CN213938699U - 具有制冷系统的数据中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有制冷系统的数据中心，包括用于放置服务器机柜的机房，位于机房一侧的空调间，第一制冷系统和第二制冷系统，其中，第一制冷系统包括位于室外的冷机，与所述冷机相连精密空调，精密空调位于所述空调间内，其中第二制冷系统包括第闭式冷却塔，与所述闭式冷却塔相连的干盘管。本实用新型使用二级制冷，其中的干盘管与闭式冷却塔的制冷方式可以尽量利用湿球温度的自然冷却，可以有效的降低机房的PUE值。

Description

具有制冷系统的数据中心

技术领域

本发明涉及具有制冷系统的数据中心，特别涉及一种基于干盘管蒸发冷却的数据中心。

背景技术

数据中心内通常会有大量的服务器和网络设备运行，为了维护内部设备的正常运行，需要对数据中心的温度进行控制。PUE(Power Usage Effectiveness)是评价数据中心能源效率的指标。PUE的值约趋近于1表明非IT设备耗能越少，即能效水平越好，现有的机房PUE值通常在1.4至1.5左右。

现有的机房制冷通常是采用风冷精密空调，其单机制冷能力较小，一个机房需要多台风冷空调才能满足需求。而风冷空调的制冷系统的能效比低：采用风冷方式，能效比较水冷制冷系统低，全年运行能耗大。

现有机房制冷系统也有采用水冷制冷机组系统或者间接蒸发制冷，水冷精密空调工作时产生大量冷凝水，为了保证机房内设备运行需要设置处理冷凝水的相关设备。而间接蒸发制冷需要占用较大的空间，一般的数据中心场地无法满足要求，间接蒸发技术主要在层数较少的多层建筑，且室外场地较宽裕的数据中心使用，数据中心同时满足这两者条件的并不多见，并且如果要重新打造使用这种技术的数据中心，就需要牺牲宝贵的建筑面积，减少总体机柜数来作为代价。

为了降低冷却系统的功耗，中国实用新型专利(公开号CN204902077U)公开了一种二级制冷换热系统，包括位于室外的第一级制冷单元、位于室外的第二级制冷单元和位于室内的室内机单元，室外的第一级制冷单元和第二级制冷单元分别通过传输管与室内机单元连接，室内机单元包括风机、第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器与所述第一换热器相连，所述第二蒸发器与所述第二换热器相连。其通过两个制冷单元为室内机单元提供交换热的冷源，实现大温差制冷，更加节能。但该系统中采用液冷制冷的方式，需要特定场地安装，且成本高。其他的二级制冷技术在国际专利申请(公开号WO2020/037843A1)、中国实用新型专利(公开号CN210980215U)和美国专利(专利号US7270278B2)中均有公开。

实用新型内容

本发明的目的在于克服现有技术中数据中心制冷能耗较高的不足，提供一种基于干盘管蒸发冷却系统的数据中心。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种具有制冷系统的数据中心，包括用于放置服务器机柜的机房，位于机房一侧的空调间，第一制冷系统和第二制冷系统，其中，第一制冷系统包括位于室外的冷机，与所述冷机相连精密空调，精密空调位于所述空调间内，其中：

第二制冷系统包括第闭式冷却塔，与所述闭式冷却塔相连的干盘管。

本发明的一些优选技术方案如下：

优选地，所述数据中心还包括开式冷却塔，所述开式冷却塔的冷却水管路通过板式换热器与所述精密空调排出的热交换介质进行热交换，吸收所述精密空调释放的热量。

优选地，所述干盘管和所述精密空调配置为使所述机房内的空气经由干盘管后，再经由精密空调从出风口进入所述机房。

优选地，还包括设置在所述空调室内的温度传感器，所述冷机为冷水机组，该冷水机组将冷却介质输出至精密空调，当所述温度传感器测量温度低于或等于预设温度阈值时，所述冷水机组停止为IT机房供冷。

优选地，所述干盘管安装在安装框架的一侧，在所述安装框架的另一侧安装有风机。

优选地，所述精密空调和所述干盘管安装在所述空调间内，所述干盘管安装在所述空调间的上方侧壁上，机房内的空气经由侧壁上的干盘管进入所述空调间，所述精密空调的出风从所述空调间下部进入机房。

优选地，所述精密空调和所述干盘管安装在所述空调间内，所述干盘管安装在所述空调间的上方吊顶上，机房内的空气经由吊顶上的所述干盘管进入所述空调间，所述精密空调的出风从所述空调间下部进入机房。

