CN217160295U

CN217160295U - 一种双冷源数据中心供冷系统

Info

Publication number: CN217160295U
Application number: CN202122985282.3U
Authority: CN
Inventors: 董凯军; 张博博
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2031-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种双冷源数据中心供冷系统，包括自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统；所述自然冷源供冷系统包括冷却塔，所述冷却塔提供第一冷源，所述第一冷源通过空气处理机组热交换对数据中心机柜的回风进行一次冷却；所述含机械制冷的供冷系统包括制冷机组，所述制冷机组提供第二冷源，第二冷源通过空调进行热交换，将一次冷却的回风进行二次冷却后送到数据中心机柜提供冷量；所述自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统分段为数据中心机柜供冷；利用自然冷源高温供冷系统和含机械制冷的低温供冷系统分段供冷，显著提升数据中心供冷系统中自然冷源的全年利用时长和占比，实现自然冷源的大时长利用。

Description

一种双冷源数据中心供冷系统

技术领域

本实用新型涉及自然冷源深度利用和节能技术领域，具体涉及一种双冷源数据中心供冷系统。

背景技术

数据中心是能源消费领域碳排放大户，巨大的能源消耗和高昂的运营成本是行业发展面临的瓶颈问题，严重制约信息产业的快速发展。据统计，2018年我国数据中心年用电量达1609亿kWh，占全社会用电量的2.35％，超过上海市当年全社会用电量。且随着信息产业的发展对数据中心需求的不断增加，据预测至2023年我国数据中心年用电量将达到2668亿kWh，能耗增长60％以上。同时数据中心的能耗成本占总运营成本的60％以上，巨大的能源消耗和高昂的运营成本给运营商造成巨大压力，降低行业的竞争力，严重制约我国信息产业的快速发展，研发新型节能减碳技术成为未来数据中心产业发展的最紧迫需求。

我国数据中心总体能效水平很低，与发达国家存在较大差距，节能空间巨大。电能使用率(PUE＝数据中心总能耗/IT设备能耗)是衡量数据中心能效水平的通用指标，PUE值越小，数据中心能效水平越高。目前美国数据中心平均PUE(电能利用率)约为1.6～1.8，其先进数据中心PUE达到1.2以下，日本部分数据中心PUE可达1.5。而我国数据中心平均PUE大于2.2，有的甚至高达3.0，据统计，我国仍有40万个在运行的高耗能数据中心需要改造，我国的数据中心节能形势非常严峻。

发明内容

为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本实用新型提供一种双冷源数据中心供冷系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种双冷源数据中心供冷系统，包括自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统；

所述自然冷源供冷系统包括冷却塔，所述冷却塔提供第一冷源，所述第一冷源通过空气处理机组热交换对数据中心机柜的回风进行一次冷却；

所述含机械制冷的供冷系统包括制冷机组，所述制冷机组提供第二冷源，第二冷源通过空调进行热交换，将一次冷却的回风进行二次冷却后送到数据中心机柜提供冷量；

所述第一冷源的温度高于第二冷源的温度；

进一步地，所述自然冷源供冷系统包括空气处理机组、蓄冷装置、冷却塔一号、冷却塔二号；所述蓄冷装置通过第一管路和空气处理机组相连接，所述冷却塔二号连接在第一管路中，所述冷却塔一号连接在所述蓄冷装置中。

进一步地，一天中气温处于第一温度时段时，所述冷却塔一号和蓄冷装置组成的水循环回路工作，为蓄冷装置储蓄冷量，同时所述冷却塔二号和空气处理机组组成的水循环回路工作，直接为空气处理机组提供自然冷源冷量。

进一步地，一天中气温处于第二温度时段时，所述冷却塔二号和空气处理机组组成的水循环回路停止工作，蓄冷装置和空气处理机组组成的水循环回路工作，直接为空气处理机组提供蓄冷冷量。

进一步地，所述含机械制冷的供冷系统还包括冷却塔三号、换热器；所述冷却塔三号通过第二管路和制冷机组的冷凝端相连接，制冷机组的蒸发端通过第三管路和空调相连接；所述热换器的一端和第二管路相连接，另一端和第三管路相连接。

