CN212362291U - 数据中心模块化冷却系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种数据中心模块化冷却系统及数据中心，冷却系统包括：水冷系统和/或风冷系统；水冷系统包括依次连接的冷却塔、设置在第一集装箱内的冷却模块、设置在第二集装箱内的冷源模块和设置在第三集装箱内的水冷冷冻模块，第一集装箱两侧的水管接口分别与冷却塔和第二集装箱一侧的水管接口相连，第三集装箱两侧的水管接口分别与第二集装箱另一侧的水管接口和机房内的末端环管相连；风冷系统包括室外风冷冷水机组、设置在第四集装箱内的风冷冷冻模块，第四集装箱两侧的水管接口分别与室外风冷冷水机组和机房内的末端环管相连。本申请提供一种数据中心模块化冷却系统及数据中心，可解决数据中心的冷冻水系统建设周期长、土地利用率低的问题。

Description

数据中心模块化冷却系统及数据中心

技术领域

本申请涉及数据中心散热冷却技术领域，尤其涉及一种数据中心模块化冷却系统及数据中心。

背景技术

随着数据中心的快速发展，数据中心对建设周期要求越来越短，对节能性要求也越来越高。大型数据中心内会存放大量的服务器机柜，服务器在长期保持工作状态下，会产生大量的热量。为了保证服务器正常工作，需要对服务器机柜进行降温处理。

相关技术中，数据中心的制冷系统一般采用冷冻水系统，冷冻水系统的冷源包括风冷或水冷，冷冻水通过冷冻水泵到机房后在机房末端带走机房的热量，再回到冷水机组降温将热量传递给冷水机组，冷水机组的热量通过风冷换热器散热到环境中，或通过冷却塔散热。冷冻水系统的建设方式为，在建筑建设完成后，再建设冷冻站机电设备，最后投入开发编写用于控制冷冻站自动运行的控制系统，即冷冻水系统和建筑建设相互独立。

然而，上述冷冻水系统的建设方式是以工程项目形式建设，建设环节多、周期长、成本高、土地利用率低。

实用新型内容

本申请提供一种数据中心模块化冷却系统及数据中心，可解决数据中心的冷冻水系统建设周期长、土地利用率低的问题。

本申请一方面提供一种数据中心模块化冷却系统，包括：水冷系统和/或风冷系统。

所述水冷系统包括依次连接的冷却塔、设置在第一集装箱内的冷却模块、设置在第二集装箱内的冷源模块和设置在第三集装箱内的水冷冷冻模块，每个集装箱的两侧分别设有至少一个水管接口，所述第一集装箱两侧的所述水管接口分别与所述冷却塔和所述第二集装箱一侧的所述水管接口相连，所述第三集装箱两侧的所述水管接口分别与所述第二集装箱另一侧的所述水管接口和机房内的末端环管相连；

所述风冷系统包括室外风冷冷水机组、设置在第四集装箱内的风冷冷冻模块，所述第四集装箱的两侧分别设有至少一个水管接口，所述第四集装箱两侧的所述水管接口分别与所述室外风冷冷水机组和机房内的末端环管相连。

本申请实施例提供的数据中心模块化冷却系统，通过将水冷系统的冷却模块、冷源模块和水冷冷冻模块以及风冷系统的风冷冷冻模块分别集成在集装箱内，形成了水力模块产品，可在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将各个模块之间的水管接口对应连接，因此可减少水冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本，提高土地利用率。同时，模块化设计有利于实现快速扩容，有利于提高复制性。

在一种可能的实施方式中，所述水冷系统和上述风冷系统均包括水力设备和电气设备，所述水力设备和所述电气设备分别设置在集装箱的湿区和干区内，所述干区和所述湿区之间通过隔离墙隔离。

干湿分离的设置，有利于提高冷却系统中电气设备的安全性。

在一种可能的实施方式中，所述冷却模块的水力设备包括冷却水泵，所述冷源模块的水力设备包括水冷冷水机组和板式换热器，所述水冷冷冻模块的水力设备包括水冷冷冻水泵；所述水冷冷冻水泵用于驱动所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器内的冷冻水经过所述末端环管换热后回到所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器内，所述冷却水泵用于驱动所述水冷冷水机组内和/或所述板式换热器内的冷却水经过冷却塔换热后进入所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器，所述水冷冷水机组和所述板式换热器用于使所述冷却水和所述冷冻水交换热量。

冷冻水经室内末端加热后，在冷源模块处将热量传递给冷却水，降温后的冷冻水再次进入室内末端对数据中心进行冷却降温，加热后的冷却水经过冷却塔降温后则再次回到冷源模块。冷却水和冷冻水各自循环，达到了通过冷却塔和水冷冷水机组对室内末端进行降温的目的。

