连通，在所述的第一冷却水循环支管上安装有第七电磁阀F7；第二冷却水循环支管依次连接第二十电磁阀F20、第十五温度传感器21-15、辅助冷却塔4、第十六温度传感器21-16 以及冷却水换热第二干管的另一端，一根安装有第十九电磁阀F19的第二冷却水循环直连管的一端与冷却水换热第二干管的另一端连通并且另一端依次与冷却水第一换热干管的另一端以及冷水机组的冷却水回水口连通。

各温度传感器分别布置在冷水机组1蒸发器与冷凝器的进出口，主冷却塔3和辅助冷却塔4进出口，梯级相变蓄冷装置5进出口和装置内部，板式换热器6进出口。

所述的冷冻水换热第一干管16、冷冻水换热第二干管、冷却水换热盘管13以及冷却水换热第二干管设置在梯级相变蓄冷装置5外。

各级蓄冷单元内部填充相变材料的相变温度关系，第一级相变材料20的相变温度>第二级相变材料19的相变温度>第三级相变材料17的相变温度。蓄冷过程，低温传热流体沿相变温度依次升高的方向流动；释冷过程，低温传热流体沿相变温度依次降低的方向流动。此外，考虑到在夜间冷却塔出水温度不能满足梯级相变蓄冷装置蓄冷要求时，梯级相变蓄冷装置仍能蓄存部分冷量，所设计梯级相变蓄冷装置的蓄冷要求温度应高于冷水机组冷冻水出水温度，以使冷水机组在夜间能直接向梯级相变蓄冷装置充冷。

所述的第一级相变材料20可以采用相变温度16度的辛酸，第二级相变材料19 可以采用相变温度13度的六水磷酸氢二钾，第三级相变材料17可以采用相变温度 10度的十五烷。

优选的主冷却塔3和辅助冷却塔4采用同一型号冷却塔。所述的主冷却塔3可以为多台冷却塔并联。主冷却塔3主要用于降低冷却水温度，以用于冷水机组1冷凝器换热或通过板式换热器6预冷冷冻水回水。辅助冷却塔4主要用于在冷却塔出水温度满足梯级蓄冷装置蓄冷要求时，单独给梯级相变蓄冷装置5蓄冷。从空调末端设备8输出端输出的冷冻水回水，分支成三路，包括冷冻水回水直接进入冷水机组1换热，进入梯级相变蓄冷装置5，进入板式换热器6。可根据系统运行状态，控制电磁阀门，改变空调末端设备8输出的冷冻水的流动路径，使进入冷水机组1的冷冻水温度最低，进而实现机组白天制冷能耗和运行费用最低。当夜间主冷却塔3 出水温度满足梯级蓄冷装置蓄冷要求时，辅助冷却塔开启，从辅助冷却塔4出来的低温冷却水可直接进入梯级相变蓄冷装置蓄冷。

系统在夜间低谷电时期的运行模式包括如下6种，分别为机械制冷，部分机械制冷，机械蓄冷-机械制冷，机械蓄冷-部分机械制冷，先自然蓄冷后机械蓄冷-部分机械制冷，自然蓄冷-自然冷却。通过这6种运行模式切换，可在不影响冷水机组运行的情况下，实现梯级相变蓄冷装置蓄冷量和利用夜间自然冷量最大化，保证系统高效节能运行。各运行模式如下：

机械制冷模式，开启第一电磁阀F1、第七电磁阀F7、第二十电磁阀F21。该模式适用于夜间冷却塔出水温度高于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度以及蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且冷水机组满负荷运行，无法满足额外蓄冷要求的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再经第一电磁阀F1进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出，经过第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出后通过第七电磁阀F7进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第二十一电磁F21。该模式适用于夜间冷却塔出水温度高于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度，低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且冷水机组满负荷运行，无法满足额外蓄冷要求的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再经第二电磁阀F2、第五电磁阀F5进入板式换热器6和主冷却塔4流出的冷却水换热，再经过第十电磁阀 F10、第三电磁阀F3后进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经过第二十一电磁阀F21，进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经过第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后再通过第六电磁阀F6进入冷水机组 1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

