CN213841173U - 冷却系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本申请涉及冷却系统及数据中心，涉及冷却技术领域，可应用于云计算或云领域的数据中心。该冷却系统包括：第一换热装置，具有换热模组，换热模组具有进风口和出风口，进风口用于供第一室外新风进入换热模组并进行非接触式热交换，以使第一室外新风温度降低转化为第二室外新风，出风口用于供第二室外新风排出换热模组；第二换热装置，具有隔离设置的第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与换热模组的出风口连通，用于引导第二室外新风排至室外，第二换热通道的进风口用于供室内回风进入第二换热通道，并与第二室外新风进行热交换，第二换热通道的出风口用于供换热后的室内回风排至室内。本申请实施例可以显著降低能耗，节省运行成本。

Description

冷却系统及数据中心

技术领域

本申请涉及热交换技术领域，尤其涉及可用于(包括但不限于)云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等应用的数据中心的冷却技术领域。

背景技术

随着人工智能领域的兴起，对数据中心的需求量越来越大。目前，数据中心冷却方案仍沿用传统冷冻水的思路设计，整体节能性较差。

实用新型内容

本申请提供一种冷却系统及数据中心。

根据本申请的一方面，提供一种冷却系统，包括：

第一换热装置，具有换热模组，换热模组具有进风口和出风口，进风口用于供第一室外新风进入换热模组，并与喷洒在换热模组上的液态介质进行非接触式热交换，以使第一室外新风温度降低转化为第二室外新风，出风口用于供第二室外新风排出换热模组；其中，第二室外新风的含湿量与第一室外新风的含湿量的差值在预设范围内；

第二换热装置，具有隔离设置的第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与换热模组的出风口连通，用于引导第二室外新风排至室外，第二换热通道的进风口用于供室内回风进入第二换热通道，并与第二室外新风进行热交换，第二换热通道的出风口用于供换热后的室内回风排至室内。

在一种实施方式中，第一换热装置还包括抽风模组和液体收集容器，抽风模组设置在换热模组的上方，液体收集容器设置在换热模组的下方，第一室外新风从换热模组的下方进入，并在抽风模组的抽吸作用下从换热模组的上方排出，液态介质从换热模组的上方喷洒在换热模组上，并在重力作用下流经换热模组而滴落进入液体收集容器。

在一种实施方式中，系统包括N级顺次连接的第一换热装置，第i级第一换热装置的出风口与第i+1级第一换热装置的进风口连通，以使第i级第一换热装置排出的第二室外新风作为第i+1级第一换热装置的第一室外新风进入第i+1级第一换热装置，其中，N为大于1的正整数，1≤i<N，且i为正整数。

在一种实施方式中，各级第一换热装置中的液态介质的温度为第N级第一换热装置的第一室外新风所对应的湿球温度。

在一种实施方式中，第i级第一换热装置中的液态介质的温度为第i级第一换热装置中的第一室外新风所对应的湿球温度。

在一种实施方式中，第一换热装置还包括进液口和喷洒模组，喷洒模组与进液口连通，喷洒模组用于将经由进液口进入的液态介质喷洒在第一换热模组上。

在一种实施方式中，该系统还包括：回风机和第一过滤装置，回风机和第一过滤装置与第一换热通道的进风口顺次连接。

在一种实施方式中，该系统还包括：第一风机和诱导送风装置，第一风机和诱导送风装置与第一换热通道的出风口顺次连接。

在一种实施方式中，该系统还包括：第二风机、加湿装置、加热装置、表冷装置、第二过滤装置和风阀装置，第二风机、加湿装置、加热装置、表冷装置、第二过滤装置和风阀装置与换热模组的进风口顺次连接。

根据本申请的另一方面，提供一种数据中心，包括：上述任一种实施方式的冷却系统。

本申请实施例中，通过利用第一换热装置对第一室外新风进行冷却以转化形成的第二室外新风，使得第二室外新风的第二干球温度接近于第一室外新风的第一湿球温度，通过将第一换热装置转化的第二室外新风输送至第二换热装置，可以对室内回风进行冷却，这样比直接采用第一室外新风对室内回风进行冷却具有更大的自然冷却空间，使得冷却系统的自然冷却时长大幅增加，且无需使用大型冷水机组来进行机械制冷，可显著降低能耗，节省运行成本。

应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是根据本申请一实施例的冷却系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例中三级第一换热装置的结构示意图；

图3是根据本申请实施例中三级第一换热装置的第一室外新风处理过程焓湿图；

图4是根据本申请另一实施例的冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本申请一实施例的冷却系统100的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括：第一换热装置110和第二换热装置120。