进一步地，所述冷却塔三号、换热器和空调三者组成冷却塔三号直供组件；所述冷却塔三号、制冷机组、空调三者组成制冷机组组件。

进一步地，所述制冷机组包括电子膨胀阀和压缩机。

进一步地，所述空气处理机组和空调之间是两台分开设置的设备或者是集成一台设备，连接方式为空气处理机组的空气出口连接精密空调的空气入口

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

本实施例提供的双冷源数据中心供冷系统，利用自然冷源高温供冷系统和含机械制冷的低温供冷系统分段供冷，显著提升数据中心供冷系统中自然冷源的全年利用时长和占比，实现自然冷源的大时长利用。双冷源数据中心供冷系统有效减少了数据中心总电耗中用制冷设备的耗电量，降低了PUE值和数据中心供冷系统的运营成本，引导数据中心走高效、低碳、集约、循环的绿色发展道路。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的双冷源数据中心供冷系统的组成示意图；

图中：1.数据中心机柜；2.精密空调；3.高温空气处理机组；4.蓄冷装置；5.冷却塔一号；6.冷却塔二号；7.冷却塔三号；8制冷机组冷凝端；9.板式换热器；10.制冷机组蒸发端；11.电子膨胀阀；12.压缩机；13.第一管路；14.第二管路；15.第三管路；16.水泵；17.开关阀。

具体实施方式

实施例：

在本实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本实施例的技术方案做进一步的说明。

参阅图1所示，本实施例提供的双冷源数据中心供冷系统主要包括两部分，分别为自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统。该自然冷源供冷系统包括冷却塔，冷却塔提供第一冷源，第一冷源通过空气处理机组热交换对数据中心机柜的回风进行一次冷却。该含机械制冷的供冷系统包括制冷机组，该制冷机组提供第二冷源，第二冷源通过空调2进行热交换，将一次冷却的回风进行二次冷却后送到数据中心机柜1提供冷量；该自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统分段为数据中心机柜1供冷；该第一冷源的温度高于第二冷源的温度，即第一冷源为高温冷源，第二冷源为低温冷源。

由此可见，本实施例提供的双冷源数据中心供冷系统，利用自然冷源高温供冷系统和含机械制冷的低温供冷系统分段供冷，显著提升数据中心供冷系统中自然冷源的全年利用时长和占比，实现自然冷源的大时长利用。双冷源数据中心供冷系统有效减少了数据中心总电耗中用制冷设备的耗电量，降低了PUE值和数据中心供冷系统的运营成本，引导数据中心走高效、低碳、集约、循环的绿色发展道路。

具体地，上述的自然冷源供冷系统包括空气处理机组3、蓄冷装置4、冷却塔一号5、冷却塔二号6以及若干水泵和开关阀；该蓄冷装置4通过第一管路13和空气处理机组3相连接，在第一管路中安装有水泵和开关阀，该冷却塔二号6连接在第一管路13中，该冷却塔一号5连接在该蓄冷装置4中，在冷却塔二号6和第一管路连接的管路中安装有水泵16和开关阀17。

上述的自然冷源供冷系统的供冷方案为：一天中气温较低时段，冷却塔一号5和蓄冷装置4组成的水循环回路工作，为蓄冷装置4储蓄冷量，同时冷却塔二号6和高温空气处理机组3组成的水循环回路工作，直接为高温空气处理机组3提供自然冷源冷量；一天中气温较高时段，冷却塔二号6和高温空气处理机组3组成的水循环回路停止工作，蓄冷装置4和高温空气处理机组3组成的水循环回路工作，直接为高温空气处理机组3提供蓄冷冷量

具体地，上述的含机械制冷的供冷系统还包括冷却塔三号7、板式换热器9以及若干水泵和开关阀；该冷却塔三号7通过第二管路14和制冷机组冷凝端8相连接，制冷机组蒸发端10通过第三管路15和空调2相连接，在第二管路14和第三管路15中安装有水泵16和开关阀17；该板式换热器9的一端和第二管路相连接，另一端和第三管路相连接。该冷却塔三号7、板式换热器9和空调2三者组成冷却塔三号直供组件；该冷却塔三号7、制冷机组、空调2三者组成制冷机组组件。具体地该制冷机组包括电子膨胀阀11和压缩机12。

基于上述系统，本实施例还提出了一种双冷源数据中心供冷系统的运行方法，具体如下：

当外界湿球温度＜m时，该冷却塔三号直供组件工作，冷却塔三号直供组件依次通过两个水循环回路：精密空调2和板式换热器9组成的水循环回路、板式换热器9和冷却塔三号7组成的水循环回路，在精密空调2内部，与来自数据中心机柜1的回风进行热交换，实现自然冷源单独为数据中心机柜供冷。