机械蓄冷-机械制冷模式，开启第一电磁阀F1、第四电磁阀F4、第七电磁阀F7、第八电磁阀F8、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15、第二十一电磁阀F21。该模式适用于夜间冷却塔出水温度高于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度以及蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且冷水机组以部分负荷运行，可满足额外蓄冷要求的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入两条支路，一条连接空调末端设备8，一条连接梯级相变蓄冷装置5。其中，进入梯级相变蓄冷装置的冷冻水通过第四电磁阀F4、第十五电磁阀F15后，先进入第三级相变蓄冷单元，再进入第二级相变蓄冷单元，最后从第一级相变蓄冷单元流出经过第十三电磁阀F13、第八电磁阀F8后，与从空调末端设备8出来的冷冻水回水交汇，之后通过第一电磁阀F1进入冷水机组 1蒸发器换热，最后进入冷冻水循环水泵8输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经过第二十一电磁阀F21，进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出经过第七电磁阀F7，进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。当通过温度传感器检测到梯级相变蓄冷装置进口温度与装置内部各级蓄冷单元的温度 (每个腔室内的温度传感器的温度值取算数平均值)的差值在设定值内(如0.1度)，表示梯级相变蓄冷装置已达到机械蓄冷-机械制冷模式下的最大蓄冷量，则关闭第四电磁阀F4、第八电磁阀F8、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15，停止蓄冷。

机械蓄冷-部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第四电磁阀F4、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第八电磁阀F8、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15、第二十一电磁阀F21。该模式适用于夜间冷却塔出水温度高于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度，低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且冷水机组以部分负荷运行，可满足额外蓄冷要求的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入两条支路，一条连接空调末端设备8，一条连接梯级相变蓄冷装置5。其中，进入梯级相变蓄冷装置的冷冻水通过第四电磁阀F4、第十五电磁阀F15后，先进入第三级相变蓄冷单元，再进入第二级相变蓄冷单元，最后从第一级相变蓄冷单元流出经过第十三电磁阀F13、第八电磁阀F8后，与从空调末端设备8出来的冷冻水回水交汇。交汇后的冷冻水通过第二电磁阀F2、第五电磁阀F5，进入板式换热器6和主冷却塔4流出的冷却水换热，再经过第十电磁阀F10、第三电磁阀F3后进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经过第二十一电磁阀F21，进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经过第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后再通过第六电磁阀F6进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。当通过温度传感器检测到梯级相变蓄冷装置进口温度与装置内部各级蓄冷单元的温度的差值在设定值内(如0.1度)，表示梯级相变蓄冷装置已达到机械蓄冷-部分机械制冷模式下的最大蓄冷量，则关闭第四电磁阀F4、第八电磁阀F8、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15，停止蓄冷。

