CN213395667U - 一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心，由间接蒸发精密空调单元和集装箱IT承载单元连接组成。所述间接蒸发精密空调单元采用露点型蒸发冷却设计，外部空气先经过预冷然后再充分加湿，加湿后的空气温度可低于湿球温度，可使夏季内循环回风温度比常规间接蒸发冷却方式更低；另外还采用了蒸发式冷凝器设计，降低机械制冷系统运行冷凝温度和压力，最大限度利用蒸发冷却方式提高系统制冷效率。整体设计紧凑高效，可充分利用自然冷源，降低数据中心能耗。

Description

一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心

技术领域

本实用新型涉及数据中心制冷等应用场合，具体涉及到一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心。

背景技术

随着我国经济信息化建设的全面的发展，集装箱数据中心机房因经济性、方便快速部署等特点，在实际应用中越来越多，针对集装箱数据中心的散热节能降耗也越来越重要。目前常规集装箱数据中心空调系统多采用风冷空调，没有充分利用自然冷源。本实用新型采用间接蒸发冷却的方式，仅仅在夏季温度比较高的时候才需要启动压缩机制冷，其他季节可通过间接蒸发冷却的方式利用室外空气进行冷却。

实用新型内容

本实用新型中的集装箱数据中心采用间接蒸发冷却的方式，利用机架前后通道作为冷热通道，间接蒸发精密空调的进风口连接热通道，出风口连接冷通道；整体设计紧凑高效，可充分利用自然冷源，降低数据中心能耗。

本实用新型间接蒸发冷却部分采用露点型蒸发冷却设计，外部空气先经过预冷然后再充分加湿，加湿后的空气温度可低于湿球温度，可使夏季内循环回风温度比常规间接蒸发冷却方式更低。本实用新型还采用了蒸发式冷凝器设计，降低机械制冷系统运行冷凝温度和压力，最大限度利用蒸发冷却方式提高系统制冷效率。为了适应寒冷地区的低温，本实用新型设计了混风装置，用来控制外循环进风温度，防止内循环通道出现结露和结冰。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心，由间接蒸发精密空调单元和集装箱IT承接单元组成，所述间接蒸发精密空调单元包括外壳、湿膜蒸发降温模块、外循环进风口、内循环进风口、间壁式空气-空气显热交换器、外循环出风口、内循环出风口、内循环风机、外循环风机以及控制器，所述内循环进风口、所述间壁式空气- 空气显热交换器、所述内循环风机、所述内循环出风口顺序连接在一起形成内循环通道，所述外循环进风口、所述湿膜蒸发降温模块、所述间壁式空气-空气显热交换器、所述外循环风机、所述外循环出风口顺序连接在一起形成外循环通道；

所述集装箱IT承接单元包括集装箱、机架、PDU模块、UPS模块、电源分配模块、网络分配模块、弱电控制模块以及自动灭火消防装置，所述机架和所述UPS模块、所述电源分配模块连接排列在所述集装箱的中间部位，将所述集装箱分隔成两部分，形成冷通道和热通道；

所述内循环进风口连通所述热通道，所述内循环出风口连通所述冷通道；

所述内循环风机、所述外循环风机与所述控制器电性连接。

3.优选地，所述湿膜

蒸发降温模块包括空气过滤模组、空气预冷模组、加湿湿膜、循环水泵、布水器、集水盘、蓄水箱以及排污水阀，所述空气过滤模组位于所述外循环进风口处，所述空气预冷模组和所述加湿湿膜顺序位于所述空气过滤模组与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述布水器位于所述加湿湿膜正上方，所述集水盘位于所述加湿湿膜的正下方，所述蓄水箱位于所述集水盘的正下方，所述集水盘通过管道与所述蓄水箱连接，所述循环水泵入水口通过管道连接所述蓄水箱，所述循环水泵出水口通过管道连接所述空气预冷模组的入口，所述空气预冷模组出口连接所述布水器，所述循环水泵、所述排污水阀与所述控制器电性连接。