在一种可能的实施方式中，一个所述冷却塔、至少一个所述冷却水泵、一个所述水冷冷水机组、一个所述板式换热器和至少一个所述水冷冷冻水泵通过管路连接构成一个水冷冷冻水单元，所述水冷系统包括多个并联设置的所述水冷冷冻水单元。

每一个水冷冷冻水单元构成一个冷冻水循环，多个水冷冷冻水单元之间互相独立，以在控制模块的控制下开启部分或全部的冷冻水循环，从而实现不同的制冷量。并且，水冷冷冻水单元的冗余配置，可确保集装箱内任意一个水冷冷冻水单元故障时，还存在其他正常工作的水冷冷冻水单元。

在一种可能的实施方式中，所述冷却模块还包括第一加药装置和旁滤装置，所述水冷冷冻模块还包括第二加药装置、第一定压补水装置、第一软水器和第一水箱。

第一加药装置和旁滤装置连接在冷却模块内的管路上，第二加药装置、第一定压补水装置、第一软水器和第一水箱连接在水冷冷冻模块内的管路上，以实现除菌、定压补水的功能。

在一种可能的实施方式中，所述风冷冷冻模块的水力设备包括风冷冷冻水泵，所述风冷冷冻水泵用于驱动冷冻水在所述室外风冷冷水机组和所述末端环管之间循环。

在风冷冷冻水泵的驱动下，冷冻水经过末端环管实现对数据中心的冷却降温，加热后的冷却水则回到室外风冷冷水机组，热量经室外风冷冷水机组散发。冷冻水在风冷冷冻水泵的驱动下循环，达到了通过室外风冷冷水机组对室内末端进行降温的目的。

在一种可能的实施方式中，一个所述室外风冷冷水机组和至少一个所述风冷冷冻水泵通过管路连接构成一个风冷冷冻水单元，多个风冷冷冻水单元并联设置。

每一个风冷冷冻水单元构成一个冷冻水循环，多个风冷冷冻水单元之间互相独立，以在控制模块的控制下开启部分或全部的冷冻水循环，从而实现不同的制冷量。并且，风冷冷冻水单元的冗余配置，可确保集装箱内任意一个风冷冷冻水单元故障时，还存在其他正常工作的风冷冷冻水单元。

在一种可能的实施方式中，所述风冷冷冻模块还包括第二定压补水装置、第二软水器、第二水箱和第三加药装置。

第二定压补水装置、第二软水器、第二水箱和第三加药装置均连接在风冷冷冻模块内的管路上，以实现除菌、定压补水的功能。

在一种可能的实施方式中，所述水冷系统和所述风冷系统均包括一体化空调箱，所述水冷系统的一体化空调箱由所述水冷系统内的冷冻水供冷，用于为所述冷却模块、所述冷源模块和所述水冷冷冻模块散热，所述风冷系统的一体化空调箱由所述风冷系统内的冷冻水供冷，用于为所述风冷冷冻模块散热。

利用冷却系统自身产生的冷冻水，通过一体化空调箱为冷却系统各个模块进行散热，以保证冷却系统各模块正常工作，散热效果佳，有利于节约能耗。

在一种可能的实施方式中，所述冷却系统还包括预集成在所述水冷系统和/或所述风冷系统内的控制系统，所述控制系统包括控制模块、所述电气设备和连接在所述水力设备的管路上的电动阀、监测设备。

控制系统的电气设备集成在模块化集装箱内，控制系统的监测设备预安装在水力设备之间的管路上，控制系统的软件控制模块也预集成在模块化集装箱内，从而实现了控制系统的产品化设计，控制系统在工厂完成预安装后，即可对控制模块完成预测试，从而可省去冷却系统的现场测试环节，降低交付周期。

管路上设置多个电动阀和手动阀，有利于将整个冷却系统模块化设置，一方面有利于冷却系统的模块化快速部署，降低建设成本，另一方面，后期维护过程中，可针对不同的模块进行问题排查和部署，便于后期维护，从而有利于降低运维成本。

在一种可能的实施方式中，所述电气设备包括主控制柜，所述主控制柜内预集成有所述控制模块和具有显示屏的上位机。

上位机用于实现冷却系统的整体控制，显示屏便于使用人员查看信息和操作，软件控制模块预集成在主控制柜内，主控制柜预集成在集装箱内，在工厂即可完成预安装和预测试，省去现场测试环节，降低交付周期。

在一种可能的实施方式中，所述电气设备还包括分别与所述主控制柜连接的包括阀门控制柜、网络柜、变频控制柜和配电箱。

阀门控制柜、网络柜、变频控制柜和配电箱为控制系统的硬件设备，用于实现阀门控制、通信连接、变频控制、供配电等功能。

在一种可能的实施方式中，所述监测设备包括流量计、温度计和压力计。

流量计、温度计和压力计，分别用于实时监测管道中的流量、温度和压力数据，并将采集到的数据实时传输给控制模块内的主控制器，由主控制器统一控制，实现水冷系统的稳定运行。