先自然蓄冷后机械蓄冷-部分机械制冷模式。该模式适用于夜间冷却塔出水温度低于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度，以及蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，但高于冷水机组冷冻水出水温度，且冷水机组以部分负荷制冷，可满足额外蓄冷要求。此时，为尽可能多的蓄存冷量供白天使用，先运行辅助冷却塔组4对梯级相变蓄冷装置5蓄冷，再利用冷水机组1冷冻水出水对梯级相变蓄冷装置5蓄冷。先开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第十四电磁阀F14、第十八电磁阀F18、第二十电磁阀F20、第二十一电磁阀F21。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再通过第二电磁阀F2、第五电磁阀F5进入板式换热器6和主冷却塔3出水换热，经过第十电磁阀F10、第三电磁阀F3后再进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出通过第二十一电磁阀F21后进入主冷却塔3分支并经过第二十电磁阀F20后辅助冷却塔4分支。从主冷却塔3输出端输出，进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水；从辅助冷却塔4输出端输出，进入梯级相变蓄冷装置5，依次经过第三级相变蓄冷单元，第二级相变蓄冷单元，第一级相变蓄冷单元。两条分支在冷水机组1冷凝器冷却水回水处交汇，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。当通过温度传感器检测到梯级相变蓄冷装置进口温度与装置内部各级蓄冷单元的温度的差值在设定值内(如0.1度)，表示梯级相变蓄冷装置已达到自然蓄冷-部分机械制冷模式下的最大蓄冷量，则关闭第十四电磁阀F14、第十八电磁阀F18、第二十电磁阀F20以及辅助冷却塔4，并开启第四电磁阀F4、第八电磁阀F8、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15。系统运行模式由自然蓄冷-部分机械制冷模式改为机械蓄冷-部分机械制冷模式。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入两条支路，一条连接空调末端设备8，一条连接梯级相变蓄冷装置5。其中，进入梯级相变蓄冷装置的冷冻水经第四电磁阀F4、第十五电磁阀F15，依次进入第三级相变蓄冷单元，第二级相变蓄冷单元，最后从第一级相变蓄冷单元流出经第十三电磁阀F13、第八电磁阀F8，与从空调末端出来的冷冻水回水交汇。交汇后的冷冻水通过第二电磁阀F2、第五电磁阀F5，进入板式换热器6和主冷却塔4流出的冷却水换热，再经过第十电磁阀F10、第三电磁阀F3后进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经过第二十一电磁阀F21，进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经过第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后再通过第六电磁阀F6进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。当通过温度传感器检测到梯级相变蓄冷装置进口温度与装置内部各级蓄冷单元的温度的差值在设定值内(如0.1度)，表示梯级相变蓄冷装置已达到机械蓄冷-部分机械制冷模式下的最大蓄冷量，则关闭第四电磁阀F4、第八电磁阀F8、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15，停止蓄冷。

自然蓄冷-自然冷却模式。该模式适用于夜间冷却塔出水温度低于梯级相变蓄冷装置蓄冷要求温度，以及空调末端设备自然冷却要求温度。开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第十四电磁阀F14、第十八电磁阀F18、第二十电磁阀F20、第二十一电磁阀F21，冷水机组1停止运行。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备 8，经第二电磁阀F2、第五电磁阀F5再进入板式换热器6和主冷却塔3出水换热，经第十电磁阀F10、第三电磁阀F3再进入冷水机组1(不换热)，最后后进入冷冻水循环水泵7的输入端。从空调末端设备8出来的冷冻水回水温度进入板式换热器 6换热，即可将冷冻水回水温度降低到冷冻水出水温度。此时，冷却水从冷却水循环水泵2输出后经过第二十一电磁阀F21后进入主冷却塔3分支和经第二十电磁阀 F20进入辅助冷却塔4分支。从主冷却塔3输出端输出，经第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6和空调末端设备8出来的冷冻水回水换热并经第六电磁阀F6流出；从辅助冷却塔4输出端输出，经第十八电磁阀F18进入梯级相变蓄冷装置5，依次经过第三级相变蓄冷单元，第二级相变蓄冷单元，第一级相变蓄冷单元并从第十四电磁阀F14流出。两条分支在冷水机组1冷凝器冷却水回水处交汇，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。当通过温度传感器检测到梯级相变蓄冷装置进口温度与装置内部各级蓄冷单元的温度的差值在设定值内(如0.1度)，表示梯级相变蓄冷装置已达到自然蓄冷-自然冷却模式下的最大蓄冷量，则关闭第十四电磁阀F14、第十八电磁阀F18、第二十电磁阀F20以及辅助冷却塔4。

系统在白天峰电时期的运行模式包括如下9种，分别为机械制冷，梯级释冷，自然冷却，先冷却塔预冷再梯级释冷，先梯级释冷再冷却塔自然冷却模式，梯级释冷-部分机械制冷，冷却塔预冷-部分机械制冷，先冷却塔预冷再梯级释冷-部分机械制冷，先梯级释冷再冷却塔预冷-部分机械制冷。通过上述9种模式切换，可最大化降低进入冷水机组的冷冻水回水温度，进而减少冷水机组能耗和制冷运行成本，实现节能和经济效益最大化。具体运行模式如下：

