CN212481557U - 一种数据中心的制冷和供热系统 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种数据中心的制冷和供热系统，包括供电端、制冷设备、数据机房和供热设备；所述制冷设备与所述供电端电连接，所述制冷设备包括冷水主机机组、供水管路、回水管路和蓄冷罐，所述冷水主机机组通过所述供水管路与所述数据机房连接，且所述数据机房通过所述回水管路与所述冷水主机机组连接；所述蓄冷灌通过所述供水管路分别与所述冷水主机机组和所述数据机房连接；所述供热设备包括热泵机组、供热端和第一连接支管。本公开的数据中心的制冷和供热系统，不仅能够为数据机房提供充足的冷却介质以对数据机房进行制冷，从而保证数据机房的平稳运行，而且能充分利用数据机房运行产生的热量，有助于节约能源。

Description

一种数据中心的制冷和供热系统

技术领域

本公开的实施例涉及通信机房技术领域，具体涉及一种数据中心的制冷和供热系统。

背景技术

近年来，随着5G移动通信、互联网、云计算、大数据、物联网、AR/VR、人工智能等新型技术的快速发展，数据中心作为能源使用规模较大的用户，其在运行过程中会产生的较多的热量。如何对数据中心进行快速制冷，实现数据中心的正常和稳定的运行成为亟需解决的问题。

另外，由于数据中心运行过程中产生热量较多，如何对数据中心产生的热量进行有效地利用是现有技术中数据中心的运行过程中所面临的问题。

实用新型内容

本公开的实施例的一个目的是提供一种改进的数据中心的制冷和供热系统。

根据本公开的实施例的一个方面，提供了一种数据中心的制冷和供热系统，包括：

供电端；

制冷设备和数据机房，所述制冷设备与所述供电端电连接，所述制冷设备包括冷水主机机组、供水管路、回水管路和蓄冷罐，所述冷水主机机组通过所述供水管路与所述数据机房连接，所述冷水主机机组被配置为对冷却介质进行制冷并通过所述供水管路输出；所述数据机房通过所述回水管路与所述冷水主机机组连接，所述冷水主机机组被配置为通过所述回水管路接收冷却介质；所述蓄冷灌通过所述供水管路分别与所述冷水主机机组和所述数据机房连接，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组输出的冷却介质或向所述数据机房输送冷却介质；

供热设备，所述供热设备与所述供电端电连接，所述供热设备包括热泵机组、供热端和第一连接支管，所述热泵机组通过所述第一连接支管与所述回水管路连接，所述热泵机组被配置为对所述第一连接支管内的冷却介质内的所述冷却介质加热并形成暖供水并输送至供热端。

可选地，在第一供电状态下，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组输出的冷却介质；

在第二供电状态下，所述蓄冷灌被配置为向所述数据机房输送冷却介质。

可选地，所述制冷设备还包括冷却塔，所述冷却塔与所述热泵机组连接，所述冷却塔被配置为对所述热泵机组进行冷却。

可选地，所述供电端包括市政电网供电端、可再生能源供电端和储能设备供电端。

可选地，所述市政电网供电端、所述可再生能源供电端和所述储能设备供电端之间为电连接。

可选地，在第一供电状态下，所述储能设备供电端被配置为用于储存所述市政电网供电端和/或所述可再生能源供电端的电能；

在第二供电状态下，所述储能设备供电端被配置向制冷设备和/或供热设备供电。

可选地，所述冷水主机机组包括多个冷水主机。

可选地，所述冷水主机为空调制冷设备。

本公开的实施例的技术方案的有益效果在于，制冷设备能够储存低温的冷却介质，并在数据机房的冷却效果降低的状态下向数据机房提供低温的冷却介质，以提高数据机房的冷却效果，从而保证数据机房的正常且稳定运行。

另外，在冬季，供热设备利用数据机房运行所产生的热量并形成温度较高的冷却介质为小区或市政供暖管网等供暖，有效地利用了数据机房产生的热量，节约了能源。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开一种实施方式提供的一种数据中心的制冷和供热系统的结构示意图；

图中：1、供电端；11、市政电网供电端；12、可再生能源供电端；13、储能设备供电端；21、冷水主机机组；211、冷水主机；22、供水管路；23、回水管路；24、蓄冷罐；25、冷却塔；3、数据机房；41、热泵机组；42、供热端。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，本实施例提供一种数据中心的制冷和供热系统，包括供电端1、制冷设备、数据机房3和供热设备。其中，供电端1、制冷设备和数据机房3构成数据中心的制冷系统；供电端1、数据机房3和供热设备构成数据中心的供热系统。