在一种可能的实施方式中，室内末端包括连接在机房和冷却系统之间的管路，该管路上还连接有蓄冷罐和电动阀。

在一种可能的实施方式中，水冷冷冻模块和风冷冷冻模块设置在一个集装箱内，所述集装箱内设置有相互独立的水冷冷冻水泵和风冷冷冻水泵，该集装箱外设置多个水管接口，与水冷冷冻水泵连接的两侧水管接口，分别和室内末端、冷源模块连接，与风冷冷冻水泵连接的两侧水管接口，分别和室内末端、室外风冷冷水机组连接。

这样设置，一个冷冻模块集装箱，可同时集成水冷系统和风冷系统的冷冻模块，从而进一步缩短建设周期，提高土地利用率。

本申请另一方面提供一种数据中心，所述数据中心应用如上所述的数据中心冷却系统进行冷却。

本申请实施例提供的数据中心，具有模块化的数据中心冷却系统，该冷却系统通过将冷却模块、冷源模块、水冷冷冻模块以及风冷冷冻模块分别集成在集装箱内，形成了水力模块产品，可在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将各个模块之间的水管接口对应连接，因此可减少水冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本，提高土地利用率；同时，模块化设计有利于实现快速扩容，有利于提高复制性；进一步地，控制系统的电气设备集成在模块化集装箱内，控制系统的监测设备预安装在水力设备之间的管路上，实现了控制系统的产品化设计，控制系统在工厂即可完成预测试，可省去冷却系统的现场测试环节，降低交付周期，从而可便于实现数据中心的快速部署和模块化建设，从而使得数据中心和整体的建设周期短、成本低。

附图说明

图1是本申请提供的水冷系统的结构示意图；

图2是本申请提供的水冷系统的系统架构示意图；

图3是本申请提供的风冷系统的结构示意图；

图4是本申请提供的风冷系统的系统架构示意图。

附图标记说明：

11-冷却塔；12-冷却模块；120-第一集装箱；121-冷却水泵；122-第一加药装置；123旁滤装置；13-冷源模块；130-第二集装箱；131-水冷冷水机组；132-板式换热器；14-水冷冷冻模块；140-第三集装箱；141-水冷冷冻水泵；142-第二加药装置；143-第一定压补水装置；144-第一水箱；

21-室外风冷冷水机组；22-风冷冷冻模块；221-风冷冷冻水泵；222-第二定压补水装置；223-第二水箱；224-第三加药装置；

31-湿区；32-干区；33-隔离墙；400-水管接口；50-主控制柜；51-电动阀；52-阀门控制柜；53-网络柜；54-变频控制柜；55-配电箱；56-流量计；57-温度计；58-压力计；59-蓄冷罐；600-机房。

具体实施方式

模块化数据中心，是通过将数据中心、机柜系统、电力系统、消防监控、控制系统构成等模块化组合，实现建设周期降低的一种数据中心建设形式。目前机柜、电力系统等均逐步实现了模块化，而制冷系统仍没有良好的模块化解决方案。

冷冻水系统是数据中心最常用的制冷系统，建设时与建筑建设相互独立，一般为建筑建设完成后再建设冷冻站机电设备，最后再投入开发编写用于控制冷冻站设备自动运行的控制系统，导致了整个建设周期十分的漫长且难以扩容。同时应建筑方式的不同，这种冷冻水系统建设方式导致了其设计方案无复用性。

相关技术方案中，典型的数据中心水系统分为水冷冷冻水系统、风冷冷冻水系统两种。其中，水冷冷冻水系统包含冷却塔、冷却泵、冷水机组、冷冻泵、末端等主要设备，冷冻水通过冷冻水泵到机房后在末端换热带走机房的热量，回到冷水机组降温将热量传递给冷水机组，冷水机组将热量传递到冷却水侧，由冷却水泵将加热后的冷却水引到冷却塔散热。风冷冷冻水系统中，冷冻侧的水循环与水冷冷冻水系统的冷冻水一致，区别在于风冷冷冻水系统冷却水侧无冷却塔和冷却泵，冷机热量直接通过风冷机组的风冷换热器散热到环境中。

上述冷冻水系统的建设方式，需历经现场工勘、深化设计、土建施工、设备安装、控制系统开发、调试验收、试运行、整改等多个环节。其中，冷冻站中的冷水机组、板式换热器、冷却塔、冷却泵、冷冻泵、控制系统的电气设备等作为不同的子部件发货到工程现场安装、调试。

上述相关技术中，冷冻站设备建设是以工程项目形式建设，而非产品形式建设，建设环节多、周期长、成本高，同时土地利用率低、建设好的冷冻站难以扩容。

为了解决上述问题，本申请通过将数据中心的冷却系统中的子部件安装在集装箱中形成模块化，从而提供一种适应工厂预制、模块化生产、快速部署、集中交付的数据中心水力模块产品。