机械制冷模式，开启第一电磁阀F1、第七电磁阀F7、第二十一电磁阀F21。该模式适用于冷却塔出水温度高于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且梯级相变蓄冷装置已充分释冷，无法再提供额外冷量的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再经第一电磁阀F1进入冷水机组1蒸发器换热，最后从蒸发器输出进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出经第七电磁阀F7进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

梯级释冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第九电磁阀F9、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16，冷水机组和冷却塔停止运行。该模式适用于冷却塔出水温度高于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且梯级相变蓄冷装置出水温度低于空调末端设备供冷要求温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，经第二电磁阀F2、第九电磁阀F9再进入梯级相变蓄冷装置，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，之后经第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第三电磁阀F3进入冷水机组1蒸发器(不换热)，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。

自然冷却模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第二十一电磁阀F21，冷水机组停止运行。该模式适用于冷却塔出水温度低于空调末端设备自然冷却要求温度，且梯级相变蓄冷装置已充分释冷，无法再提供额外冷量的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵 7输出端输出，进入空调末端设备8经过第二电磁阀F2、第五电磁阀F5再进入板式换热器6，充分降温后经过第十电磁阀F10、第三电磁阀F3进入冷水机组1(不换热)，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经过第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经过第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，冷却从空调末端设备8出来的冷冻水回水，经第六电磁阀F6之后再进入冷水机组1冷凝器(不换热)，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

先冷却塔预冷再梯级释冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十一电磁阀F11、第十二电磁阀F12、第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第二十一电磁阀F21，冷水机组停止运行。该模式适用于冷却塔出水温度低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，但高于空调末端设备自然冷却要求温度，且梯级相变蓄冷装置出水温度低于空调末端设备供冷要求温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，从空调末端设备8输出后经第二电磁阀F2、第五电磁阀F5，先进入板式换热器6预冷后经第十一电磁阀F11进入梯级相变蓄冷装置5，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，之后经第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第三电磁阀F3进入冷水机组1 蒸发器(不换热)，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后经第六电磁阀F6再进入冷水机组1冷凝器(不换热)，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

先梯级释冷再冷却塔自然冷却模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第六电磁阀F6、第九电磁阀F9、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第十七电磁阀F17、第二十一电磁阀F21，冷水机组停止运行。该模式适用于冷却塔出水温度低于空调末端设备自然冷却要求温度，且梯级相变蓄冷装置出水温度高于空调末端设备供冷要求温度，但低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出经第二电磁阀F2、第九电磁阀F9、第十三电磁阀F13从空调末端设备8输出后，先进入梯级相变蓄冷装置5，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，然后从第十七电磁阀F17进入板式换热器 6，从板式换热器6流出经过第十电磁阀F10、第三电磁阀F3进入冷水机组1(不换热)之后进入冷水机组1(不换热)，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3 输出端输出，通过第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，冷却从梯级相变蓄冷装置5出来的冷冻水回水，之后再经第六电磁阀F6进入冷水机组1冷凝器(不换热)，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

梯级释冷-部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第六电磁阀F6、第九电磁阀F9、第十三电磁阀F13、第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第二十一电磁阀F21。该模式适用于冷却塔出水温度高于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，且梯级相变蓄冷装置出水温度高于空调末端设备供冷要求温度，但低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再通过第二电磁阀F2、第九电磁阀F9、第十三电磁阀F13进入梯级相变蓄冷装置，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，之后经第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第三电磁阀F3进入冷水机组1蒸发器换热，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出，经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出经第六电磁阀F6进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

冷却塔预冷-部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第二十一电磁阀F21。该模式适用于冷却塔出水温度低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，但高于空调末端设备供冷要求温度，且梯级相变蓄冷完全释冷，无法提供额外冷量的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，进入空调末端设备8，再经第二电磁阀、第五电磁阀进入板式换热器6，预冷后经过第十电磁阀F10进入冷水机组1蒸发器换热后第三电磁阀F3，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵 2输出，第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出经第十二电磁阀F12，进入板式换热换热器6，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后经第六电磁阀F6再进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