优选地，所述风机为EC风机。

优选地，所述干盘管设置在机房内服务器机柜的出风口。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本实用新型使用二级制冷的方式冷却数据中心，其中的干盘管与闭式冷却塔的制冷方式可以尽量利用湿球温度的自然冷却，可以有效的降低机房的PUE值。并且干盘管能够以模块化的方式安装在现有机房内，方便机房的改建或升级。本实用新型的两级制冷能够独立工作，在单独设备需要停机或出现故障时，另一套制冷系统可以单独工作，维持机房内服务器的正常工作。

附图说明：

图1为本实用新型实施例的示意图。

图2为本实用新型实施例机房布置的示意图。

图3是本实用新型另一实施例的机房布置的示意图。

图4是本实用新型实施例中所采用的干盘管部分的系统示意图。

图5是本实用新型实施例中开式冷却塔和冷机部分的连接示意图。

图6是本实用新型实施例中干盘管和安装框架的示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

如图1和图2所示，本实用新型的具体实施例一种具有制冷系统的数据中心，包括位于室外的冷机，与冷机相连的精密空调，精密空调位于室内的空调间中，述精密空调的回风通道设置在所述精密空调的顶部和空调间的吊顶之间，所述精密空调的送风通道位于其底部用于向机房提供冷风。

现有的机房也通常会采用精密空调进行温度控制，精密空调是在原有普通空调架构上，把传统的泵组、阀组、过滤除污器、仪器仪表，配套部件和控制系统等部件组合在一起形成的具有省电、低噪音、低辐射、低功耗特点的空调系统。精密空调通常会采用下送上回式送风，即将冷气直接进入活动地板下，这样使地板下形成静压箱，然后通过地板送风口，把冷气均匀地送入机房内，送入设备机柜内。在某些情况下也可以采用上送下回式送风，在本实施例中是采用下送上回式送风。而对应的冷机采用的是冷水机组。精密空调的制冷系统，冷冻水供回水12/18℃，PUE一般在1.4～1.6之间。

如图5所示，通常的精密空调制冷系统包括两个制冷循环，冷却水循环和冷冻水循环，其中，冷却水循环由开式冷却塔1及其管路组成，冷冻水循环由冷机2(冷水机组)、精密空调(室内机)及其管路组成。冷却水和冷冻水在板式换热器处进行换热。根据室外季节变化，冷却水温度会不断变化，从而可以将冷冻水制备分为三种模式，即采用电制冷模式、部分自然冷却模式、完全自然冷却模式,三种工况切换由BMS自控系统实现。自然冷却设计可以充分利用室外天然冷源，以节省冷水机组运行费用。三种制冷模式及其管路设计对于本领域技术人员来说是熟知的。其中，部分自然冷却模式：当室外湿球温度降低(低于11℃)，冷却塔提供的冷却水供水温度低于16.5℃时，系统进入部分自然冷却状态，冷却水经板式换热器冷却冷冻水回水，冷冻水回水经板式换热器部分冷却后进入冷水机组蒸发器，提供12℃的冷冻水。完全自然冷却模式：当室外湿球温度足够低(低于5.5℃)，冷却塔可以提供低于10.5℃的冷却水时，系统进入完全自然冷却状态，冷冻水经板式换热器与冷却水水水交换，直接提供12℃的冷冻水，冷水机组关闭。具体的模式转换条件及电动阀门等执行机构的开关控制。

为了达到降低PUE的发明目的，在精密空调的基础上，本实施例增加了干盘管换热的第二制冷系统。如图6所示的，干盘管8安装在安装框架9的一侧，在所述安装框架9的另一侧安装有两个风机3(也可以根据实际需要不使用风机，安装1个或更多个风机)，所述安装框架9外包覆有壳体4，在所述壳体上设置有检修门5，电控柜6等，在所述风机3外侧还安装有风机罩7。将干盘管安装在安装框架上有利于干盘管以模块化的方式安装在机房内的不同位置。如图1所示的，所述第二制冷系统包括干盘管，及与干盘管连接至室外的闭式冷却塔，利用湿球温度的变化调节干盘管与闭式冷却塔之间水风(空气)换热。干盘管与闭式冷却塔用风水换热完全可以达到与间接蒸发制冷一样的节能效果，全年PUE可以达到1.25以下。干盘管安装在空调间与机房之间的进气通道中(侧壁上的进气口)。机房中的热空气经过干盘管换热后再进入精密空调的进气口。这样进入精密空调的空气已经是经过干盘管预冷的空气，经干盘管预冷的空气，可以保持精密空调低负荷运行，有效的降低精密空调的能耗，进而降低整个机房的PUE。