下面参考附图和具体的实施例来具体说明本申请提供的数据中心模块化冷却系统的具体结构。

本申请实施例提供的数据中心冷却系统，可以包括水冷系统和/或风冷系统，即数据中心冷却可以仅设置水冷系统，或者仅设置风冷系统，或者同时设置水冷系统和风冷系统。

数据中心设置在机房内，包括成排并列设置的机柜，机柜内可以包括多个处理芯片和其它硬件设备。为了对机房内机柜等设备进行冷却，机房内可设置空调末端接入该末端环管，冷却系统和空调末端通过该末端环管连接，空调末端内的低温冷冻水与机房内的设备或空气进行热量交换，从而起到对数据中心的冷却作用。

在一种可行的实施例中，数据中心的冷却系统仅包括水冷系统。

图1是本申请提供的水冷系统的结构示意图，图2是本申请提供的水冷系统的系统架构示意图，参考图1和图2所示，本申请提供的水冷系统可以包括依次连接的冷却塔11、设置在第一集装箱120内的冷却模块12、设置在第二集装箱130内的冷源模块13、设置在第三集装箱140内的水冷冷冻模块14。

其中，冷却模块12用于和冷却塔11连接，以使冷却水经过冷却塔11实现冷却降温。水冷冷冻模块14用于和数据中心机房内的末端环管连接，以使冷冻水经过末端环管实现对数据中心的冷却降温。冷源模块13则用于实现冷却水和冷冻水的换热。

具体地，每个集装箱上均预留有至少两个对外的水管接口400，冷却模块12的一侧的水管接口400用于和冷却塔11连接，冷却模块12的另一侧的水管接口400和冷源模块13的一侧的水管接口400连接，冷源模块13的另一侧的水管接口400和水冷冷冻模块14的一侧的水管接口400连接，水冷冷冻模块14的另一侧的水管接口400用于和数据中心机房内的末端环管连接。

上述水冷系统，预先将冷却模块12、冷源模块13和水冷冷冻模块14分别集成在集装箱内，形成了水力模块产品，在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将各个模块之间的水管接口400对应连接，因此可减少水冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本。同时，水冷系统的模块化设计，有利于实现快速扩容。

在一种可能的实施方式中，水冷系统的集装箱内设置有水力设备和电气设备，水力设备和电气设备分别设置在集装箱内的湿区31和干区32内，干区32和湿区31之间通过隔离墙33隔离。其中，水力设备包括管道、水泵、水冷机组等装置，电气设备则包括配电柜、控制柜等装置。第一集装箱120、第二集装箱130和第三集装箱140内均设置有水力设备，而电气设备可设置在任意一个集装箱内。干湿分离的设置，有利于提高水冷系统中电气设备的安全性。

参考图1和图2所示，冷却模块12的水力设备包括冷却水泵121，冷源模块13的水力设备包括相互连接的水冷冷水机组131和板式换热器132，水冷冷冻模块14的水力设备包括水冷冷冻水泵141；水冷冷冻水泵141用于驱动水冷冷水机组131内和/或所述板式换热器132内的冷冻水经过末端环管换热后回到水冷冷水机组131和/或板式换热器132内，冷却水泵121用于驱动水冷冷水机组131和/或板式换热器132内的冷却水经过冷却塔11换热后回到水冷冷水机组131和/或板式换热器132内，板式换热器132和水冷冷水机组131用于使冷却水和冷冻水交换热量。

其中，水冷冷水机组131和板式换热器132皆用于实现冷却水和冷冻水的换热，两者可择一运行或共同运行。对应于水冷冷水机组131单独运行、板式换热器132单独运行、水冷冷水机组131和板式换热器132同时运行，水冷系统可设置压缩制冷模式、全自然冷模式、部分自然冷却模式这三种冷却模式。

室外湿球温度较低时(例如冬季)，可运行全自然冷模式，即可满足制冷需求；在室外湿球温度较高时(例如夏季)，可运行压缩制冷模式；在室外湿球温度较温和时(例如过渡季节时)，可运行部分自然冷却模式，尽可能多的使用自然冷源，降低冷机能耗。通过在冷却模块13中同时设置水冷冷水机组131和板式换热器132，可有效降低制冷能耗。

冷却水泵121可连接在冷却水循环管路上，水冷冷冻水泵141可连接在冷冻水循环管路上，冷冻水经末端环管加热后，在水冷冷水机组131及板式换热器132处将热量传递给冷却水，降温后的冷冻水再次进入末端环管对数据中心进行冷却降温，加热后的冷却水经过冷却塔11降温后则再次回到水冷冷水机组131及板式换热器132。冷却水和冷冻水各自循环，达到了通过冷却塔11对末端环管进行降温的目的。