在一个具体的实施方式中，例如夏季，室外温度较高，数据机房3不易散热，需要消耗较多的能源对数据机房3的温度进行降低时，制冷系统对数据机房3制冷，以快速有效地对数据机房3进行制冷，从而保证数据机房3正常稳定的工作。例如冬季、秋季和春季，由于室外温度不高，可以通过自然冷却的方式对数据机房3进行制冷。但是，由于数据中心在运行的过程中产生的热量较多，自然冷却的方式不足以使得数据中心处在正常的温度范围内，仍需要制冷设备对数据中心进行辅助制冷。此时，数据中心的制冷过程释放较多的热量，供热系统主要利用数据中心的废热以形成供小区或者市政管网使用的热源，从而提高了能源的利用率。

具体地，所述制冷设备与所述供电端1电连接，供电端1为制冷设备供电，以保证制冷设备的正常运行。所述制冷设备包括冷水主机机组21、供水管路22、回水管路23和蓄冷罐24，所述冷水主机机组21通过所述供水管路22与所述数据机房3连接，所述冷水主机机组21被配置为对冷却介质进行制冷并通过所述供水管路22输出。例如，经过冷水主机机组21制冷的冷却介质为冷冻水，所述冷冻水被配置为向所述数据中心供冷并形成回流水，即水在冷水主机机组21中形成冷冻水，然后通过供水管路22输送至数据机房3，冷冻水对数据机房3进行制冷，而冷冻水的自身温度升高形成回流水。所述数据机房3通过所述回水管路23与所述冷水主机机组21连接，所述冷水主机机组21被配置为通过所述回水管路23接收冷却介质，回水管路23中的冷却介质为回流水，回流水的温度比冷冻水的温度高，回流水携带了数据中心产生的废热，回流水经过回水管路23输送至冷水主机机组21进行再一次降温，以形成冷冻水，冷冻水能够对数据机房3进行制冷，从而实现冷水机组与数据中心之间的水循环，而数据中心在水循环的过程中实现制冷或降温。

所述蓄冷灌通过所述供水管路22分别与所述冷水主机机组21和所述数据机房3连接，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组21输出的温度较低的冷却介质即冷冻水，或向所述数据机房3输送温度较低的冷却介质即冷冻水。在第一供电状态下，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组21输出的冷却介质；在第二供电状态下，所述蓄冷灌被配置为向所述数据机房3输送冷却介质。即蓄冷灌用于在第一供电状态下储存冷冻水以在第二供电状态下对数据机房3输出冷冻水，以实现在第二供电状态下数据机房3的制冷需求。

例如，第一供电状态可以为用电低谷期，也即23:00至次日7:00。由于这个时间段用电较少，电费较低，且供电端1能够保证数据机房3和制冷设备的供电充足，此时，蓄冷罐24可以利用用电低谷期的电力将冷水主机机组21制备的冷量以冷冻水的形式储存起来，以便在用电高峰期向数据机房3供冷，以保证数据机房3在用电高峰期的制冷效率。

第一供电状态可以为用电高峰期，也即7:00至23:00。由于这个时间段为用电的高峰负荷，不仅费用较高，而且用电状态不稳，数据中心极易出现因为供电不足导致数据中心的制冷效果不好，此时，通过蓄冷灌向数据中心输送冷冻水，有助于缓解冷水主机机组21对数据机房3在用电高峰期的供冷压力，以进一步提高数据中心的制冷效果，保证数据中心的正常运行。

需要说明的是，第一供电状态和第二供电状态，也可以根据数据中心的实际运行状态进行设定，以实现蓄冷灌在第一供电状态储存冷冻水，以在第二供电状态向数据中心输送冷冻水，从而保证数据中心的制冷效果，使得数据中心能够稳定运行。本公开对第一供电状态和第二供电状态的具体时间点不做限定。

例如，数据中心、制冷设备、供热设备等所有用电设备能够保证数据中心正常工作的用电量设定为预设电量，供电端1提供的电量大于预设电量为第一供电状态，此时冷水主机机组21提供的冷量足以满足数据中心的制冷需求，蓄冷灌储存冷水主机机组21输出的部分冷冻水；当供电端1提供的电量小于预设电量为第二供电状态，此时冷水主机机组21提供的冷量不足以满足数据中心的制冷需求，蓄冷灌向数据中心输出冷冻水，以进一步提高数据中心的制冷效果，保证数据中心的正常运行。