本实施例的方案充分利用了湿球温度进行风水换热，即自然冷却，其PUE可以达到1.1以下，再与精密空调配合，达到机房所需温度，并降低精密空调的能耗，即本实施例的方案能够在节能效果达到与间接蒸发制冷一致同时，避免了间接蒸发制冷的缺陷。考虑到闭式冷却塔的体积和干盘管的设置无需占用大量的空间，并且可以在现有的数据中心里进行增设，实现双制冷系统，降低了PUE的同时，提高了数据中心的可靠性。

如图3所示的，本实用新型的另一实施例，其与上一实施例不同之处仅在于干盘管的安装位置不同，本实施例中，在空调间上部形成吊顶，干盘管安装在吊顶上，机房的空气(大部分空气或绝大部分空气)经由吊顶上的干盘管进入空调间。

如图4所示的，本实用新型的实施例中，在机房的制冷系统中，闭式冷却塔可以安装在屋面(或者屋顶)，其输送的冷水经过水泵进入机房内的干盘管系统，完成制冷工作。在本实施例中，部分干盘管为带风机的干盘管(DC4-5)，其管外余压为0Pa，部分干盘管为不带风机的干盘管(DC5-1)。与精密制冷空调结合设置后，由于已经有了完整的制冷系统作为N使用，此系统不需要再设置冗余备份。闭式冷却塔与冷机同步启停，当进入常规系统的完全自然冷却阶段时，此系统冷却塔及水泵完全停止运行。

在某些实施例中，本领域技术人员也可以将干盘管设置在机柜的出风口，其也能够起到降低机房PUE的作用，但该设置相对于将干盘管设置在空调间会增加设置难度，可能在安装时会影响设备运行。

在上述实施例的基础上，可以将所述冷机选定为冷水机组，该冷水机组将冷却介质输出至精密空调，并且在空调室内安装的温度传感器，当所述温度传感器测量温度低于或等于预设温度阈值(例如23℃，或者其他预定的适于机房运行的温度)时，所述冷水机组停止为IT机房供冷。

从现有存量机房改造成本实用新型实施例的机房制冷系统仅需在空调间增设干盘管，并在室外增设与干盘管连接的闭式冷却塔。该方案具有以下优点：改造时可以不影响现有系统运行，两套制冷系统可以增加可靠性(如果有一套发生故障，另一套仍可维持机房温度)，利用湿球温度的自然制冷时间大大增加，在送风温度25℃的情况下，全国各地方都可以将PUE控制在1.3以下，改建成本较低，而节约能耗效果明显，各个组件都可以在市场上采购到成熟的设备。

Claims (9)

1.一种具有制冷系统的数据中心，其特征在于：包括用于放置服务器机柜的机房，位于机房一侧的空调间，第一制冷系统和第二制冷系统，其中，第一制冷系统包括位于室外的冷机，及与所述冷机相连的精密空调，精密空调位于所述空调间内，第二制冷系统包括闭式冷却塔，及与所述闭式冷却塔相连的干盘管。

2.根据权利要求1 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述数据中心还包括开式冷却塔，所述开式冷却塔的冷却水管路通过板式换热器与所述精密空调排出的热交换介质进行热交换，吸收所述精密空调释放的热量。

3.根据权利要求1 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述干盘管和所述精密空调配置为使所述机房内的空气经由干盘管后，再经由精密空调从出风口进入所述机房。

4.根据权利要求3 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，还包括设置在所述空调间内的温度传感器，所述冷机为冷水机组，该冷水机组将冷却介质输出至精密空调，当所述温度传感器测量温度低于或等于预设温度阈值时，所述冷水机组停止为IT 机房供冷。

5.根据权利要求4 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述干盘管安装在安装框架的一侧，在所述安装框架的另一侧安装有风机。

6.根据权利要求1 至5 之一所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述精密空调和所述干盘管安装在所述空调间内，所述干盘管安装在所述空调间的上方侧壁上，机房内的空气经由侧壁上的干盘管进入所述空调间，再经由所述精密空调的出风从所述空调间下部进入机房。

7.根据权利要求1 至5 之一所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述精密空调和所述干盘管安装在所述空调间内，所述干盘管安装在所述空调间的上方吊顶上，机房内的空气经由吊顶上的所述干盘管进入所述空调间，再经由所述精密空调的出风从所述空调间下部进入机房。

8.根据权利要求5 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述风机为EC风机。

9.根据权利要求1 所述的具有制冷系统的数据中心，其特征在于，所述干盘

管设置在机房内服务器机柜的出风口。

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