冷却水泵121和水冷冷冻水泵141均可以设置为变频水泵，以在工作过程中，降低能耗，节省电能。

在一种可能的实施方式中，一个冷却塔11、至少一个冷却水泵121、一个水冷冷水机组131、一个板式换热器132和至少一个水冷冷冻水泵141通过管路连接构成一个水冷冷冻单元，水冷系统包括多个并联设置的水冷冷冻单元。即，一个冷源模块13包括多个水冷冷水机组131和多个板式换热器132，水冷冷水机组131和板式换热器132一一对应连接，多个水冷冷水机组131并联设置。

每一个水冷冷冻单元构成一个冷冻水循环，多个水冷冷冻单元在硬件设备上互相独立，但同时受到水冷系统的控制模块的控制，控制模块可控制开启的水冷冷冻单元的数量，从而实现不同的制冷量。并且，水冷冷冻单元的冗余配置，可确保水冷系统中任意一个水力设备故障导致一个水冷冷冻单元故障时，还存在其他正常工作的水冷冷冻单元。

此外，冷却模块12还包括第一加药装置122、旁滤装置123，水冷冷冻模块14还包括第二加药装置142、第一定压补水装置143、第一软水器和第一水箱144。第一加药装置122、旁滤装置123均连接在冷却模块12内的管路上，第二加药装置142、第一定压补水装置143、第一软水器和第一水箱144连接在水冷冷冻模块14内的管路上，以实现除菌、定压补水的功能。可以理解地，冷却模块12和水冷冷冻模块14内的管路上，还可以连接分水器、集水器等装置，以实现对冷冻水和冷却水的分配等功能。

本实施例中，水冷系统还包括预先集成在第一集装箱120、第二集装箱130或第三集装箱140内的控制系统，控制系统包括控制模块、电气设备和连接在水力设备的管路上的电动阀51、手动阀及监测设备。

其中，电气设备包括主控制柜以及与主控制柜连接的阀门控制柜、网络柜、变频控制柜和配电箱，监测设备包括流量计56、温度计57和压力计58。

主控制柜内预集成有控制模块和具有显示屏的上位机，上位机用于实现水冷系统的整体控制，显示屏便于使用人员查看显示信息和进行输入操作，控制模块预先集成在主控制柜中，主控制柜预先集成在集装箱内，在工厂预制造和预安装完毕后，即可进行预测试，从而可省去水冷系统的现场测试环节，降低交付周期。

管路上设置有多个电动阀51和手动阀，电动阀51连接在相邻两个水力设备之间，通过阀门控制柜控制电动阀51的开启或关闭，可使水冷系统构成不同的供冷水路，以统一协调各冷源之间的工作状态，降低水冷系统的工作成本；手动阀则用于检修电动阀51和管路上的各接口。管路上设置多个电动阀51和手动阀，有利于将整个水冷系统模块化设置，一方面有利于水冷系统的模块化快速部署，降低建设成本，另一方面，后期维护过程中，可针对不同的模块进行问题排查和部署，便于后期维护，从而有利于降低运维成本。

管路上相邻的两个水力设备之间还设置有流量计56、温度计57和压力计58，以分别实时监测管道中的流量、温度和压力数据，并将采集到的数据实时传输给控制模块内的主控制器，由主控制器统一控制，实现水冷系统的稳定运行。

在一种可能的实施方式中，水冷系统包括一体化空调箱，一体化空调箱由水冷系统内的冷冻水供冷，用于为冷却模块、冷源模块和水冷冷冻模块散热。利用水冷系统自身产生的冷冻水，通过一体化空调箱为水冷系统各个模块进行散热，以保证各模块正常工作，散热效果佳，有利于节约能耗。

在一种可能的实施方式中，末端环管包括连接在机房600和水冷冷冻模块14之间的管路，该管路上还连接有蓄冷罐59和电动阀51。

本实施例中，主控制柜中的控制模块可接收冷却塔信号、加药信号、电动阀信号、水冷冷水机组的冷冻侧出水信号和冷却侧出水信号、定压补水信号、补水箱信号、板式换热器的冷冻侧回水信号和冷却侧进水信号、蓄冷罐信号、室外的温湿度信号等，以根据这些信号统一控制，实现水冷系统的稳定运行。

在水冷系统的水力模块和控制系统的硬件设备形成模块化标准化产品的基础上，水冷系统的控制方案也可标准化设计。

水冷系统的控制方案包括由控制模块控制的压缩制冷模式、部分自然冷却模式、全自然冷却模式这三种。当室外湿球温度减去冷却塔逼近度的差值大于压缩制冷切换温度时，冷却系统处于压缩制冷模式；当全自然冷模式切换温度小于室外湿球温度减去冷却塔逼近度的差值，且室外湿球温度减去冷却塔逼近度的差值小于压缩制冷切换温度时，冷却系统处于部分自然冷模式；当室外湿球温度减去冷却塔逼近度的差值小于全自然冷模式切换温度时，冷却系统处于全自然冷模式。