通过蓄冷灌在第一供电状态储存冷冻水，以在第二供电状态向数据中心输送冷冻水，可以有效减小冷水主机机组21的安装数量，降低运行费用，实现电力负荷的削峰填谷，保证数据中心的正常运行。

当蓄冷罐内存储的冷冻水后未及时排出时，内部的冷冻水会升温，不宜再输送至数据中心。因此，本申请实施例中，蓄冷罐还连接回水管路23，用于将蓄冷罐内升温后的水通过回水管路23输送至冷水主机机组21进行降温处理。

进一步具体地，所述供热设备与所述供电端1电连接，供电端1为供热设备供电；所述供热设备包括热泵机组41、供热端42和第一连接支管，所述热泵机组41通过所述第一连接支管与所述回水管路23连接，所述热泵机组41被配置为对所述第一连接支管内的冷却介质加热并形成暖供水输送至供热端42，由供热端42将暖供水输出。所述供热端42与所述热泵机组41连接，热泵机组41能够对由回流管路分流至第一连接支管中的冷却介质进行加热，经过加热的冷却介质由所述供热端42输出。由于回流管路中的冷却介质吸收了数据机房3产生的热量，其自身温度比较高，通过对回流管路中的冷却介质进行加热后输出至供热端42，有利于利用数据机房3产生的热量对小区等进行供暖，提高了资源的利用率，有利于节约能源。

在回流管路中的冷却介质即回流水自身的温度较高时，可以不用热泵机组41对回流水进行加热，直接将回流水通过供暖端输出，以实现数据中心运行过程中产生的热量被作为对小区等供暖的热源，从而实现能量的循环利用，有利于提高能源的利用率，也有助于节约能源。

例如，在春季、秋季或冬季，数据机房3以自然冷却为主，数据机房3的制冷系统的制冷耗电量减少，利用供电端1对热泵机组41供电，使得热泵机组41对部分温度较高的回流水进行加热，形成暖供水，可以对整个小区进行供暖，也可以直接接入市政供暖管道，利用数据中心产生的废热形成热源实现再利用，有利于提高能源的利用率。

可选地，所述供热端42与小区供暖管路连接。供热端42直接与小区供暖管路连接，由供热端42向小区供暖管路供给暖供水，以实现小区的供暖。在冬季等温度较低的时间，通过利用数据中心产生的热量，对小区进行供暖，提高了能源的利用率，有利于节约能源。

可选地，所述供热端42与市政供暖管路连接。供热端42也可以与市政供暖管路连接，暖供水直接由供暖端进入市政供暖管路，有助于提高供暖的范围，与有助于节约供暖管道的铺设，保证供暖的效果，能源的利用率较高。

可选地，所述热泵机组41包括多台热泵机。多台热泵机能够显著提高热泵机组41的加热效果，以对由第一连接支管进入热泵机组41的冷却介质进行快速高效地加热。实现了供热端42供暖的稳定性。

在本实施例中，由于数据机房3在运行的过程产生大量的热，通过向数据机房3输送冷冻水对数据机房3进行降温，冷冻水经过数据机房3温度升高形成回流水，通过供水管路22和回水管路23实现数据机房3的能量循环。温度较高的回流水经过热泵机组41形成暖供水经供热端42输出。通过利用回流水携带的能量实现小区等的供暖，有效地利用了数据机房3产生的热量，节约了能源。

即，本申请在夏季等温度较高的季节通过制冷设备对数据机房3进行快速有效地降温，使得数据机房3能够稳定运行；通过在冬季等温度较低的季节，由于数据机房3的自然冷却效果较好，数据机房3的制冷设备的耗电量较少，此时，通过对数据机房3制冷后形成的温度较高的冷却介质即回流水进行加热后形成暖供水，以输出至供热端42供小区等供热，不仅能够保证数据机房3的正常运行，而且，能够实现废热的重复利用，有利于节约能源，提高能源的利用率。

可选地，所述制冷设备还包括冷却塔25，所述冷却塔25与所述热泵机组41连接，所述冷却塔25被配置为对所述热泵机组41进行冷却，降低热泵机组41的温度，使得热泵机组41能正常的工作。