优选地，所述空气预冷模组为金属湿膜。

优选地，所述空气预冷模组为翅片管换热器，所述翅片管换热器入水口通过管道连接所述循环水泵出水口，所述翅片管换热器出水口通过管道连接所述布水器。

优选地，所述间接蒸发精密空调单元还包括机械制冷装置，所述机械制冷装置包括冷凝器风机、压缩机、蒸发器以及蒸发式冷凝器，所述蒸发器位于所述内循环出风口与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述蒸发式冷凝器包括冷凝器、喷雾模组以及温度传感器，所述温度传感器安装在所述冷凝器上，所述喷雾模组位于所述冷凝器的前方，所述温度传感器、所述压缩机、所述喷雾模组与所述控制器电性连接。

优选地，所述间接蒸发精密空调单元还包括喷雾加湿模组，所述喷雾加湿模块位于所述加湿湿膜与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述喷雾加湿模组与所述控制器电性连接。

优选地，所述间接蒸发精密空调单元还包括混风装置，所述混风装置位于所述外循环进风口和所述外循环风机之间，所述混风装置包括导风道、风阀以及温度传感器，所述风阀位于所述导风道中，所述温湿度传感器安装在所述导风道的接近所述外循环进风口的一侧，所述风阀、所述温湿度传感器与所述控制器电性连接。

优选地，所述外循环风机为离心风机，所述内循环风机为离心风机。

优选地，所述冷凝器风机为轴流风机。

优选地，所述集装箱数据中心由两个间接蒸发精密空调单元和两个集装箱IT承接单元组成，所述两个间接蒸发精密空调单元镜像对称并排组合一起，形成间接蒸发精密空调单元组合，所述两个集装箱 IT承接单元分别位于所述间接蒸发精密空调单元组合的两侧，分别连通所述间接蒸发精密空调单元组合。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过设置空气预冷模组、加湿湿膜、喷雾加湿模组，使得外部空气先经过预冷然后再充分加湿，加湿后的空气温度可低于湿球温度，达到在夏季内循环回风温度比常规间接蒸发冷却方式更低的降温效果；通过设置喷雾模组，对冷凝器进行喷雾降温，降低了机械制冷系统运行冷凝温度和压力，最大限度利用蒸发冷却方式，提高了系统制冷效率；通过设置混风装置，使得在冬季低温时候，外循环通道中的经过冷凝器的热风能对外循环进风温度进行中和升温，防止内循环通道出现结露和结冰现象。

附图说明

图1为本实用新型中的采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心的结构示意图一；

图2为本实用新型中的采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心的结构示意图二；

图3为本实用新型中的空气预冷模组中的水循环系统结构示意图；

10、集装箱IT承接单元；11、机架；12、UPS模块；13、电源分配模块；14、热通道；15、冷通道；20、间接蒸发精密空调单元； 21、内循环进风口；22、间壁式空气-空气显热交换器；23、内循环风机；24、内循环出风口；25、外循环进风口；26、外循环风机；27、外循环出风口；28、喷雾加湿模组；301、空气过滤模组；302、空气预冷模组；303、加湿湿膜；304、布水器；305、集水盘；306、蓄水箱；307、循环水泵；31、压缩机；32、蒸发器；331、冷凝器；332、温度传感器；333、喷雾模组；34、冷凝器风机；35、风阀；36、温湿度传感器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，图1为本实用新型中的一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心结构示意图一，一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心，由间接蒸发精密空调单元20和集装箱IT承接单元 10组成，间接蒸发精密空调单元20通过气体通道与集装箱IT承接单元连通，间接蒸发精密空调单元20对集装箱IT承接单元10进行散热降温，为了方便就地搭建数据中心，集装箱IT承接单元都为模块化，数据中心由N个模块化集装箱IT承接单元组合拼装构成，当然作为集装箱IT承接单元的散热降温配套设备间接蒸发精密空调单元，也为模块化，其外形框架尺寸都与集装箱IT承接单元一致，方便运输，拼装搭建，节省空间和时间，下面具体对间接蒸发精密空调单元20和集装箱IT承接单元10结构构造进行具体介绍。