具体地，水冷冷水机组131需开启的数量，可由制冷负荷除去水冷冷却机组131的额定制冷量再除去水冷冷水机组131的高效运行负载率后，向上取整得到。

水冷冷冻水泵141的控制方案可以为，当末端环管的最不利端压差大于设定压差时，增加水冷冷冻水泵141的频率；当末端环管的最不利端压差小于设定压差时，降低水冷冷冻水泵141的频率。冷却水泵121的控制方案可以为，当水冷冷水机组131的冷却侧的温差大于设定温差时，增加冷却水泵121的频率；当水冷冷却机组131的冷却侧的温差小于设定温差时，降低冷却水泵121的频率。

冷却塔11的控制方案可以为，当冷却塔11的出水温度减去室外湿球温度的差值大于设定逼近度时，增加冷却塔11的电机的频率；当冷却塔11的出水温度减去室外湿球温度的差值小于设定逼近度时，降低冷却塔11的电机的频率。

在另一种可行的实施例中，数据中心的冷却系统仅包括风冷系统。

图3是本申请提供的风冷系统的结构示意图，图4是本申请提供的风冷系统的系统架构示意图，参考图3和图4所示，本申请提供的风冷系统包括室外风冷冷水机组21和设置在第四集装箱220内的风冷冷冻模块22。风冷冷冻模块22用于和末端环管、室外风冷冷水机组21连接，使冷冻水经过末端环管实现对数据中心的冷却降温，加热后的冷却水则回到室外风冷冷水机组21，热量经室外风冷冷水机组21散发到外界环境中。

具体地，风冷冷冻模块22的集装箱的两端分别设置有水管接口400，风冷冷冻模块22的第一侧的水管接口400用于和室外风冷冷水机组21连接，风冷冷冻模块22的第二侧的水管接口400用于和末端环管的环管等装置连接。

上述风冷系统，预先将风冷冷冻模块22集成在集装箱内，形成了水力模块产品，在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将模块外的水管接口400和室外风冷冷水机组、末端环管对应连接，因此可减少风冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本。同时，风冷系统的模块化设计，有利于实现快速扩容。

在一种可能的实施方式中，第四集装箱220内设置有水力设备和电气设备，水力设备和电气设备分别设置在第四集装箱220内的湿区31和干区32内，干区32和湿区31之间通过隔离墙33隔离。其中，水力设备包括管道、水泵等装置，电气设备包括配电柜、控制柜等装置。干湿分离的设置，有利于提高风冷系统中电气设备的安全性。

参考图3和图4所示，风冷冷冻模块22的水力设备包括风冷冷冻水泵221，风冷冷冻水泵221用于驱动冷冻水在室外风冷冷水机组21和末端环管之间循环。冷冻水在风冷冷冻水泵221的驱动下循环，达到了通过室外风冷冷水机组21对末端环管进行降温的目的。

风冷冷冻水泵221可以设置为变频水泵，以在工作过程中，降低能耗，节省电能。

室外风冷冷水机组21、至少一个风冷冷冻水泵221通过管路连接构成一个风冷冷冻单元，风冷系统包括多个并联设置的风冷冷冻单元。即，风冷冷冻水泵221的数量可以为多个，多个风冷冷冻水泵221并联设置。每一个风冷冷冻单元构成一个冷冻水循环，多个风冷冷冻单元之间互相独立，以在控制模块的控制下开启部分或全部的风冷冷冻水循环，从而实现不同的制冷量。并且，风冷冷冻单元的冗余配置，可确保风冷系统内任意一个水力设备故障导致一个风冷冷冻单元故障时，还存在其他正常工作的风冷冷冻单元。

风冷冷冻模块22还包括第二定压补水装置222、第二软水器、第二水箱223和第三加药装置224，第二定压补水装置222、第二软水器、第二水箱223和第三加药装置224均连接在风冷冷冻模块22内的管路上，以实现除菌、定压补水的功能。可以理解地，风冷冷冻模块22内的管路上，还可以连接分水器、集水器等装置，以实现对冷冻水的分配等功能。

本实施例中，风冷系统还包括预先集成在第四集装箱220内的控制系统，控制系统包括控制模块、电气设备和连接在水力设备的管路上的电动阀51、手动阀及监测设备。

其中，电气设备包括主控制柜以及与主控制柜连接的阀门控制柜52、网络柜53、变频控制柜54和配电箱55，监测设备包括流量计56、温度计57和压力计58。

主控制柜内预集成有控制模块和具有显示屏的上位机，上位机用于实现水冷系统的整体控制，显示屏便于使用人员查看显示信息和进行输入操作，控制模块预先集成在主控制柜中，主控制柜预先集成在集装箱内，在工厂预制造和预安装完毕后，即可进行预测试，从而可省去风冷系统的现场测试环节，降低交付周期。