需要说明的是，冷却塔25的使用状态为：在室外温度较高，例如夏季，热泵机组41的负荷大，在制冷的同时会产生了大量热量，使得热泵机组41处温度太高，影响工人操作，且不利于提高制冷效果。本申请采用冷却塔25对热泵机组41的发热端(如冷凝器)，进行冷却散热，使得热泵机组保持良好的工作状态，提高对高数据机房3的制冷效果，保证数据机房3的正常稳定运行。

可选地，所述供电端1包括市政电网供电端11、可再生能源供电端12和储能设备供电端13。通过市政电网供电端11、可再生能源供电端12和储能设备供电端13能够满足数据机房3、制冷设备、供热设备的用电需求，使得数据机房3能够在供电充足的状态下稳定的工作。

其中，可再生能源供电端12可以为太阳能发电电力、风力发电电力等绿色的可再生能源，利用可再生能源作为供电端1能够有效地减少火力发电对环境的污染，有助保护环境，实现资源利用的良性循环。

可选地，所述市政电网供电端11、所述可再生能源供电端12和所述储能设备供电端13之间为电连接。市政电网供电端11、可再生能源供电端12和储能设备供电端13之间通过电路连接，在对供电端1的选择的过程中，优选可再生能源供电端12，以实现数据机房3正常运行的同时，能够更好地保护环境。

可选地，在第一供电状态下，所述储能设备供电端13被配置为用于储存所述市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12的电能。

在第二供电状态下，所述储能设备供电端13被配置向制冷设备和/或供热设备供电。储能设备供电端13作为应急供电端1，以解决数据机房3运行过程中电量供应不足的问题。而在电量供应充足时，储能设备供电端13可以储存部分的电能以供电量供应不足的时候使用。

例如，在用电低谷期，供电端1的供电量充足，此时，电费的价格也较低，储能设备供电端13可以储存市政电网供电端11和/或可再生能源供电端12的电能，以便于在用电高峰期对数据机房3等进行供电，便于缓解用电高峰期时市政电网供电端11和/或可再生能源供电端12的供电压力，也便于保证数据机房3的平稳运行。

在本实施例中，数据机房3在运行的过程中，采用市政电网供电端11和可再生能源供电端12联合供电，优先采用可再生能源供电端12实现数据机房3的蓄冷、蓄电，保证了数据机房3的制冷、供电系统的稳定性，同时也可以有效实现数据机房3的供需调整和错峰用电的用途，有利于保证数据机房3在用电高峰期的平稳运行，也有助于节约成本。

可选地，所述冷水主机机组21包括多个冷水主机211。多个冷水主机211能够实现对冷却介质进行快速制冷降温，以便于降温后的冷却介质即冷冻水能够对数据机房3进行有效地制冷，从而保证数据机房3的平稳运行。

多个冷水主机211并排设置，有助于优化冷水主机机组21的布局，不仅便于各种线路、管道的安装和布设，也有助于对冷水主机机组21的检修工作。

可选地，所述冷水主机211为空调制冷设备。空调制冷设备的制冷效率较高，能够对冷却介质实现快速制冷降温形成冷冻水，保证了冷却介质具有较低的温度，以便冷冻水在水循环的过程中对数据机房3进行快速有效地降温。

通过冷却介质在供水管道和回水管道中循环，以实现数据机房3在运行过程的制冷降温，制冷效率较高，而且有助于稳定地对数据机房3进行降温，保持数据机房3具有合适的运行温度，从而有助于保证数据机房3的稳定运行。

本公开提供一种数据中心的制冷和供热，采用上述的数据中心的制冷和供热系统，包括：

在第一供电状态下，所述蓄冷罐24输入由所述冷水主机机组21输出的冷却介质并储存。

由于在第一供电状态下，供电端1的电量供应比较充足，电费也较低，此时，蓄冷灌可以储存温度较低的冷却介质即冷冻水，以便在供电端1的电量供应不足的情况下，缓解冷水主机机组21的供冷压力，对数据机房3进行快速有效地降温。

在第二供电状态下，所述蓄冷罐24向所述数据机房3输出冷却介质。

由于在第二供电状态下，供电端1的供电量不足，此时，冷水主机机组21的供冷压力较大，数据机房3可能出现制冷效果不好而引起运行故障。此时，利用蓄冷灌储存温度较低的冷却介质即冷冻水，实现数据机房3的制冷降温，不仅效果较好，而且操作非常方便。也便于节省用电的费用。

可选地，在第一供电状态下，所述储能设备供电端13储存由所述市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12的输出的电能。