其中，第一换热装置110具有换热模组111，换热模组111具有进风口111A和出风口111B，换热模组111的进风口111A用于供第一室外新风进入换热模组111，并与喷洒在换热模组111上的液态介质进行非接触式热交换，以使第一室外新风温度降低转化为第二室外新风，换热模组111的出风口111B用于供第二室外新风排出换热模组111；其中，第二室外新风的含湿量与第一室外新风的含湿量的差值在预设范围内。

示例性地，液态介质的温度为第一室外新风的湿球温度，第一室外新风与液态介质进行非接触式热交换，可对第一室外新风进行等湿冷却，将第一室外新风转化为第二室外新风。例如，如图3所示，第一室外新风的温度为第一干球温度T1，第二室外新风的温度为第二干球温度T2，T2小于T1。

本领域技术人员应当理解，第一室外新风的含湿量与第二室外新风的含湿量的差值在预设范围内。示例性地，第一室外新风的含湿量与第二室外新风的含湿量的差值所在的预设范围可以为-5％至5％之间(包括端点值)。

在另一示例中，如图1所示，第一室外新风(第一干球温度为T1、风量为Q1)进入第一换热装置110时，分离成两路。第一路第一室外新风进入换热模组111与液态介质进行热交换，降温转化为第二室外新风(第二干球温度为T2，风量为Q2，T1>T2，Q1>Q2)。第二路第一室外新风从换热模组111的下方进入，从换热模组111的上方排出，加速液态介质的蒸发，提高换热效率。

第二换热装置120具有隔离设置的第一换热通道121和第二换热通道122，第一换热通道121的进风口121A与换热模组111的出风口111B连通，用于引导第二室外新风从第一换热通道121的出风口121B排至室外，第二换热通道122的进风口122A用于供室内回风进入第二换热通道122，并与第一换热通道121内的第二室外新风进行热交换，第二换热通道122的出风口122B用于供换热后的室内回风排至室内。这样，当第二室外新风进入第一换热通道121且室内回风进入第二换热通道122时，则第二室外新风对室内回风进行冷却，使得冷却后的室内回风再进入室内，以对室内的设备进行冷却。

在一种应用方式中，第一换热装置110可以为露点间接蒸发冷却器，第二换热装置120可以为交叉流换热器。第二室外新风与室内回风在第二换热装置120中可进行交叉换热。

请参考图3，在本实施方式中，A为第一室外新风的状态点，第一室外新风对应的第一干球温度为T1、第一湿球温度为T7、露点温度为T5。在含湿量d不变的情况下，第一室外新风的温度降低转化为第二室外新风，B为第二室外新风的状态点，第二室外新风对应的第二干球温度为T2，第二湿球温度为T6，而露点温度不改变。从图3可以看出，第一室外新风与第一换热装置110换热后，所转化形成的第二室外新风的第二干球温度T2非常接近第一室外新风的湿球T7温度。

本申请实施例中，通过利用第一换热装置110对第一室外新风进行冷却以转化形成的第二室外新风，使得第二室外新风的第二干球温度接近于第一室外新风的第一湿球温度，通过将第一换热装置110转化的第二室外新风输送至第二换热装置120，可以对室内回风进行冷却，这样比直接采用第一室外新风对室内回风进行冷却具有更大的自然冷却空间，使得冷却系统的自然冷却时长大幅增加，且无需使用大型冷水机组来进行机械制冷，可显著降低能耗，节省运行成本。

在一种实施方式中，如图1所示，第一换热装置110还可以包括抽风模组112和液体收集容器113，抽风模组112设置在换热模组111的上方，液体收集容器113设置在换热模组111的下方，第一室外新风从换热模组111的下方进入，并在抽风模组112的抽吸作用下从换热模组111的上方排出，液态介质从换热模组111的上方喷洒在换热模组111上，并在重力作用下流经换热模组111而滴落进入液体收集容器113。

具体地，第二路第一室外新风从换热模组111的下方进入，并在抽风模组112的抽吸作用下从换热模组111的上方排出，以加速液态介质的蒸发，提高对第一路第一室外新风的冷却效率。

此外，这样的设置方式，第二路第一室外新风的流动方向为自下而上，液态介质的流动方向为自上而下，符合气态介质和液态介质的流动特性，有利于降低能耗，而且有利于第二路第一室外新风与液态介质充分接触，加速液态介质的蒸发，以提升对换热模组111中第一路第一室外新风的冷却效率。采用液体收集容器113对液态介质进行收集，便于后期利用。

可以理解的是，第二路第一室外新风流经换热模组111后，通过抽风模组112可以排入大气中，不会对大气造成污染。

在一种实施方式中，该系统可以包括N级顺次连接的第一换热装置110，第i级第一换热装置中的出风口与第i+1级第一换热装置的进风口连通，以使第i级第一换热装置排出的第二室外新风作为第i+1级第一换热装置的第一室外新风进入第i+1级第一换热装置，第i级第一换热装置为远离第二换热装置的第一换热装置，第i+1级第一换热装置为靠近第二换热装置的第一换热装置；其中，N为大于1的正整数，1≤i<N，且i为正整数。