管路上设置有多个电动阀51和手动阀，电动阀51连接在相邻两个水力设备之间，通过阀门控制柜52控制电动阀51的开启或关闭，可使风冷系统构成不同的供冷水路，以统一协调各冷源之间的工作状态，降低风冷系统的工作成本；手动阀则用于检修电动阀51和管路上的各接口。管路上设置多个电动阀51和手动阀，有利于将整个风冷系统模块化设置，一方面有利于风冷系统的模块化快速部署，降低建设成本，另一方面，后期维护过程中，可针对不同的模块进行问题排查和部署，便于后期维护，从而有利于降低运维成本。

管路上相邻的两个水力设备之间还设置有流量计56、温度计57和压力计58，以分别实时监测管道中的流量、温度和压力数据，并将采集到的数据实时传输给控制模块内的主控制器，由主控制器统一控制，实现风冷系统的稳定运行。

在一种可能的实施方式中，风冷系统均包括一体化空调箱，一体化空调箱由风冷系统内的冷冻水供冷，用于为风冷冷冻模块散热。利用风冷系统自身产生的冷冻水，通过一体化空调箱为风冷冷冻模块进行散热，以保证风冷冷冻模块正常工作，散热效果佳，有利于节约能耗。

在一种可能的实施方式中，末端环管包括连接在机房600和风冷冷冻模块22之间的管路，该管路上还连接有蓄冷罐59和电动阀51。

本实施例中，主控制柜中的控制模块可接收加药信号、电动阀信号、室外风冷冷水机组的冷冻侧出水信号和冷却侧回水信号、定压补水信号、补水箱信号、蓄冷罐信号、室外的温湿度信号等，以根据这些信号统一控制，实现风冷系统的稳定运行。

在风冷系统的水力模块和控制系统的硬件设备形成模块化标准化产品的基础上，风冷系统的控制方案也可标准化设计。

具体地，风冷系统中的控制方案中，控制模块需控制室外风冷冷水机组21和风冷冷冻水泵221。室外风冷冷水机组21需开启的数量，可由制冷负荷除去室外风冷冷水机组21的额定制冷量再除去室外风冷冷水机组21的高效运行负载率后，向上取整得到。风冷冷冻水泵141的控制方案可以为，当末端环管的最不利端压差大于设定压差时，增加风冷冷冻水泵141的频率；当末端环管的最不利端压差小于设定压差时，降低风冷冷冻水泵141的频率。

在再一种可行的实施例中，数据中心的冷却系统包括水冷系统和风冷系统。

其中，水冷系统和风冷系统皆与末端环管连接，共同为数据中心制冷。水冷系统和风冷系统各自的控制模块通信连接，通过计算数据中心需要的总制冷量，控制水冷系统和风冷系统各自提供一部分制冷量。

在一种可能的实施方式中，水冷系统和风冷系统在集装箱模块上可独立设置，即水冷系统设置第一集装箱120、第二集装箱130、第三集装箱140，分别集成冷却模块12、冷源模块13和水冷冷冻模块14，风冷系统设置第四集装箱220内，用于集成风冷冷冻模块22。

在另一种可能的实施方式中，水冷系统和风冷系统可共用冷冻模块的集装箱，冷冻模块的集装箱内设置有相互独立的水冷冷冻水泵和风冷冷冻水泵，冷冻模块的集装箱外设置多个水管接口，与水冷冷冻水泵连接的两侧水管接口，分别和末端环管、冷源模块连接，与风冷冷冻水泵连接的两侧水管接口，分别和末端环管、室外风冷冷水机组连接。这样设置，一个冷冻模块集装箱，可同时集成水冷系统和风冷系统的冷冻模块，从而进一步缩短建设周期，提高土地利用率。

本申请提供的数据中心冷却系统，通过将水冷系统的冷却模块、冷源模块和水冷冷冻模块以及风冷系统的风冷冷冻模块分别集成在集装箱内，形成了水力模块产品，可在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将各个模块之间的水管接口对应连接，因此可减少水冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本，提高土地利用率。同时，模块化设计有利于实现快速扩容，有利于提高复制性。进一步地，控制系统的电气设备集成在模块化集装箱内，控制系统的监测设备预安装在水力设备之间的管路上，实现了控制系统的产品化设计，控制系统在工厂即可完成预测试，从而可省去冷却系统的现场测试环节，降低交付周期。

本申请实施例提供一种数据中心，该数据中心应用如上实施例提供的数据中心冷却系统进行冷却。

其中，数据中心包括设置在机房内的服务器机柜，模块化的冷却系统通过集装箱外的水管接口和末端环管连接。

在另一种可能的实现方式中，数据中心整体也可设置为模块化结构，将数据中心的机柜系统、电力系统、消防系统等设置在集装箱内，以实现数据中心的模块化，适应工厂预制、模块化生产、快速部署和集中交付。

