CN217742090U - 具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，包括：吸热组件设置在数据中心中，吸热组件吸收数据的设备中心运行时产生的余热；散热组件与吸热组件相连，散热组件将余热散发至外界；余热回收组件与吸热组件相连，余热回收组件回收余热；控制组件分别与散热组件和余热回收组件相连，控制组件根据用户需求确定复合冷却系统的目标工作模式，并根据目标工作模式控制散热组件和余热回收组件的工作状态。本申请在对数据中心进行降温的同时，可以进行预热回收，经济效益突出，并且结构简单，易于布置，可以进行大范围推广。

Description

具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统

技术领域

本申请涉及能源利用技术领域，特别涉及一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统。

背景技术

数据中心属于耗电大户，消耗的电力大部分转化为低品位余热。如果这些余热不及时散去，数据中心温度过高，会影响数据中心的性能。

相关技术中，采用水冷空调模式，机房中的高温空气通过风机盘管与低温冷冻水进行换热，低温空气循环进入机房室内。冷冻水中吸收的热量通过制冷机组传递给室外冷却水侧，被加温的冷却水在冷却塔中完成与室外空气的散热。

但是，相关技术中，数据机房服务器散失的热量直接由冷冻水带走，通过冷却塔排到室外环境中，无法对余热资源进行利用，浪费了大量的能源。少数具有余热回收能力的数据中心冷却系统需额外配置热泵系统及复杂的管路，无法与原来的冷却系统进行较好的融合，经济效益不突出，施工复杂，无法进行大范围推广，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，以解决具有余热回收能力的数据中心冷却系统需额外配置热泵系统及复杂的管路，无法与原来的冷却系统进行较好的融合，经济效益不突出，施工复杂，无法进行大范围推广等问题。

本申请提供一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，包括：吸热组件，所述吸热组件设置在数据中心中，所述吸热组件吸收所述数据中心中的设备运行时产生的余热；散热组件，所述散热组件与所述吸热组件相连，所述散热组件将所述余热散发至外界；余热回收组件，所述余热回收组件与所述吸热组件相连，所述余热回收组件回收所述余热；控制组件，所述控制组件分别与所述散热组件和所述余热回收组件相连，所述控制组件根据用户需求确定复合冷却系统的目标工作模式，并根据所述目标工作模式控制所述散热组件和所述余热回收组件的工作状态。

可选地，在本申请中，所述控制组件，进一步用于，在所述目标工作模式为冷却散热模式时，控制所述散热组件散发所述余热，且在所述目标工作模式为余热回收模式时，回收所述余热，并将所述热能供于用户。

可选地，在本申请中，所述散热组件包括：第一制冷子件，所述第一制冷子件与所述吸热组件相连，所述第一制冷子件将所述余热通过压缩制冷循环后，输送至所述外界；第二制冷子件，所述第二制冷子件与所述吸热组件相连，所述第二制冷子件将所述余热导热至所述外界。

可选地，在本申请中，所述吸热组件，包括：设置在所述数据中心机柜上的风扇，所述风扇通过强对流的形式将所述数据中心中的设备运行时产生的余热带出；热管背板，所述热管背板中放置制冷剂，所述热管背板将所述余热通过重力式环路传递到所述数据中心外。

可选地，在本申请中，还包括：中间换热器，所述中间换热器一端与所述吸热组件相连，另一端与所述第一制冷子件和所述余热回收组件相连，所述中间换热器利用制冷剂对所述余热进行换热。

可选地，在本申请中，所述第一制冷子件包括：

调控所述第一制冷子件的工作状态的第一阀门；

压缩机；

膨胀阀；

输送所述余热至所述外界的空调冷凝器。

可选地，在本申请中，所述余热回收组件包括：

调控所述余热回收组件的工作状态的第二阀门；

压缩机；

膨胀阀；

回收所述余热的板式换热器。

可选地，在本申请中，所述第二制冷子件包括：

调控所述第二制冷子件的工作状态的第三阀门；

将所述余热导热至所述外界的热管冷凝器。

可选地，在本申请中，在所述目标工作模式为余热回收模式时，所述控制组件进一步用于，控制所述第二阀门为开启状态，第一阀门和第三阀门为关闭状态。

可选地，在本申请中，在所述目标工作模式为冷却散热模式时，所述控制组件进一步用于，控制第一阀门为开启状态，第二阀门和第三阀门为关闭状态；或，控制第二阀门为关闭状态，第三阀门为开启状态的同时，根据用户需求控制第一阀门为开启或关闭状态。