先冷却塔预冷再梯级释冷-部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第十一电磁阀F11、第十二电磁阀F12、第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第二十一电磁阀F21。该模式适用于冷却塔出水温度和梯级相变蓄冷装置出水温度均低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，但高于空调末端设备自然冷却要求温度，且梯级相变蓄冷装置出水温度低于冷却塔出水温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，从空调末端设备8输出后经第二电磁阀F2、第五电磁阀F5，先进入板式换热器6，预冷后经第十一电磁阀F11 进入梯级相变蓄冷装置5，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，之后经第十五电磁阀F15、第十六电磁阀F16、第三电磁阀F3进入冷水机组1蒸发器换热，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出，经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出经第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6并经第六电磁阀F6流出，预冷从空调末端设备8出来的冷冻水回水，之后再进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

先梯级释冷再冷却塔预冷-部分机械制冷模式，开启第二电磁阀F2、第三电磁阀F3、第六电磁阀F6、第九电磁阀F9、第十电磁阀F10、第十二电磁阀F12、第十三电磁阀F13、第十七电磁阀F17、第二十一电磁阀F21，冷水机组停止运行。该模式适用于冷却塔出水温度和梯级相变蓄冷装置出水温度均低于蒸发器冷冻水回水预冷要求温度，但高于空调末端设备自然冷却要求温度，且冷却塔出水温度低于梯级相变蓄冷装置出水温度的情况。冷冻水从冷冻水循环水泵7输出端输出，从空调末端设备8输出后，经第二电磁阀F2、第九电磁阀F9、第十三电磁阀F13先进入梯级相变蓄冷装置5，依次与第一级相变蓄冷单元、第二级相变蓄冷单元、第三级相变蓄冷单元换热，然后经第十七电磁阀F17进入板式换热器6，之后经过第十电磁阀 F10、第三电磁阀F3进入冷水机组1蒸发器换热，最后进入冷冻水循环水泵7的输入端。冷却水从冷却水循环水泵2输出经第二十一电磁阀F21进入主冷却塔3，从主冷却塔3输出端输出，经第十二电磁阀F12进入板式换热换热器6，冷却从梯级相变蓄冷装置5出来的冷冻水回水经第六电磁阀F6流出，之后再进入冷水机组1冷凝器换热，最后进入冷却水循环水泵2的输入端。

Claims (3)

1.一种梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，其特征在于包括：

冷水机组，所述的冷水机组的蒸发器的出水口通过冷冻水循环管路依次连接冷冻水循环泵、第一温度传感器、空调末端设备、第二温度传感器、第一电磁阀以及所述的冷水机组的蒸发器的入水口；

板式换热器，一根冷冻水换热循环管路一端与空调末端设备出水口以及第一电磁阀之间的冷冻水循环管路连通，并且另一端依次连接第二电磁阀、第五电磁阀、第三温度传感器、板式换热器的冷冻水循环板片侧、第四温度传感器、第十电磁阀、第三电磁阀以及位于第一电磁阀与冷水机组的蒸发器的进水口之间的冷冻水循环管路；