本申请实施例提供的数据中心，具有模块化的数据中心冷却系统，该冷却系统通过将冷却模块、冷源模块、水冷冷冻模块以及风冷冷冻模块分别集成在集装箱内，形成了水力模块产品，可在工厂完成预制造、预安装和预测试，现场安装仅需将各个模块之间的水管接口对应连接，因此可减少水冷系统在现场的安装和调试环节，可有效降低建设周期，节约建设成本，提高土地利用率；同时，模块化设计有利于实现快速扩容，有利于提高复制性；进一步地，控制系统的电气设备集成在模块化集装箱内，控制系统的监测设备预安装在水力设备之间的管路上，实现了控制系统的产品化设计，控制系统在工厂即可完成预测试，可省去冷却系统的现场测试环节，降低交付周期，从而可便于实现数据中心的快速部署和模块化建设，从而使得数据中心和整体的建设周期短、成本低。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种数据中心模块化冷却系统，其特征在于，包括水冷系统和/或风冷系统；

所述水冷系统包括依次连接的冷却塔、设置在第一集装箱内的冷却模块、设置在第二集装箱内的冷源模块和设置在第三集装箱内的水冷冷冻模块，每个集装箱的两侧分别设有至少一个水管接口，所述第一集装箱两侧的所述水管接口分别与所述冷却塔和所述第二集装箱一侧的所述水管接口相连，所述第三集装箱两侧的所述水管接口分别与所述第二集装箱另一侧的所述水管接口和机房内的末端环管相连；

所述风冷系统包括室外风冷冷水机组、设置在第四集装箱内的风冷冷冻模块，所述第四集装箱的两侧分别设有至少一个水管接口，所述第四集装箱两侧的所述水管接口分别与所述室外风冷冷水机组和机房内的末端环管相连。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷系统和风冷系统均包括水力设备和电气设备，所述水力设备和所述电气设备分别设置在集装箱的湿区和干区内，所述干区和所述湿区之间通过隔离墙隔离。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却模块的水力设备包括冷却水泵，所述冷源模块的水力设备包括相互连接的水冷冷水机组和板式换热器，所述水冷冷冻模块的水力设备包括水冷冷冻水泵；

所述水冷冷冻水泵用于驱动所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器内的冷冻水经过所述末端环管换热后回到所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器内，所述冷却水泵用于驱动所述水冷冷水机组内和/或所述板式换热器内的冷却水经过冷却塔换热后进入所述水冷冷水机组和/或所述板式换热器，所述水冷冷水机组和所述板式换热器用于使所述冷却水和所述冷冻水交换热量。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，一个所述冷却塔、至少一个所述冷却水泵、一个所述水冷冷水机组、一个所述板式换热器和至少一个所述水冷冷冻水泵通过管路连接构成一个水冷冷冻水单元，所述水冷系统包括多个并联设置的所述水冷冷冻水单元。

5.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却模块还包括第一加药装置、和旁滤装置，所述水冷冷冻模块还包括第二加药装置、第一定压补水装置、第一软水器和第一水箱。

6.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述风冷冷冻模块的水力设备包括风冷冷冻水泵，所述风冷冷冻水泵用于驱动冷冻水在所述室外风冷冷水机组和所述末端环管之间循环。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，一个所述室外风冷冷水机组和至少一个所述风冷冷冻水泵通过管路连接构成一个风冷冷冻水单元，多个风冷冷冻水单元并联设置。

8.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述风冷冷冻模块还包括第二定压补水装置、第二软水器、第二水箱和第三加药装置。

9.根据权利要求2-8任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述水冷系统和所述风冷系统均包括一体化空调箱，所述水冷系统的一体化空调箱由所述水冷系统内的冷冻水供冷，用于为所述冷却模块、所述冷源模块和所述水冷冷冻模块散热，所述风冷系统的一体化空调箱由所述风冷系统内的冷冻水供冷，用于为所述风冷冷冻模块散热。

10.根据权利要求2-8任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括预集成在所述水冷系统和/或所述风冷系统内的控制系统，所述控制系统包括控制模块、所述电气设备和连接在所述水力设备的管路上的电动阀、监测设备。

11.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述电气设备包括主控制柜，所述主控制柜内预集成有所述控制模块和具有显示屏的上位机。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，所述电气设备还包括分别与所述主控制柜连接的阀门控制柜、网络柜、变频控制柜和配电箱。

13.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述监测设备包括流量计、温度计和压力计。

14.一种数据中心，其特征在于，所述数据中心应用如权利要求1-13任一项所述的数据中心模块化冷却系统进行冷却。

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