CN216790398U - 一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其包括：机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。本实用新型的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统通过结合氟泵自然冷功能与机械制冷功能以及蒸发冷却功能，在室外环境满足开启蒸发冷却运行条件而不满足氟泵开启条件时，将先开启蒸发冷却模块运行，为机械制冷运行降低室外回风温度，降低功耗；当满足氟泵自然冷功能开启条件时，开启氟泵自然冷运行，根据IT负载实际需求，控制模块智能判定是否需进行补冷，结合室外蒸发冷却的应用，进一步拓宽了自然冷运行的区间，最大化实现节能降耗。

Description

一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调制冷技术领域，尤其涉及一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统。

背景技术

当前互联网、物联网和云计算高速发展，而数据中心是信息产业发展的基础，市场需求巨大，大中小型新建数据中心越来越多，数据中心是一种集成供电系统、制冷系统、监控系统等模块的数据中心。在数据中心里，空调的能耗占了总能耗的30％多，占有相当大的比重，随着国家的节能减排政策的推行，节能型的数据中心机房空调产品，可积极响应国家的节能政策，降低数据中心空调系统的制冷功耗，降低PUE值，实现节能降耗，因此空调的节能运行，是各个运营商及数据中心用户节能减排行动的重要突破点。精密空调具有全天候运行的特点，在室外环境温度较低的时候，充分利用自然冷源来代替压缩机运行，是降低机房空调能耗的重要方向。

当前数据中心的节能解决方案，主要有重力型热管系统、氟泵型自然冷系统、新风系统等方式。重力型热管系统分室内侧与室外侧，由气侧管与液侧管进行内外侧连接，通过重力虹吸作用实现换热介质的转移。压缩机串联氟泵型自然冷系统，通过氟泵做为动力原件，当室内外侧温差超过10℃时，可开启氟泵自然冷系统运行辅助制冷；当不满足氟泵运行条件时，关闭氟泵，开启压缩机制冷。新风系统主要为集成精密空调应用，当满足新风应用时，即可开启新风系统，将室外的新风引入室内侧进行降温，室内的部分热气流通过旁通风管排出室外。

以上目前行业常用的节能方式，均存在一定不足与应用缺陷，具体分析如下：

重力型热管系统：由于采用重力做为换热介质的动力源，因此对室外机的安装条件有硬性要求，即室外机安装高度必须高于室内机2米以上，否则热管系统的循环流动将受到很大限制，换热效果不明显，节能效果较差。

压缩机串联氟泵型自然冷系统，对比重力型热管系统，由于增加了氟泵单元，因此整体功耗提高了，对于能效比有一定的衰减；氟泵自然冷的应用模式，必须要求室内外具备一定的换热温差，一般默认10℃，当小于此温差时，换热介质很难产生相态变化，氟泵本身不允许气态介质吸入，会产生气蚀，损坏泵叶，因此大部分应用均限制在北方地区；另外，压缩机与氟泵为串联设计，同时开启运行时，节能效果有限。

新风系统，对于室外环境的空气质量以及环境的相对湿度有较大的要求，当空气质量差，漂浮粒子较多时，或者环境湿度较高时，无法使用新风系统，因此此应用模式在国内适用性相对较差。

因此，现有技术还有待于改进。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，旨在解决现有空调的节能方式存在不足与应用缺陷的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，包括：

机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述机械制冷模块包括室内风机、设置于所述室内风机前端的压缩机蒸发器、通过管道与所述压缩机蒸发器连接的压缩机、通过管道与所述压缩机连接的压缩机冷凝器以及设置于所述压缩机冷凝器后端的室外风机。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述蒸发冷却模块包括接水盘、通过管道与所述接水盘连接的冷却水循环水泵、通过管道与所述冷却水循环水泵连接的喷淋管、设置于所述喷淋管上方的蒸发冷却填料以及设置于所述冷却水循环水泵与所述喷淋管之间的管道上并位于室外机回风滤网之后的预冷盘管。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述氟泵自然冷模块包括通过管道依次连接的自然冷蒸发器、氟泵、自然冷冷凝器；其中，所述氟泵还通过管道分别与室内风机和室外风机连接。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述控制模块包括主控制器以及与所述主控制器电连接的氟泵自然冷模块温度传感器。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述自然冷蒸发器设置于所述压缩机蒸发器与室内机回风滤网之间。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述自然冷冷凝器设置于所述压缩机冷凝器与室外风机之间。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，在所述接水盘上设置有高低水位浮子。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，在所述接水盘上还设置有补水电磁阀和排水电磁阀。

