CN214482046U - 多冷源冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了多冷源冷却系统，包括第一冷源、第二冷源，还包括连通所述第一冷源和所述第二冷源的连接管路，所述连接管路上还设有：第一支路，其与第一冷源并联且设置有第一阀门；和/或，第二支路，其与第二冷源并联且设置有第二阀门；所述第一阀门和第二阀门分别用于切换所述第一支路和第二支路的通断，从而使得连接管路中的循环水流径第一冷源和/或第二冷源。本实用新型通过上述设置，让用户末端的循环水与冷却系统进行多种模式的换热，根据实际需要可以直接与第一冷源或第二冷源单独进行热交换，也可以两个冷源同时参与，提高了热交换的效率，也降低了不同环境下的系统能耗。

Description

多冷源冷却系统

技术领域

本实用新型涉及降温处理技术领域，尤其涉及多冷源冷却系统。

背景技术

随着互联网技术的快速发展，大数据、云计算的需求越来越高，于是对数据中心的算力要求也越来越高。今年，全国多地都建设了云计算中心、数据中心。而降低数据中心能耗成本可以显著提高云计算公司，数据计算、储存公司竞争力。而散热能耗在能耗成本中的占比十分显著，于是数据中心的需求从原来的高并发、高吞吐量，转变成了如今的高数据密度、低PUE。PUE是衡量数据中心能耗的首要指标，其表示的是数据中心所有用电设备消耗的总电能与所有IT设备消耗的总电能之比，体现的是数据中心的电能利用效率。

数据中心在冷却中常用闭式冷却塔与蒸发冷却机组相配合的方式对IT设备进行散热。蒸发冷却机组相比闭式冷却塔有着更高的制冷效率，但是其需要的电能与闭式冷却塔需要的电能相比也是更多的。于是，智能地协调闭式冷却塔与蒸发冷却机组的使用，即在不同的场景下使用不同的冷却手段是应当被着重考虑的。这可以节约耗电量，降低成本，为数据中心贡献更高的收益。

针对上述问题，授权公告号为CN208332588U的中国实用新型发明申请文件中公开了一种双冷源数据中心，其包括壳体、服务器机柜、换热器、蒸发冷却机组、闭式冷却塔，多个冷源可以组合使用，提高PUE。

在上述对比文件中，数据中心流出的需要降温的循环水均是通过闭式冷却塔进行的换热降温，且当室外环境温度不同时可以采取三种不同的换热模式，其中当外部环境温度较高，闭式冷却塔无法满足换热需求时，上述技术方案采用额外的蒸发冷却机组对闭式冷却塔先进行降温冷却，再让闭式冷却塔对循环水换热降温，如此设置反而增加了蒸发冷却机组的能耗。而且闭式冷却塔采用的是喷淋水与蒸发冷却机组进行热交换的方式，此时外部环境温度较高，喷淋水经过了较多的管道，流径过长容易吸热升温，而且喷淋过程中细化的液滴也会急剧地吸收空气中的热量，进一步导致闭式冷却塔冷却液的升温，降低了对循环水降温的能力，降低了冷却效率，进一步提高了蒸发冷却机组的能耗。

实用新型内容

为了解决现有技术中冷却降温时能耗较高的缺陷，本实用新型提出一种多冷源冷却系统。

本实用新型采用的技术方案是，多冷源冷却系统，包括第一冷源、第二冷源和中央控制器，还包括连通所述第一冷源和所述第二冷源的连接管路，所述连接管路上还设有：

第一支路，其与第一冷源并联且设置有第一阀门；和/或，

第二支路，其与第二冷源并联且设置有第二阀门；

所述第一阀门和第二阀门分别用于切换所述第一支路和第二支路的通断，从而使得连接管路中的循环水流径第一冷源和/或第二冷源。

优选的，所述第一冷源为闭式冷却塔，所述第二冷源为换热板组件。

优选的，所述换热板组件包括板式换热器和蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组至少包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器用于冷却所述板式换热器。

优选的，所述第一冷源为闭式冷却塔，所述第二冷源为蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组至少包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器用于冷却所述连接管路。