间接蒸发精密空调单元20包括外壳以及置于外壳内部或固定在外壳壳体上的湿膜蒸发降温模块、外循环进风口25、内循环进风口 21、间壁式空气-空气显热交换器22、外循环出风口27、内循环出风口24、内循环风机23、外循环风机26和控制器。为了使得间接蒸发精密空调单元20结构空间更加紧密，优选地，外循环风机26和内循环风机23为离心风机。在本实施例中，内循环进风口21、间壁式空气-空气显热交换器22、内循环风机23、内循环出风口24顺序连接在一起形成内循环通道，图1中的A-A箭头标识的方向即集装箱IT 承接单元10内热空气在内循环通道循环流动的方向；外循环进风口25、湿膜蒸发降温模块、间壁式空气-空气显热交换器22、外循环风机26、外循环出风口27顺序连接在一起形成外循环通道，图1中的 B-B箭头标识的方向即间接蒸发精密空调单元20内自然冷风在外循环通道循环流动的方向，在本实施例中的湿膜蒸发降温模块，其起到对从外部进来的自然冷风进行降温加湿作用，为了使得外部自然冷风通过湿膜蒸发降温模块降温更大，在本实施例中，优选采取的是空气预冷、湿膜加湿组合方式对自然冷风进行降温加湿，具体地，湿膜蒸发降温模块包括空气过滤模组301、空气预冷模组302、加湿湿膜303、循环水泵307、布水器304、集水盘305、蓄水箱306以及排污水阀 (图中未示出)，空气过滤模组301位于外循环进风口27处，外部自然冷风经过空气过滤模组301过滤进入到外循环通道内，空气过滤模组301可防止外部自然冷风夹杂一些小的物体残留在间壁式空气- 空气显热交换器22内，造成堵塞，空气预冷模组302和加湿湿膜303 顺序位于空气过滤模组301与间壁式空气-空气显热交换器22之间，如图3所示，布水器304位于加湿湿膜303正上方，集水盘305位于加湿湿膜303的下方，蓄水箱位于集水盘的下方，循环水泵307入水口通过管道连接蓄水箱306，循环水泵307出水口通过管道连接空气预冷模组302，空气预冷模组302出水口通过管道连接布水器304，循环水泵、排污水阀与控制器电性连接，这样，循环水泵启动，循环水泵抽取蓄水箱中的水到空气预冷模组，从空气预冷模组出来后输出到布水器，布水器对加湿湿膜303进行均匀喷淋，使加湿湿膜303各层表面布满水成水帘，加湿湿膜中的循环水流落到集水盘中，集水盘通过管道连接蓄水箱，自然冷风经过空气预冷模组302预冷后再经过加湿湿膜303进行加湿，自然冷风变为高湿冷空气，为了提高自然冷风与空气预冷模组的换热预冷效率，在本实施例中，空气预冷模组 302优选地为金属湿膜，更为优选地为翅片管换热器，其中，翅片管换热器入水口通过管道连接循环水泵出水口，翅片管换热器出水口通过管道连接布水器，这样，循环水泵启动，循环水泵抽取集水池中的水送到翅片管换热器中，经翅片管换热器出来，送到布水器，布水器对加湿湿膜303进行均匀喷淋，使加湿湿膜各层表面布满水成水帘，自然冷风经过翅片管换热器预冷后再经过加湿湿膜303进行加湿，自然冷风变为高湿冷空气。当蓄水箱中的水源循环使用一段时间后，就需要对其进行排污，排污水阀开启，将蓄水箱中的污水排掉。