所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其中，所述氟泵自然冷模块温度传感器设置于所述自然冷蒸发器和所述压缩机蒸发器之间。

有益效果：本实用新型提供了一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其包括：机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。本实用新型的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统通过结合氟泵自然冷功能与机械制冷功能以及蒸发冷却功能，在室外环境满足开启蒸发冷却运行条件而不满足氟泵开启条件时，将先开启蒸发冷却模块运行，为机械制冷运行降低室外回风温度，降低功耗；当满足氟泵自然冷功能开启条件时，开启氟泵自然冷运行，根据IT负载实际需求，控制模块智能判定是否需进行补冷，结合室外蒸发冷却的应用，进一步拓宽了自然冷运行的区间，最大化实现节能降耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统结构示意图。

附图标注：室内风机(10)、压缩机蒸发器(11)、压缩机(12)、压缩机冷凝器(13)、室外风机(14)、接水盘(20)、冷却水循环水泵(21)、喷淋管(22)、蒸发冷却填料(23)、预冷盘管(24)、高低水位浮子(201)、补水电磁阀(202)、排水电磁阀(203)、自然冷蒸发器(30)、氟泵(31)、自然冷冷凝器(32)、氟泵自然冷模块温度传感器(40)、室内机回风滤网(50)、室外风机回风滤网(60)。

具体实施方式

本实用新型提供了一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

当前数据中心的节能解决方案，主要有重力型热管系统、氟泵型自然冷系统、新风系统等方式，以上方式均存在一定不足与应用缺陷，重力型热管系统对室外机的安装条件有硬性要求，否则热管系统的循环流动将受到很大限制，换热效果不明显，节能效果较差；压缩机串联氟泵型自然冷系统，整体功耗有所提高，对于能效比有一定的衰减；氟泵自然冷的应用模式，必须要求室内外具备一定的换热温差，一般默认10℃，当小于此温差时，换热介质很难产生相态变化，氟泵本身不允许气态介质吸入，会产生气蚀，损坏泵叶，因此大部分应用均限制在北方地区；新风系统，对于室外环境的空气质量以及环境的相对湿度有较大的要求，在国内适用性相对较差。

基于此，本实用新型提供了一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统。通过采用创新的节能设计方案，在室外环境温度满足一定条件时，充分利用室外自然能源，结合蒸发冷却技术，尽可能缩短机械制冷运行时间，降低压缩机耗功，实现数据中心的高效节能降耗，符合国家对数据中心节能的政策要求。

参见图1，本实用新型提供一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其包括：机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。

本实用新型采用双级冷却技术，即预冷+直接蒸发冷却模式，进一步降低室外环境的回风温度，提高换热效率，降低运行功耗，实现节能；另一方面，通过采用双级冷却技术，增大了室外环境温度场与制冷剂的换热温差，即延长了氟泵自然冷模式的可启用时间，最大化实现自然冷源的利用价值，并且通过结合氟泵自然冷功能与机械制冷功能以及蒸发冷却功能，在室外环境满足开启蒸发冷却运行条件而不满足氟泵开启条件时，将先开启蒸发冷却模块运行，为机械制冷运行降低室外回风温度，降低功耗；当满足氟泵自然冷功能开启条件时，开启氟泵自然冷运行，根据IT负载实际需求，控制模块智能判定是否需进行补冷，结合室外蒸发冷却的应用，进一步拓宽了自然冷运行的区间，最大化实现节能降耗。

在本实施例中，所述机械制冷模块包括室内风机10、设置于所述室内风机10前端的压缩机蒸发器11、通过管道与所述压缩机蒸发器11连接的压缩机12、通过管道与所述压缩机12连接的压缩机冷凝器13以及设置于所述压缩机冷凝器13后端的室外风机14。