优选的，所述连接管路具有至少一个进水口和一个出水口，所述进水口和出水口均与用户末端连通，且所述进水口与出水口之间还设置有第三支路，所述第三支路上设置有第三阀门，所述第三阀门与中央控制器信号连接。

优选的，所述进水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第一压力传感器，所述出水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器均与中央控制器信号连接。

优选的，所述进水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第一温度传感器，所述出水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均与中央控制器信号连接。

优选的，所述第一冷源与连接管路之间设置有第四阀门，所述第二冷源与连接管路之间设有第五阀门，所述第四阀门和第五阀门均与中央控制器信号连接。

优选的，所述进水口与第一冷源之间的连接管路上设置有第一水泵，且所述第一水泵位于第三支路与连接管路的连接点和第二支路与连接管路的连接点之间。

所述第一冷源和第二冷源之间还设置有第三温度传感器，所述第三支路与连接管道的连接点和第二冷源之间设置有第四温度传感器；

优选的，所述第一支路的一端连接于第一水泵与第一冷源之间，另一端连接于第四阀门和第三温度传感器之间；

所述第二支路的一端连接于第三温度传感器与第二冷源之间，另一端连接于第五阀门和第四温度传感器之间。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、用户末端的循环水与冷却系统进行多种模式的换热，根据实际需要可以直接与第一冷源或第二冷源单独进行热交换，也可以两个冷源同时参与，提高了热交换的效率，也降低了不同环境下的系统能耗；

2、通过设置温度传感器和压力传感器对管路中循环水的状态进行实时监控，可以及时调节多种模式的切换，同时也可以及时调节各种设备的运行功率，更加智能化、自动化，也有利于提高换热效率，降低能耗。

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例的系统图。

1、闭式冷却塔；2、板式换热器；3、蒸发冷却机组；4、用户末端；5、中央控制器；6、连接管路；7、第一支路；8、第二支路；9、第三支路；10、第一阀门；11、第二阀门；12、第三阀门；13、第四阀门；14、第五阀门；15、第一压力传感器；16、第二压力传感器；17、第一温度传感器；18、第二温度传感器；19、第三温度传感器；20、第四温度传感器；21、第五温度传感器；22、第六温度传感器；23、第一水泵；24、第二水泵；25、蒸发器；26、冷凝器；27、节流阀；28、压缩机；29、流量计；30、换热管道；31、进水口；32、出水口。

具体实施方式

一种多冷源冷却系统，主要应用于数据中心的降温处理领域，数据中心的用户末端4温度较高，其内部的循环水——也可以是其他冷却液——负责对用户末端4进行降温吸热处理，维持设备的正常运行温度，而循环水从用户末端4流出后经过该多冷源冷却系统降温冷却后，再回到用户末端4内，从而进行循环降温。

该多冷源冷却系统如图1和2所示，包括第一冷源、第二冷源和中央控制器5，还包括连通第一冷源和所述第二冷源的连接管路6，连接管路6具有一个进水口31和一个出水口32，所述进水口31和出水口32均与用户末端4连通，即循环水从用户末端4通过进水口31流入多冷源冷却系统，再从出水口32回流至用户末端4内，完成冷却换热过程。

其中，连接管路6上还设置有：

第一支路7，其与第一冷源并联且设置有第一阀门10；和/或，

第二支路8，其与第二冷源并联且设置有第二阀门11；

所述中央控制器5与所述第一阀门10和第二阀门11信号连接以切换所述第一阀门10和第二阀门11的通断状态，所述第一阀门和第二阀门分别用于切换所述第一支路和第二支路的通断，从而使得连接管路6中的循环水流经第一冷源和/或第二冷源。

第一冷源与进水口31之间设置有第一水泵23，第一冷源与第二冷源之间还依次设置有第四阀门13和第三温度传感器19，第一支路7的一端连接于第一水泵23和第一冷源之间，第一支路7的另一端连接于第四阀门13和第三温度传感器19之间。当第一阀门10关闭，第四阀门13打开时，循环水流经第一冷源；当第一阀门10打开，第四阀门13关闭时，循环水流经第一支路7。