当m≤外界湿球温度≤n，该自然冷源高温供冷系统和制冷机组组件工作，自然冷源高温供冷系统通过高温空气处理机组3热交换对数据中心机柜1的回风进行一次冷却，具体工作模式为：一天中气温较低时段，冷却塔一号5和蓄冷装置4组成的水循环回路工作，为蓄冷装置4储蓄冷量，同时冷却塔二号6和高温空气处理机组3组成的水循环回路工作，直接为高温空气处理机组3提供自然冷源冷量；一天中气温较高时段，冷却塔二号6和高温空气处理机组3组成的水循环回路停止工作，蓄冷装置4和高温空气处理机组3组成的水循环回路工作，为高温空气处理机组3提供蓄冷冷量，实现低温自然冷源的转移再利用，优化自然冷源的全时调控效率。

制冷机组组件通过制冷机组蒸发端10和精密空调2组成的水循环回路，在精密空调2内部，对来自高温空气处理机组3的出风进行二次冷却，上述整个冷却过程实现了自然冷源高温供冷系统和含机械制冷的低温供冷系统分段为数据中心机柜供冷。

当外界湿球温度＞n时，制冷机组组件通过制冷机组蒸发端10和精密空调2组成的水循环回路，在精密空调2内部，与来自数据中心机柜1的回风进行热交换，实现机械制冷单独为数据中心机柜供冷。

具有地，上述的m值优选范围7～11℃，n值优选范围24～28℃。

综上，本实用新型与现有技术相比，具有如下技术优势：

1、本实用新型提出的一种双冷源数据中心供冷系统，利用自然冷源高温供冷系统和含机械制冷的低温供冷系统分段供冷，显著提升数据中心供冷系统中自然冷源的全年利用时长和占比，实现自然冷源的大时长利用。

2、本实用新型提出的自然冷源高温供冷系统，具有冷却塔直供、蓄冷装置蓄冷和蓄冷装置放冷等多种运行模式，在上述充分延长自然冷源利用时间的基础上，实现低温自然冷源的转移再利用，优化自然冷源的全时调控效率。

3、本发明提出的自然冷源高温供冷系统，提高了数据中心供冷系统中自然冷源的占比，减少了数据中心总电耗中用制冷设备的耗电量，有效降低了PUE值和含机械制冷的低温供冷系统运营成本，引导数据中心走高效、低碳、集约、循环的绿色发展道路。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，包括自然冷源供冷系统和含机械制冷的供冷系统；

所述含机械制冷的供冷系统包括制冷机组，所述制冷机组提供第二冷源，第二冷源通过空调进行热交换，将一次冷却的回风进行二次冷却后送到数据中心机柜提供冷量。

2.如权利要求1所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，所述自然冷源供冷系统包括空气处理机组、蓄冷装置、冷却塔一号、冷却塔二号；所述蓄冷装置通过第一管路和空气处理机组相连接，所述冷却塔二号连接在第一管路中，所述冷却塔一号连接在所述蓄冷装置中。

3.如权利要求2所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，一天中气温处于第一温度时段时，所述冷却塔一号和蓄冷装置组成的水循环回路工作，为蓄冷装置储蓄冷量，同时所述冷却塔二号和空气处理机组组成的水循环回路工作，直接为空气处理机组提供自然冷源冷量。

4.如权利要求3所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，一天中气温处于第二温度时段时，所述冷却塔二号和空气处理机组组成的水循环回路停止工作，蓄冷装置和空气处理机组组成的水循环回路工作，直接为空气处理机组提供蓄冷冷量；所述第二温度时段的温度高于第一温度时段的温度。

5.如权利要求1所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，所述含机械制冷的供冷系统还包括冷却塔三号、换热器；所述冷却塔三号通过第二管路和制冷机组冷凝端相连接，制冷机组蒸发端通过第三管路和空调相连接；所述换热器的一端和第二管路相连接，另一端和第三管路相连接。

6.如权利要求5所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，所述冷却塔三号、换热器和空调三者组成冷却塔三号直供组件；所述冷却塔三号、制冷机组、空调三者组成制冷机组组件。

7.如权利要求5或6所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，所述制冷机组包括电子膨胀阀和压缩机。

8.如权利要求1所述的双冷源数据中心供冷系统，其特征在于，所述空气处理机组和空调之间是两台分开设置的设备或者是集成一台设备，连接方式为空气处理机组的空气出口连接空调的空气入口。