具体地，压缩机12安装在空调室内机，为冷媒循环提供动力；压缩机蒸发器11安装在室内风机10前端，开启机械制冷模式时，室内热回风经过蒸发器进行热交换后，送出低温空气进入数据中心进行散热降温；压缩机冷凝器13位于室外机风机前端，室外回风经过冷凝器进行热交换后，温度升高后的空气排出室外。

在本实施例中，所述蒸发冷却模块包括接水盘20、通过管道与所述接水盘20连接的冷却水循环水泵21、通过管道与所述冷却水循环水泵21连接的喷淋管22、设置于所述喷淋管22上方的蒸发冷却填料23以及设置于所述冷却水循环水泵21与所述喷淋管22之间的管道上并位于室外机回风滤网之后的预冷盘管24。

具体地，当满足开启蒸发冷却模式时，室外回风温湿度传感器实时检测室外环境的温度与相对湿度，当室外相对湿度低于预设阈值时，此时循环水泵将开启，通过喷淋管22对蒸发冷却填料23进行喷淋，将室外回风气流的温度进行初步降温。当室外相对湿度高于预设阈值时，此时喷淋模块不开启。

在本实施例中，通过喷淋管喷淋出水雾至蒸发冷却填料上进行降温，在一些其他的实施方式中，所述喷淋管还可以设置于所述蒸发冷却填料的上方，通过喷淋水滴的方式实现降温，通过将喷淋管设置于不同的位置并且在不同位置上设置相应的喷淋方式，可以更快地实现降温效果。

在本实施例中，所述氟泵自然冷模块包括通过管道依次连接的自然冷蒸发器30、氟泵31、自然冷冷凝器32；其中，所述氟泵31还通过管道分别与室内风机10和室外风机14连接。

具体地，所述氟泵自然冷模块具备两种运行状态，其一为氟泵运行模式：当室外湿球温度＜T_set(预设温度)时，开启氟泵模式，喷淋系统开启，压缩机12停止运行；当室外干球温度低于(T_set-ΔT)时，喷淋系统关闭，压缩机12停止运行；其二为混合运行模式：当室外湿球温度≥T_set时，氟泵单元与蒸发冷却模块承担部分空调制冷量输出，剩余空调制冷量由压缩机12进行补充提供。氟泵自然冷模块与机械制冷模块共用室内风机10与室外风机14，但氟泵自然冷模块与机械制冷模块各自单独连接室内风机10和室外风机14，互相不共用。

在本实施例中，所述控制模块包括主控制器以及与所述主控制器电连接的氟泵自然冷模块温度传感器40。

在一些实施方式中，所述控制模块还包括与所述主控制器分别电连接的室内送风温度传感器、室内回风温湿度传感器和室外环境温湿度传感器，其中，所述室内送风温度传感器设置于所述室内风机10处，所述室内回风温湿度传感器设置于所述室内机回风滤网50上，所述室外环境温湿度传感器设置于所述室外机回风滤网60上。

具体地，主控制器接收各类传感器的检测数据，通过内置逻辑控制策略，发送动作指令至各执行器件进行相应的逻辑动作。

在一些实施方式中，所述自然冷蒸发器30设置于所述压缩机蒸发器11与室内机回风滤网之间。

具体地，机房的热回风气流优先经过自然冷蒸发器30后，再经过压缩机蒸发器11；当氟泵自然冷具备开启条件时，热回风气流先与自然冷蒸发器30进行初步热交换，继而由安装在两片盘管之间的温度传感器进行检测，判断经过自然冷蒸发器30换热之后的气流的温度是否符合机房服务器的进风温度要求，如符合，则压缩机12无需开启，进行冷量补充；如不符合，则压缩机12将开启机械制冷，根据送风温度控制，计算所需补冷量，调节合理运行频率，按需供冷。

在一些实施方式中，所述自然冷冷凝器32设置于所述压缩机冷凝器13与室外风机14之间，也就是说室外回风温度优先经过自然冷冷凝器32进行换热后，再经过压缩机冷凝器13。