可选地，在本申请中，在所述目标工作模式为冷却散热模式时，所述控制组件进一步用于，

在所述第三阀门为开启状态下，所述第二制冷子件满足冷却需求时，控制所述第一阀门为关闭状态，所述第二制冷子件未满足冷却需求时，控制所述第一阀门为开启状态的同时，根据未满足冷却需求量调节所述第一制冷子件中压缩机的工作频率。

本申请的具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，在数据中心内设置吸热组件，带走数据中心中的设备运行时释放的余热，利用数据中心外部的散热组件和余热回收组件对数据中心进行降温，且在冬季需要用热时，对余热进行回收供给用户，降低供暖开支，避免能源浪费和环境污染，并且吸热组件、散热组件和余热回收组件结构简单，易于与数据中心结合布置，经济效益较高，可以进行大范围推广。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统结构示意图；

图2为根据本申请个实施例提供的一种具体地具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统结构示意图；

图3为根据本申请个实施例提供的另一种具体地具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

图1为根据本申请实施例提供的一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统结构示意图。

如图1所示，该具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统包括：吸热组件 100、散热组件200、余热回收组件300和控制组件400。

吸热组件100，吸热组件设置在数据中心中，吸热组件吸收数据中心中的设备运行时释放的余热。散热组件200，散热组件与吸热组件相连，散热组件将余热散发至外界。余热回收组件300，余热回收组件与吸热组件相连，余热回收组件回收余热。控制组件400，控制组件分别与散热组件和余热回收组件相连，控制组件根据用户需求确定复合冷却系统的目标工作模式，并根据目标工作模式控制散热组件和余热回收组件的工作状态。

可选地，在本申请的一个实施例中，控制组件400，进一步用于，在目标工作模式为冷却散热模式时，控制散热组件散发余热，且在目标工作模式为余热回收模式时，回收余热，并将热能供于用户。

需要说明的是，控制组件400的控制有多种方式，如有线控制或无线控制，或者可以通过人工开启相应的阀门实现相应的功能，或者通过移动端的指令控制相应组件，对此，可以根据实际情况进行设置，不作具体限制。

可以理解的是，本申请的系统包括室内侧和室外侧两部分，室内侧为复合冷却系统的吸热端，室外侧为复合冷却系统的热量传递端。整个系统以氟利昂工质为循环介质，避免水进入机房的危险。压缩循环与机房吸热侧循环不连通，防止长时间运行时，压缩机油进入系统导致整个系统管路被污染的情况，系统可靠性及安全性较高。

可选地，在本申请的实施例中，吸热组件100包括：设置在数据中心机柜上的风扇，风扇通过强对流的形式将数据中心中的设备运行时释放的余热带出；热管背板，热管背板中放置制冷剂，热管背板将余热通过重力式环路传递到数据中心外。

具体地，在一个具体地实施例中，数据中心采用机柜级冷却方式，机柜背板上的风扇通过强制对流形式，利用热风将机柜中服务器产生的热量带出，热风经过热管背板温度下降，热管背板中的制冷剂吸热蒸发，并将热量通过重力式环路热管传递到室外侧。

进一步地，在冷却散热模式下，设置在数据中心内部的吸热组件还可以直接进行数据中心的换热，带走数据中心内的余热。本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，不做具体限定。

可选地，在本申请的一个实施例中，具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统10还包括：中间换热器，中间换热器一端与吸热组件相连，另一端与第一制冷子件和余热回收组件相连，中间换热器利用制冷剂对余热进行换热。

如图2所示，具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统10还设置了中间换热器，作为吸热组件100和散热组件200与余热回收组件300的中间节点。

可选地，在本申请的一个实施例中，散热组件包括：第一制冷子件，第一制冷子件与吸热组件相连，第一制冷子件将余热通过压缩制冷循环后，输送至外界；第二制冷子件，第二制冷子件与吸热组件相连，第二制冷子件将余热导热至外界。

可以理解的是，在本申请的实施例中，室外侧的目标工作模式包括冷却散热模式和余热回收模式，其中，冷却散热模式还包括制冷模式和过渡季复合模式。在冷却散热模式时，本申请的实施例根据具体的工作模式确定第一制冷子件和第二制冷子件的工作状态。