这样，集装箱IT承接单元10内热空气与间接蒸发精密空调单元 20内预冷加湿后的自然冷风在间壁式空气-空气显热交换器22内进行热量交换，交换完毕后，热空气降温，自然冷风升温，热空气降温后返回到集装箱IT承接单元10内，自然冷风升温后经过外循环出风口27排出到间接蒸发精密空调单元20外部。通过外部自然冷风与集装箱IT承接单元10内换热后，达到对集装箱IT承接单元10散热降温的目的。

通常，集装箱IT承接单元10包括集装箱、机架11、PDU模块、 UPS模块12、电源分配模块13、网络分配模块、弱电控制模块以及自动灭火消防装置，在本实施例中，机架和UPS模块12、电源分配模块13连接排列在集装箱的中间部位，将集装箱分隔成两部分，形成冷通道15和热通道14。

间接蒸发精密空调单元20与集装箱IT承接单元10作为独立单元，要实现热冷空气能量交换，需要物理连接，在本实施例中，具体的连接方式为：间接蒸发精密空调单元20的内循环进风口21通过管道连通热通道14，间接蒸发精密空调单元20的内循环出风口24通过管道连通冷通道15，这样，集装箱IT承接单元10中的热通道14 中的热空气经内循环进风口21进入间接蒸发精密空调单元20的内循环通道与自然冷风进行热量交换，交换完毕，经内循环出风口24回流至集装箱IT承接单元10中的冷通道15，如此循环。

当然，内循环风机23、外循环风机26开启关闭均为智能控制，在本实施例中，内循环风机23、外循环风机26与控制器电性连接，由控制器对内循环风机23、外循环风机26进行智能控制开启关闭。

众所周知，自然冷风随着季节的转换，自然冷风的温度也随之变化。当自然冷风温度升高，自然冷风与集装箱IT承接单元10中的热空气的温差就变小，当温差小到不能使集装箱IT承接单元10中热量降低到一定值时，集装箱IT承接单元10中服务器就会出现各种各样的问题，比如服务器运行速度变慢，更为严重的，可引起元器件着火，这时，就需要配套外在制冷系统进行制冷降温，为了解决这一问题，在本实施例中，间接蒸发精密空调单元20还包括机械制冷装置，具体地，机械制冷装置包括冷凝器风机34、压缩机31、蒸发器32以及蒸发式冷凝器，在本实施例中，冷凝器风机34优选地为轴流风机，蒸发器32位于内循环出风口24与间壁式空气-空气显热交换器22之间，从间壁式空气-空气显热交换器22换热降温后的热空气再次经过蒸发器32进行二次降温，二次降温后的热空气变成冷空气从内循环出风口24排出进入集装箱IT承接单元10中的冷通道15，为了降低整个制冷系统的能耗，需减轻冷凝器的散热压力，加快冷凝器的散热降温速度，在本实施例中，采取对冷凝器进行喷雾蒸发降温方式，具体地，蒸发式冷凝器包括冷凝器331、喷雾模组333以及温度传感器 332，冷凝器331与压缩机31、蒸发器32、通过毛细管、膨胀阀连接形成制冷系统，温度传感器332安装在冷凝器331上，温度传感器 332对冷凝器331所处的环境温度湿度进行检测，喷雾模组333位于冷凝器331的前方，喷雾模组333通过喷水雾到冷凝器331翅片管道上，通过水雾蒸发吸热对冷凝器331管道中的冷媒进行降温，温度传感器332、压缩机31、喷雾模组333、冷凝器风机34均与控制器电性连接，温度传感器332检测到温度数值传输控制器，控制器根据检测的温度结果对喷雾模组333喷雾量和冷凝器风机34的抽风量进行匹配控制，使得冷凝器温度降到需求值。

为了使自然冷风进入间接蒸发精密空调单元后温度更低，湿度更大，在本实施例中，优选地，采用的是对自然冷风进行喷雾加湿方式，具体地，间接蒸发精密空调单元还包括喷雾加湿模组28，喷雾加湿模组28位于加湿湿膜303与间壁式空气-空气显热交换器22之间，喷雾加湿模组28在外部自然冷风进入内循环通道后对其进行喷雾加湿，使得自然冷风温度降低，湿度增大，当自然冷风温度降到接近湿球温度形成水珠，水珠在间壁式空气-空气显热交换器22内蒸发对热通道14的热空气降温，喷雾加湿模组28与控制器电性连接，控制器根据外循环进风口27的自然冷风温湿度对喷雾加湿模组28的喷雾量进行智能控制。