在一些实施方式中，在所述接水盘20上设置有高低水位浮子201。

在一些实施方式中，在所述接水盘20上还设置有补水电磁阀202和排水电磁阀203。

具体地，冷却水循环水泵21优先将供水经过预冷盘管24之后，再进入喷淋管22，由喷淋管22，喷出水雾，对蒸发冷却填料23进行喷雾实现初步降温，室外回风温度气流优先经过预冷盘管24，与预冷盘管24内部的循环水进行热交换，降温之后的气流再经过蒸发冷却填料23之后，其中的干球温度与湿球温度可实现基本一致，即实现了进一步的温度下降，再经过与自然冷冷凝器32以及压缩机冷凝器13进行热交换之后，最后由冷凝风机排出室外。

在喷淋模式下，接水盘20保持一定的水位，在此种情况下，当开启喷淋装置时，此时接水盘20的水不断通过循环水泵的带动，实现循环流动，经过喷淋装置后，循环水不断被填料蒸发带走，接水盘20的水位会下降，当水位低于预设低水位时，此时高低水位浮子201断开，补水信号导通，外部补水电磁阀202将自动开启，往接水盘20补充新的水源；当补水至水盘上面的高水位电池浮子开关闭合时，此时补水信号关闭，外部补水电磁阀202将自动关闭，不再补水。

当室外环境温度传感器检测到室外环境低于0℃时，此时排水电磁阀203启动将接水盘20的水将排空，防止水盘内部的水结冰，此时循环水泵将停止工作。氟泵自然冷开启运行，可满足IT满负荷制冷运行。

在一些实施方式中，所述氟泵自然冷模块温度传感器42设置于所述自然冷蒸发器30和所述压缩机蒸发器11之间。

综上所述，本实用新型提供了一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其包括：机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。本实用新型采用双级冷却技术，即预冷+直接蒸发冷却模式，进一步降低室外环境的回风温度，提高换热效率，降低运行功耗，实现节能；另一方面，通过采用双级冷却技术，增大了室外环境温度场与制冷剂的换热温差，即延长了氟泵自然冷模式的可启用时间，最大化实现自然冷源的利用价值，并且通过结合氟泵自然冷功能与机械制冷功能以及蒸发冷却功能，在室外环境满足开启蒸发冷却运行条件而不满足氟泵开启条件时，将先开启蒸发冷却模块运行，为机械制冷运行降低室外回风温度，降低功耗；当满足氟泵自然冷功能开启条件时，开启氟泵自然冷运行，根据IT负载实际需求，控制模块智能判定是否需进行补冷，结合室外蒸发冷却的应用，进一步拓宽了自然冷运行的区间，最大化实现节能降耗。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，包括：

机械制冷模块、蒸发冷却模块、氟泵自然冷模块以及控制模块；所述机械制冷模块、所述蒸发冷却模块和所述氟泵自然冷模块均与所述控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述机械制冷模块包括室内风机、设置于所述室内风机前端的压缩机蒸发器、通过管道与所述压缩机蒸发器连接的压缩机、通过管道与所述压缩机连接的压缩机冷凝器以及设置于所述压缩机冷凝器后端的室外风机。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却模块包括接水盘、通过管道与所述接水盘连接的冷却水循环水泵、通过管道与所述冷却水循环水泵连接的喷淋管、设置于所述喷淋管上方的蒸发冷却填料以及设置于所述冷却水循环水泵与所述喷淋管之间的管道上并位于室外机回风滤网之后的预冷盘管。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述氟泵自然冷模块包括通过管道依次连接的自然冷蒸发器、氟泵、自然冷冷凝器；其中，所述氟泵还通过管道分别与室内风机和室外风机连接。

5.根据权利要求4所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述控制模块包括主控制器以及与所述主控制器电连接的氟泵自然冷模块温度传感器。

6.根据权利要求4所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述自然冷蒸发器设置于所述压缩机蒸发器与室内机回风滤网之间。

7.根据权利要求4所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述自然冷冷凝器设置于所述压缩机冷凝器与室外风机之间。

8.根据权利要求3所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，在所述接水盘上设置有高低水位浮子。

9.根据权利要求8所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，在所述接水盘上还设置有补水电磁阀和排水电磁阀。

10.根据权利要求5所述的蒸发冷却氟泵自然冷空调系统，其特征在于，所述氟泵自然冷模块温度传感器设置于所述自然冷蒸发器和所述压缩机蒸发器之间。

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