在本实施例中，第一冷源采用闭式冷却塔1，第二冷源采用换热板组件。换热板组件包括板式换热器2和蒸发冷却机组3，所述蒸发冷却机组3至少包括冷凝器26和蒸发器25，所述蒸发器25用于冷却所述板式换热器2。

具体的，板式换热器2具有四个接口，第一接口和第二接口均接入连接管路6中，且第一接口与第一冷源连通，第二接口与出水口32连通。第三接口和第四接口则通过换热管道30连通，同时，蒸发冷却机组3包括冷凝器26、蒸发器25、节流阀27和压缩机28，通过管道连接形成一个冷却机组，管道内流动有常见的制冷剂均可，其中换热管道30与蒸发器25进行换热，从而蒸发冷却机组3为板式换热器2提供足够的制冷量，连接管路6中的循环水从第一接口进入板式换热器2经过内部换热降温后，再从第二接口流出。换热管道30上安装有第二水泵24，且第三接口与第二水泵24之间设置有第五温度传感器21，第四接口与蒸发器25之间设置有第六温度传感器22。

第二接口与出水口32之间安装有第五阀门14和第四温度传感器20，第二支路8的一端连接于第三温度传感器19与第二冷源的第一接口之间，另一端连接于第五阀门14和第四温度传感器20之间。当第二阀门11关闭，第五阀门14打开时，循环水进入换热器板中换热，再从第二接口流出并回流至出水口32；当第二阀门11打开，第五阀门14关闭时，循环水经过第三温度传感器19后直接流径第二支路8后回流至出水口32。

由于设置了第一阀门10、第二阀门11、第四阀门13和第五阀门14，在需要进行调节时，可以通过上述阀门的通断控制管路的通断，从而控制循环水的流径，使得循环水可以单独通过第一冷源或第二冷源，也可以同时通过第一冷源和第二冷源。

同时，进水口31与第一水泵23之间依次安装有流量计29、第一压力传感器15、第一温度传感器17，出水口32与第四温度传感器20之间依次设置有第二压力传感器16和第二温度传感器18。在进水口31和出水口32之间还设置有一道第三支路9，第三支路9的一端连通于第一温度传感器17和第一水泵23之间，另一端连通于第二温度传感器18与第四温度传感器20之间。第三支路9上安装有第三阀门12。

需要说明的是，上述的所有阀门、传感器、流量计29以及水泵、第一冷源、第二冷源等设备和仪器均与中央控制器5信号连接，中央控制器5接收所有设备和仪器发送的信号并储存，还可以向所有的设备和仪器发送指令，维持或调节所有设备和仪器的工作状态。

在安装时，整个冷却系统以型钢框架作为骨架主体，主体的一端放置闭式冷却塔1，主体的中间位置放置前述的连接管路6、多条支路、板式换热器2、以及传感器和阀门等仪器，主体的另一端则用于安装蒸发冷却机组3。其中，主体的中间位置采用封闭式防水保温结构，使得闭式冷却塔1与蒸发冷却机组3之间的空间处于较为封闭和保温的环境，减少在系统运行过程中管道与外界的换热损失，整体安装可以采用标准尺寸和结构，各个零部件运送至目的地之后即可进行组装拼接，方便运输和安拆，可以解决快速交付、便捷安装、高能效等多个现实问题。

实际使用时，出水口32的出水温度可以设定在10-25℃之间，具体根据用户末端4的需求来定，根据外部环境的不同，本系统具有以下三种制冷模式，其中环境温度T1，进水口31温度T2，出水口32温度T3，第一冷源出口温度T4，第二冷源的第二接口出水温度T5，出水口32设定温度T6：

模式一、当进水口31温度T2-环境温度T1≥a时，单独通过闭式冷却塔1降温制得所需目标温度循环水，此时打开第四阀门13、第二阀门11，关闭第一阀门10、第五阀门14，循环水从进水口31进入系统后流入第一冷源，经过第二支路8直接回流至出水口32并进入用户末端4。