梯级相变蓄冷装置，所述的梯级相变蓄冷装置包括内壳体和间隔套在内壳体外的外壳体，在所述的内壳体和外壳体之间填充有保温隔热材料，在所述的外壳体和内壳体顶壁上盖有上盖板，在所述的内壳体中沿竖直方向左右间隔固定有两块挡板将所述的内壳体分隔为彼此独立的第一腔室、第二腔室和第三腔室，在所述的第一腔室内填充有第一级相变材料形成第一级相变蓄冷单元，在所述的第二腔室内填充有第二级相变材料形成第二级相变蓄冷单元，在所述的第三腔室内填充有第三级相变材料形成第三级相变蓄冷单元，在所述的第一级相变材料、第二级相变材料以及第三级相变材料中分别安装有多个蓄冷装置温度传感器，一根冷冻水换热盘管和一根冷却水换热盘管分别盘绕经过第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述的冷冻水换热盘管的一端与安装有第十三电磁阀以及第五温度传感器的冷冻水换热第一干管的一端连通，所述的第十三电磁阀以及第五温度传感器沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第一干管；所述的冷冻水换热盘管的另一端与安装有第十五电磁阀、第六温度传感器-的冷冻水换热第二干管的一端连通，所述的第六温度传感器-和第十五电磁阀沿释冷流的流动方向依次安装在冷冻水换热第二干管上；所述的冷冻水换热第一干管的另一端分为安装有第八电磁阀的第一支管和安装有第九电磁阀的第二支管，所述的第一支管的一端连接在位于空调末端设备出水口以及第一电磁阀之间的冷冻水循环管路上，所述的第二支管的一端连接在位于第二电磁阀以及第五电磁阀之间的冷冻水换热循环管路上；所述的冷冻水换热第二干管的另一端分成安装有第四电磁阀的第三支管和安装有第十六电磁阀的第四支管，所述的第三支管的另一端与位于冷冻水循环泵和空调末端设备进水口之间的冷冻水循环管路连通，所述的第四支管的另一端与位于第三电磁阀和第十电磁阀之间的冷冻水换热循环管路连通；安装有第十七电磁阀的第五支管的一端与位于第十五电磁阀和冷冻水换热盘管的另一端之间的冷冻水换热第二干管连通；一根安装有第十一电磁阀的第六支管的一端与位于第十三电磁阀和冷冻水换热盘管一端之间的冷冻水换热第一干管连通并且另一端与位于第十电磁阀和板式换热器的冷冻水循环板片侧的出口之间的冷冻水换热循环管路连通；

冷却水换热盘管的一端与安装有第十四电磁阀和第七温度传感器的冷却水换热第一干管的一端连通并且另一端与安装有第八温度传感器和第十八电磁阀的冷却水换热第二干管的一端连通；所述的第十四电磁阀和第七温度传感器沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第一干管上，所述的第八温度传感器和第十八电磁阀沿释冷流的流动方向依次安装在冷却水换热第二干管上；

所述的冷水机组的冷凝器侧的出水口通过冷却水循环主管路依次连接第九温度传感器、冷却水循环泵、第二十一电磁阀，然后分成两个冷却水循环支管，第一冷却水循环支管依次连接第十温度传感器、主冷却塔、第十一温度传感器、第十二电磁阀、第十二温度传感器、板式换热器的冷却水循环板片侧、第十三温度传感器、第六电磁阀、第十四温度传感器以及冷水机组的冷凝器侧的回水口，一根第一冷却水循环直连管的一端与主冷却塔和第十二电磁阀之间的第一冷却水循环支管连通并且另一端与位于冷水机组的冷凝器侧的回水口与第六电磁阀之间的第一冷却水循环支管连通，在所述的第一冷却水循环支管上安装有第七电磁阀；第二冷却水循环支管依次连接第二十电磁阀、第十五温度传感器、辅助冷却塔、第十六温度传感器以及冷却水换热第二干管的另一端，一根安装有第十九电磁阀的第二冷却水循环直连管的一端与冷却水换热第二干管的另一端连通并且另一端依次与冷却水第一换热干管的另一端以及冷水机组的冷却水回水口连通；所述的冷冻水换热第一干管、冷冻水换热第二干管、冷却水换热盘管以及冷却水换热第二干管设置在梯级相变蓄冷装置外；

各级蓄冷单元内部填充相变材料的相变温度关系，第一级相变材料的相变温度>第二级相变材料的相变温度>第三级相变材料的相变温度。

2.根据权利要求1所述的梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，其特征在于：所述的第一级相变材料采用相变温度16度的辛酸，第二级相变材料采用相变温度13度的六水磷酸氢二钾，第三级相变材料采用相变温度10度的十五烷。

3.根据权利要求1或者2所述的梯级蓄冷-释冷型数据机房多模式制冷系统，其特征在于：所述的主冷却塔和辅助冷却塔采用同一型号冷却塔。

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