示例性地，如图1和图2所示，第一换热装置110的级联数量可以为三级，第一级第一换热装置210对温度为T1、风量为Q1的第一室外新风进行冷却后，获得温度为T2、风量为Q2的第二室外新风；其中，T1>T2，Q1>Q2。温度为T2、风量为Q2的第二室外新风作为第二级第一换热装置220的第一室外新风输入至第二级第一换热装置220，第二级第一换热装置220对温度为T2、风量为Q2的第一室外新风进行冷却后获得温度为T3、风量为Q3的第二室外新风，其中，T2>T3，Q2>Q3。以此类推，第三级第一换热装置230对温度为T3的第一室外新风进行冷却后获得温度为T4、风量为Q4的第二室外新风，其中，T3>T4，Q3>Q4。

其中，各级第一换热装置会将进入其内部的部分第一室外新风用于对其内部液态介质的蒸发，例如，第一级第一换热装置210采用风量为Q1’的第一室外新风、第二级第一换热装置220采用风量为Q2’的第一室外新风，第三级第一换热装置230采用风量为Q3’的第一室外新风用作对液态介质的蒸发。因此，各级第一换热装置所输出的第二室外新风的风量小于输入的第一室外新风的风量。例如，Q4<Q3<Q2<Q1。

这样通过串联N级第一换热装置110，可以使进入到第一换热通道121的第二室外新风的温度无限接近于进入到第一级第一换热装置210中的第一室外新风对应的露点温度T5，从而可以使得冷却系统100的自然冷却时长大幅增加，有利于提升冷却系统100的能效，降低冷却系统100能耗。本公开实施例的冷却系统100，可用于热交换技术领域，尤其可用于云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等应用的数据中心的冷却技术领域。

可以理解的，上述实施例仅以N＝3为例，对本申请实施例中N级顺次连接的第一换热装置110进行说明，第一换热装置110的串联级数可以根据实际的需要进行选择和调整，例如，N可以大于3或小于3，本申请实施例对此不作限制。

在一种实施方式中，各级第一换热装置中的液态介质的温度为第N级第一换热装置的第一室外新风所对应的湿球温度。

示例性地，请参考图2和图3，第三级第一换热装置230的第一室外新风所对应的湿球温度为T4，第三级第一换热装置230的第一室外新风所对应的湿球温度通常比第一级第一换热装置210和第二级第一换热装置220的第一室外新风所对应的湿球温度低，通过设置第一级第一换热装置210至第三级第一换热装置230中液态介质的温度均为T4可以使第一级第一换热装置210中的第二室外新风快速降低至温度T2或低于温度T2，以及第二级第一换热装置220中的第二室外新风快速降低至T3或低于温度T3，使得第三级第一换热装置230输出的第二室外新风的温度快速且更加接近第一级第一换热装置210的第一室外风的露点温度，有利于提升换热效率。在一种实施方式中，第i级第一换热装置中的液态介质的温度为第i级第一换热装置的第一室外新风所对应的湿球温度。

示例性的，如图2和图3所示，第一级第一换热装置210中的液态介质的温度为其第一室外新风的湿球温度T7，第二级第一换热装置220中的液态介质的温度为其第一室外新风的湿球温度T6，第三级第一换热装置230中的液态介质的温度为其第一室外新风的湿球温度T4。如此，可以减少对液态介质进行冷却的能耗。

在一种实施方式中，如图1所示，第一换热装置110还可以包括进液口(图中未示出)和喷洒模组114，喷洒模组114与进液口连通，喷洒模组114可以设置在第一换热装置110的上方，喷洒模组114用于将经由进液口进入的液态介质喷洒在换热模组111上。采用喷洒模组114对液态介质进行喷洒，可以提高液态介质在第一换热装置110上的分布均匀性，提高液态介质在换热模组111上的分散面积，提高液态介质与第一室外新风的换热效率。

在一种实施方式中，请参考图1和图4，该系统还可以包括：回风机411和第一过滤装置412，回风机411和第一过滤装置412与第一换热通道121的进风口121A顺次连接。

示例性地，回风机411的出风口与第一换热通道121的进风口121A连接，回风机411的进风口与第一过滤装置412的出风口连接，第一过滤装置412的进风口供室内回风进入第一过滤装置412。室内回风经第一过滤装置412进行过滤处理之后，再经回风机411输送至第一换热通道121内，以与第二室外新风进行换热，从而可以对高温的室内回风进行冷却。其中，第一过滤装置412可以为初效过滤装置。