由于在冬季季节，外部自然冷风温度过低，出现在间壁式空气- 空气显热交换器处结霜结冰的现象，造成间壁式空气-空气显热交换器换热功能变差，为了防止此现象出现，在本实施例中，采用热风对外部自热冷风混风升温，具体地，间接蒸发精密空调单元还包括混风装置，混风装置位于外循环进风口25和外循环风机26之间，混风装置控制外循环通道换热后的热空气与外循环通道换热前的自然冷风之间的通风与隔离，具体地，混风装置包括导风道、风阀35以及温湿度传感器36，导风道连通外循环出风口27与外循环进风口25，风阀35位于导风道中，风阀35开启，外循环通道换热后的热空气与外循环通道换热前的自然冷风之间通风串风，自然冷风温度升高，风阀 35关闭，外循环通道换热后的热空气与外循环通道换热前的自然冷风隔离，温湿度传感器36安装在导风道的接近外循环进风口的一侧，风阀35、温湿度传感器36与控制器电性连接温湿度传感器对将进入外循环通道中的间壁式空气-空气显热交换器22的自然冷风进入温度湿度检测，并将检测的结果传输至控制器，控制器根据外循环进风口 25的自然冷风温湿度对喷雾加湿模组28的喷雾量、风阀35开启进行智能控制。

以上为单个间接蒸发精密空调单元对单个集装箱IT承接单元降温散热的介绍，然而，在实际中，通常集装箱IT承接单元的数量不是单独一个存在，大多时候是两个或两个以上，这时候就需要对应数量的间接蒸发精密空调单元对应低经降温散热，在本实施例中，对两个集装箱IT承接单元降温散热，优选采取将两个间接蒸发精密空调单元镜像对称组合在一起，对两个集装箱IT承接单元进行降温散热，如图2所示，图2为图1为本实用新型中的一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心结构示意图二，具体地，集装箱数据中心由两个间接蒸发精密空调单元20和两个集装箱IT承接单元10组成，两个间接蒸发精密空调单元20镜像对称并排组合一起，形成间接蒸发精密空调单元组合，两个集装箱IT承接单元10分别位于间接蒸发精密空调单元组合的两侧与间接蒸发精密空调单元组合连通。当然面对更多数量的集装箱IT承接单元，可以以对应数量的间接蒸发精密空调单元进行组合成一体。

对于间接蒸发精密空调的运行控制如下：当冷量需求在第一设定值以下，关闭压缩机、冷凝器风机，开启内循环风机、外循环风机，利用自然冷风对集装箱IT承接单元进行降温散热，同时，当外部温度低于第二设定值，风阀开启，当外部温度高于第二设定值，风阀关闭；当冷量需求在第一设定值以上，开启压缩机、冷凝器风机、内循环风机、外循环风机，利用自然风冷进行一次降温，利用制冷系统冷量进行二次降温。

本实用新型通过设置空气预冷模组、加湿湿膜、喷雾加湿模组，使得外部空气先经过预冷然后再充分加湿，加湿后的空气温度可低于湿球温度，达到在夏季内循环回风温度比常规间接蒸发冷却方式更低的降温效果；通过设置喷雾模组，对冷凝器进行喷雾降温，降低了机械制冷系统运行冷凝温度和压力，最大限度利用蒸发冷却方式，提高了系统制冷效率；通过设置混风装置，使得在冬季低温时候，外循环通道中的经过冷凝器的热风能对外循环进风温度进行中和升温，防止内循环通道出现结露和结冰现象。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用间接蒸发冷却方式的集装箱数据中心，由间接蒸发精密空调单元和集装箱IT承接单元组成，其特征在于：