在第一供电状态下，供电端1的电量供应比较充足，也比较稳定，电费也较低，此时，储能设备储存市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12的输出的电能，有助于节约成本，也有助于在用电高峰期缓解供电端1的压力，实现供电端1能够稳定地对数据机房3等稳定的供电，实现数据机房3的平稳运行。

在第二供电状态下，所述储能设备供电端13向所述制冷设备和/或所述供热设备供电。

例如，在第二供电状态下，所述储能设备供电端13被配置向所述冷水主机机组21供电。第二供电状态为用电高峰期，此时，不仅市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12向所述冷水主机机组21供电，储能设备供电端13也同时向所述冷水主机机组21供电，以保证冷水主机机组21在供电充足的状态下正常工作，以保证数据机房3的制冷效果。

在第二供电状态下，所述市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12向所述冷水主机机组21供电。第二供电状态的电量充足，市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12所供给的电能足够满足数据机房3的工作需要，此时只需要市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12对冷水主机机组21供电。同时，储能设备供电端13能够储存市政电网供电端11和/或所述可再生能源供电端12的电能，以备在用电紧张的状态下缓解供电端1的供电压力，保证电能供应的稳定性，实现数据机房3的稳定运行。

在第一供电状态下，由于为用电高峰期，供电端1的电量供应比较紧张，可能会导致数据机房3的制冷效果不好的情况，此时，通过储能设备供电端13储存的电量对数据机房3等进行供电，有助于在用电高峰期缓解供电端1的压力，实现供电端1能够稳定地对数据机房3等稳定的供电，实现数据机房3的平稳运行。

另外，储能设备供电端13可以把输出多余的不稳定的风力发电电力或太阳能发电电力充入到蓄电系统中，而在电力消费量激增时，也可从蓄电系统中瞬间输出电力，使其频率稳定，即在供电紧张的状态下能够使储能设备供电端13平稳地向数据机房3等输出。不仅使得电力输出更加稳定，还可以大幅降低二氧化碳的排放，能够较好地保护环境。

在本实施例中，制冷设备的蓄冷灌能够储存低温的冷却介质，并在数据机房3的冷却效果降低的状态下向数据机房3提供低温的冷却介质，以提高数据机房3的冷却效果，从而保证数据机房3的正常且稳定运行。

另外，在冬季，供热设备利用数据机房3运行所产生的热量并形成温度较高的冷却介质为小区或市政供暖管网等供暖，有效地利用了数据机房3产生的热量，节约了能源。

虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，包括：

供电端；

制冷设备和数据机房，所述制冷设备与所述供电端电连接，所述制冷设备包括冷水主机机组、供水管路、回水管路和蓄冷罐，所述冷水主机机组通过所述供水管路与所述数据机房连接，所述冷水主机机组被配置为对冷却介质进行制冷并通过所述供水管路输出；所述数据机房通过所述回水管路与所述冷水主机机组连接，所述冷水主机机组被配置为通过所述回水管路接收冷却介质；所述蓄冷灌通过所述供水管路分别与所述冷水主机机组和所述数据机房连接，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组输出的冷却介质或向所述数据机房输送冷却介质；

供热设备，所述供热设备与所述供电端电连接，所述供热设备包括热泵机组、供热端和第一连接支管，所述热泵机组通过所述第一连接支管与所述回水管路连接，所述热泵机组被配置为对所述第一连接支管内的冷却介质加热并形成暖供水输送至供热端。

2.根据权利要求1所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，

在第一供电状态下，所述蓄冷灌被配置为储存由所述冷水主机机组输出的冷却介质；

在第二供电状态下，所述蓄冷灌被配置为向所述数据机房输送冷却介质。

3.根据权利要求1所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，所述制冷设备还包括冷却塔，所述冷却塔连接所述热泵机组；

所述冷却塔被配置为对所述热泵机组进行冷却。

4.根据权利要求1所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，所述供电端包括市政电网供电端、可再生能源供电端和储能设备供电端。

5.根据权利要求4所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，所述市政电网供电端、所述可再生能源供电端和所述储能设备供电端之间为电连接。

6.根据权利要求5所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，

在第一供电状态下，所述储能设备供电端被配置为用于储存所述市政电网供电端和/或所述可再生能源供电端的电能；

在第二供电状态下，所述储能设备供电端被配置向制冷设备和/或供热设备供电。

7.根据权利要求1所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，所述冷水主机机组包括多个冷水主机。

8.根据权利要求7所述的数据中心的制冷和供热系统，其特征在于，所述冷水主机为空调制冷设备。

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