在一种实施方式中，请参考图1和图4，该系统还可以包括：第一风机421和诱导送风装置422，第一风机421和诱导送风装置422与第一换热通道的出风口顺次连接。

示例性地，第一风机421的进风口与第一换热通道121的出风口121B连接，第一风机421的出风口与诱导送风装置422的进风口连接，第一风机421将冷却后的室内回风送至诱导送风装置422，在诱导送风装置422中，可将利用第二室外新风冷却后的室内回风以及通过诱导作用获取并进行冷却后的室内回风进行混合，进而将混合后的室内回风送至室内。

在一种实施方式中，如图4所示，该系统还可以包括：第二风机431、加湿装置432、加热装置433、表冷装置434、第二过滤装置435和风阀装置436，第二风机431、加湿装置432、加热装置433、表冷装置434、第二过滤装置435和风阀装置436与第一换热装置110中换热模组111的进风口111A顺次连接。

示例性地，风阀装置436的进风口用于供第一室外新风进入第二过滤装置435，并依次经表冷装置434、加热装置433、加湿装置432和第二风机431输送至第一换热装置110。其中，风阀装置436用于调节第一室外新风的风量，第二过滤装置435用于对第一室外新风进行过滤，表冷装置434用于对第一室外新风进行降温，加热装置433用于对第一室外新风进行加热，加湿装置432用于对降温或加热后的第一室外新风进行湿度调节，第二风机431将湿度调节后的第一室外新风输送至第一换热装置110。其中，表冷装置434和加热装置433可以不同时工作，例如，当第一室外新风温度过高时，则通过表冷装置434对第一室外新风进行降温。当第一室外新风温度过低时，则通过加热装置433对第一室外新风进行降温。

在一种应用方式中，可以将本申请上述实施例的任一种冷却系统100应用于IT(Internet Technology，互联网技术)机房，通过将第一室外新风冷却转化为第二室外新风，使得第二室外新风的温度接近第一室外新风的露点温度，以对IT机房中高温的室内回风进行冷却，进而将冷却后的室内回风送回IT机房。

本申请实施例还提供了一种数据中心，包括：上述任一种实施方式的冷却系统。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括：

第一换热装置，具有换热模组，所述换热模组具有进风口和出风口，所述进风口用于供第一室外新风进入所述换热模组，并与喷洒在所述换热模组上的液态介质进行非接触式热交换，以使所述第一室外新风温度降低转化为第二室外新风，所述出风口用于供所述第二室外新风排出所述换热模组；其中，所述第二室外新风的含湿量与所述第一室外新风的含湿量的差值在预设范围内；

第二换热装置，具有隔离设置的第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道与所述换热模组的出风口连通，用于引导所述第二室外新风排至室外，所述第二换热通道的进风口用于供室内回风进入所述第二换热通道，并与所述第二室外新风进行热交换，所述第二换热通道的出风口用于供换热后的所述室内回风排至室内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一换热装置还包括抽风模组和液体收集容器，所述抽风模组设置在所述换热模组的上方，所述液体收集容器设置在所述换热模组的下方，所述第一室外新风从所述换热模组的下方进入，并在所述抽风模组的抽吸作用下从所述换热模组的上方排出，所述液态介质从所述换热模组的上方喷洒在所述换热模组上，并在重力作用下流经所述换热模组而滴落进入所述液体收集容器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括N级顺次连接的所述第一换热装置，第i级第一换热装置的出风口与第i+1级第一换热装置的进风口连通，以使所述第i级第一换热装置排出的第二室外新风作为所述第i+1级第一换热装置的第一室外新风进入所述第i+1级第一换热装置，其中，N为大于1的正整数，1≤i<N，且i为正整数。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，各级所述第一换热装置中的液态介质的温度为第N级第一换热装置的第一室外新风所对应的湿球温度。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，第i级第一换热装置中的液态介质的温度为第i级第一换热装置中的第一室外新风所对应的湿球温度。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一换热装置还包括进液口和喷洒模组，所述喷洒模组与所述进液口连通，所述喷洒模组用于将经由所述进液口进入的液态介质喷洒在所述第一换热模组上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：回风机和第一过滤装置，所述回风机和所述第一过滤装置与所述第一换热通道的进风口顺次连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：第一风机和诱导送风装置，所述第一风机和所述诱导送风装置与所述第一换热通道的出风口顺次连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：第二风机、加湿装置、加热装置、表冷装置、第二过滤装置和风阀装置，所述第二风机、所述加湿装置、所述加热装置、所述表冷装置、所述第二过滤装置和所述风阀装置与所述换热模组的进风口顺次连接。

10.一种数据中心，其特征在于，包括：权利要求1至9中任一项所述的冷却系统。

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