所述间接蒸发精密空调单元包括外壳、湿膜蒸发降温模块、外循环进风口、内循环进风口、间壁式空气-空气显热交换器、外循环出风口、内循环出风口、内循环风机、外循环风机以及控制器，所述内循环进风口、所述间壁式空气-空气显热交换器、所述内循环风机、所述内循环出风口顺序连接在一起形成内循环通道，所述外循环进风口、所述湿膜蒸发降温模块、所述间壁式空气-空气显热交换器、所述外循环风机、所述外循环出风口顺序连接在一起形成外循环通道；

所述集装箱IT承接单元包括集装箱、机架、PDU模块、UPS模块、电源分配模块、网络分配模块、弱电控制模块以及自动灭火消防装置，所述机架和所述UPS模块、所述电源分配模块连接排列在所述集装箱的中间部位，将所述集装箱分隔成两部分，形成冷通道和热通道；

所述内循环进风口连通所述热通道，所述内循环出风口连通所述冷通道；

所述内循环风机、所述外循环风机与所述控制器电性连接。

2.如权利要求1所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述湿膜蒸发降温模块包括空气过滤模组、空气预冷模组、加湿湿膜、循环水泵、布水器、集水盘、蓄水箱以及排污水阀，所述空气过滤模组位于所述外循环进风口处，所述空气预冷模组和所述加湿湿膜顺序位于所述空气过滤模组与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述布水器位于所述加湿湿膜正上方，所述集水盘位于所述加湿湿膜的正下方，所述蓄水箱位于所述集水盘的正下方，所述集水盘通过管道与所述蓄水箱连接，所述循环水泵入水口通过管道连接所述蓄水箱，所述循环水泵出水口通过管道连接所述空气预冷模组的入口，所述空气预冷模组出口连接所述布水器，所述循环水泵、所述排污水阀与所述控制器电性连接。

3.如权利要求2所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述空气预冷模组为金属湿膜。

4.如权利要求2所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述空气预冷模组为翅片管换热器，所述翅片管换热器入水口通过管道连接所述循环水泵出水口，所述翅片管换热器出水口通过管道连接所述布水器。

5.如权利要求2所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述间接蒸发精密空调单元还包括机械制冷装置，所述机械制冷装置包括冷凝器风机、压缩机、蒸发器以及蒸发式冷凝器，所述蒸发器位于所述内循环出风口与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述蒸发式冷凝器包括冷凝器、喷雾模组以及温度传感器，所述温度传感器安装在所述冷凝器上，所述喷雾模组位于所述冷凝器的前方，所述温度传感器、所述压缩机、所述喷雾模组与所述控制器电性连接。

6.如权利要求2或5所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述间接蒸发精密空调单元还包括喷雾加湿模组，所述喷雾加湿模块位于所述加湿湿膜与所述间壁式空气-空气显热交换器之间，所述喷雾加湿模组与所述控制器电性连接。

7.如权利要求1所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述间接蒸发精密空调单元还包括混风装置，所述混风装置位于所述外循环进风口和所述外循环风机之间，所述混风装置包括导风道、风阀以及温度传感器，所述风阀位于所述导风道中，所述温度传感器安装在所述导风道的接近所述外循环进风口的一侧，所述风阀、所述温度传感器与所述控制器电性连接。

8.如权利要求1所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述外循环风机为离心风机，所述内循环风机为离心风机。

9.如权利要求5所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述冷凝器风机为轴流风机。

10.如权利要求1所述的集装箱数据中心，其特征在于：所述集装箱数据中心由两个间接蒸发精密空调单元和两个集装箱IT承接单元组成，所述两个间接蒸发精密空调单元镜像对称并排组合一起，形成间接蒸发精密空调单元组合，所述两个集装箱IT承接单元分别位于所述间接蒸发精密空调单元组合的两侧，分别连通所述间接蒸发精密空调单元组合。

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