模式二、当0＜进水口31温度T2-环境温度T1＜b时，闭式冷却塔1的制冷能力不足以满足循环水的制冷需求量，此时采用闭式冷却塔1和换热板组件同时制冷，关闭第一阀门10、第二阀门11，打开第四阀门13、第五阀门14，循环水从进水口31进入系统，依次流经第一冷源、第二冷源后回流至回水口并进入用户末端4。

模式三、当环境温度T1-进水口31温度T2≥0时，闭式冷却塔1无法对循环水降温，此时单独采用换热板组件对循环水换热降温，此时关闭第四阀门13、第二阀门11，打开第一阀门10、第五阀门14，循环水从进水口31依次通过第一支路7、第二冷源后回流至用户末端4。

其中a>b，且a和b均为大于0的正数。

同时，在启用上述三种模式时，对于闭式冷却塔1和换热板组件的启闭，还可以采用如下控制条件：

1）同时满足如下条件才启动闭式冷却塔1

条件一、循环水进水口31温度T2-环境温度T1>d；其中a>d。

条件二、通过流量计29测算出单位时间内循环水的流量，再结合第一温度感应器和第三温度感应器计算单位时间内闭式冷却塔1提供的冷量，再根据单位时间内闭式冷却塔1的消耗功率，从而得到闭式冷却塔1的散热性能值X1。

同样的，用单位时间内对换热板组件进行循环水流量的测算、制冷量的计算、以及消耗功率的计算，最后得到换热板组件的散热性能值X2，且X1≥X2。

此时第一阀门10关闭，第四阀门13打开，循环水流经闭式冷却塔1。否则，第一阀门10打开，第四阀门13关闭，循环水流经第一支路7。

2）换热板组件控制条件为：

第三温度传感器19测得第一冷源出口温度T4高于出水口32设定温度T6时，启动换热板组件，蒸发冷却机组3开启，循环水从第一接口流入板式换热器2，再从第二接口流出直至回流至出水口32；当第一冷源出口温度T4小于等于出水口32设定温度T6时，不启用换热板组件，蒸发冷却机组3不启动，循环水从闭式冷却塔1或第一支路7直接经过第二支路8回流至出水口32。

该冷却系统可以根据外界环境温度的不同采用三种模式控制，也可以根据闭式冷却塔1和换热板组件的散热性能值进行控制，也可以两者同时采用。当二者同时采用时，具体情况如下：

模式一、当进水口31温度T2-环境温度T1≥a，单独通过闭式冷却塔1降温制得所需目标温度循环水，且闭式冷却塔1的散热性能值X1≥换热板组件的散热性能值X2，同时第一冷源出口温度T4小于等于出水口32设定温度T6，此时打开第四阀门13、第二阀门11，关闭第一阀门10、第五阀门14，循环水从进水口31进入系统后流入第一冷源，经过第二支路8直接回流至出水口32并进入用户末端4。

模式二、当d＜进水口31温度T2-环境温度T1＜b时，且闭式冷却塔1的散热性能值X1≥换热板组件的散热性能值X2,同时第三温度传感器19测得第一冷源出口温度T4高于出水口32设定温度T6，此时采用闭式冷却塔1和换热板组件同时制冷，关闭第一阀门10、第二阀门11，打开第四阀门13、第五阀门14，循环水从进水口31进入系统，依次流经第一冷源、第二冷源后回流至回水口并进入用户末端4。

模式三、当环境温度T1-进水口31温度T2≥0时，第三温度传感器19测得第一冷源出口温度T4高于出水口32设定温度T6，此时关闭第四阀门13、第二阀门11，打开第一阀门10、第五阀门14，循环水从进水口31依次通过第一支路7、第二冷源后回流至用户末端4。

在实际运行中，需要根据系统运行情况对第一水泵23进行调节，保持较低的能耗。第一温度传感器17与第二温度传感器18之间可以实时测算进水口31与出水口32之间的温度差t1，对应的系统会设定一个预设的温度差t2，当t1大于t2时，加大第一水泵23的频率，t1小于t2时，则降低第一水泵23的频率，有利于提高换热效率并降低能耗。

由于用户末端4与出水口32的连接一般均为多个接口连通，从而将经过系统冷却的循环水输送至数据中心的各个设备处进行冷却降温，因此当多个接口未处于工作状态时不需要参与冷却循环，此时一般都采用阀门进行接口控制，使得对应的设备与出水口32处的管道封闭。由于用户末端4多个接口关闭，导致进入并参与用户末端4内部循环的水流量下降明显，甚至会无法满足内部循环的最低水流量需求，因此需要进行调节。

多个接口的关闭会导致出水口32出压力损失变大，进水口31与出水口32之间的设定压差为p2，此时第一压力传感器15和第二压力传感器16实测的进水口31与出水口32之间的压差p1值较大，且p1-p2>c时，则通过调大第三阀门12的开度，使得用户末端4内部更多的循环水可以通过第三支路9参与循环；相反的，当p2-p1≥0时，则调小第三阀门12的开度，甚至关闭第三阀门12。

另外，对于换热管道30上的第二水泵24来说，也需要实时调节功率大小来匹配，从而降低能耗，其通过第五温度传感器21和第六温度传感器22之间的温度差进行控制，当温度差较大时，第二水泵24功率调小，当温度差较小时，第二水泵24功率调大。

而且，在另一个实施例中，换热板组件可以只包括蒸发冷却机组3，而不包括板式换热器2、换热管道30和第二水泵24，只需要将连接管路6直接与蒸发器25进行换热即可，并将第二支路8并联于与蒸发器25进行换热的管道部分上。

而且上述的蒸发冷却机组3也均可以采用其它冷却机组替换，如风冷机组等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.多冷源冷却系统，包括第一冷源、第二冷源和中央控制器，还包括连通所述第一冷源和所述第二冷源的连接管路，其特征在于，所述连接管路上还设有：

第一支路，其与第一冷源并联且设置有第一阀门；和/或，

第二支路，其与第二冷源并联且设置有第二阀门；

所述第一阀门和第二阀门分别用于切换所述第一支路和第二支路的通断，从而使得连接管路中的循环水流径第一冷源和/或第二冷源。

2.根据权利要求1所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述第一冷源为闭式冷却塔，所述第二冷源为换热板组件。

3.根据权利要求2所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述换热板组件包括板式换热器和蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组至少包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器用于冷却所述板式换热器。

4.根据权利要求1所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述第一冷源为闭式冷却塔，所述第二冷源为蒸发冷却机组，所述蒸发冷却机组至少包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器用于冷却所述连接管路。

5.根据权利要求1所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述连接管路具有至少一个进水口和一个出水口，所述进水口和出水口均与用户末端连通，且所述进水口与出水口之间还设置有第三支路，所述第三支路上设置有第三阀门，所述第三阀门与中央控制器信号连接。

6.根据权利要求5所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述进水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第一压力传感器，所述出水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器均与中央控制器信号连接。

7.根据权利要求5所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述进水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第一温度传感器，所述出水口与第三支路与连接管路的连接点之间设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均与中央控制器信号连接。

8.根据权利要求1所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述第一冷源与连接管路之间设置有第四阀门，所述第二冷源与连接管路之间设有第五阀门，所述第四阀门和第五阀门均与中央控制器信号连接。

9.根据权利要求5所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述进水口与第一冷源之间的连接管路上设置有第一水泵，且所述第一水泵位于第三支路与连接管路的连接点和第二支路与连接管路的连接点之间。

10.根据权利要求9所述的多冷源冷却系统，其特征在于，所述第一冷源和第二冷源之间还设置有第三温度传感器，所述第三支路与连接管道的连接点和第二冷源之间设置有第四温度传感器；

所述第一支路的一端连接于第一水泵与第一冷源之间，另一端连接于第四阀门和第三温度传感器之间；

所述第二支路的一端连接于第三温度传感器与第二冷源之间，另一端连接于第五阀门和第四温度传感器之间。

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