可选地，在本申请的一个实施例中，第一制冷子件包括：

调控第一制冷子件的工作状态的第一阀门，如图2中的阀1；

压缩机；

膨胀阀；

输送余热至外界的空调冷凝器。

可选地，在本申请的一个实施例中，余热回收组件包括：

调控余热回收组件的工作状态的第二阀门，如图2中的阀2；

压缩机；

膨胀阀；

回收余热的板式换热器。

可选地，在本申请的一个实施例中，第二制冷子件包括：

调控第二制冷子件的工作状态的第三阀门，如图2中的阀3；

将余热导热至外界的热管冷凝器。

可以理解的是，在根据用户需求确定复合冷却系统具体的目标工作模式后，根据目标工作模式控制第一阀门、第二阀门和第三阀门的开启或关闭。

可选地，在本发明的一个实施例中，在目标工作模式为余热回收模式时，控制组件进一步用于，控制第二阀门为开启状态，第一阀门和第三阀门为关闭状态。

结合图2所示，在冬季温度较低，办公区域需要供暖时，控制阀2开启，阀 1、阀3关闭。热量通过中间换热器进入热泵系统，该热泵系统由压缩机、板式换热器(冷凝端)、膨胀阀及中间换热器(吸热端)组成。热水管网回水进入板式换热器，与高温工质进行换热后，高温热水流出给办公区供暖。本申请充分利用数据中心在运行过程中释放的大量中低品味余热，通过提高余热品味的方式，在冬季针对办公区域进行供暖。这种供暖方式相较于传统市政管网锅炉供暖，节能效果显著，将间接减少因使用化石燃料产生的温室气体的排放。同时，可节省供热开支，回报周期短、经济效益突出。

可选地，在本发明的一个实施例中，在目标工作模式为冷却散热模式时，控制组件进一步用于，

控制第一阀门为开启状态，第二阀门和第三阀门为关闭状态；或

控制第二阀门为关闭状态，第三阀门为开启状态的同时，根据用户需求控制第一阀门为开启或关闭状态。

可以理解的是，冷却散热模式包括制冷模式和过渡季复合模式，根据不同模式，控制散热组件不同的工作状态。

结合图2所示，在制冷模式下，在夏季环境温度较高时，控制阀1开启，阀 2、阀3关闭。热量通过中间换热器进入制冷循环系统，该制冷循环由压缩机、空调冷凝器(冷凝端)，如管翅式换热器、膨胀阀及中间换热器(吸热端)组成，空调冷凝器处通过风扇将高温空气排出室外。

可选地，在本申请的实施例中，在目标工作模式为冷却散热模式时，控制组件进一步用于，在第三阀门为开启状态下，第二制冷子件满足冷却需求时，控制第一阀门为关闭状态，第二制冷子件未满足冷却需求时，控制第一阀门为开启状态的同时，根据未满足冷却需求量调节第一制冷子件中压缩机的工作频率。

结合图2所示，在过渡季复合模式，在春、秋等过渡季节，控制阀1、阀3 开启，阀2关闭。此时，系统中自然制冷与压缩制冷模式同时启动，制冷剂可通过蒸发器、阀3、热管冷凝器等部件，完成不耗费泵功的自然循环，当自然循环制冷量不足以满足冷却需求时，系统根据机房冷却需求调节制冷循环中压缩机频率，制冷模式开启，制冷剂同时在中间换热器放热，完成蒸发器—中间换热器的循环。复合模式下，热量分别在热管冷凝器及空调冷凝器处散失。这种复合制冷模式可以最大限度利用自然冷源，降低压缩机功率。

该系统将自然冷却循环、制冷循环及热泵循环进行有机结合，在过渡季当室外温度较低时，系统仅依靠重力式热管系统排热，整个系统无泵功消耗，节能效益好。当环境温度升高时，通过改变压缩机频率实现机械制冷模式与自然循环模式的无级切换，最大限度利用自然冷源，完成热量传输。制冷循环及热泵循环共用一套压缩机系统，运行管理简便，初始投资较低。

结合图2所示，在本申请的一个具体实施例中，第一制冷子件和余热回收组件可以共用一个板式换热器，连接在板式换热器的不同接口，从而简化系统布置。如图3所示，展示了另一种复合冷却系统的结构。复合冷却系统的结构中的其他组件也可通用或不通用，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，不作具体限定，

本申请的实施例使系统承担机械制冷模式、复合冷却模式、自然冷却模式、余热回收热泵供暖模式等不同室外环境下的功能切换，完成大温度区间下的机房排热及供暖等多目标需求，充分利用了自然冷源，延长自然冷源利用时间，降低冷却系统能耗。减少系统初始投资，增加系统经济效益。通过设计全氟路系统，保障了系统安全性。

本申请的具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，在数据中心内设置吸热组件，带走数据中心中的设备运行时释放的余热，利用数据中心外部的散热组件和余热回收组件对数据中心进行降温，且在冬季需要用热时，对余热进行回收供给用户，降低供暖开支，避免能源浪费和环境污染，并且吸热组件、散热组件和余热回收组件结构简单，易于与数据中心结合布置，经济效益较高，可以进行大范围推广。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

Claims (7)

1.一种具有余热回收功能的数据中心复合冷却系统，其特征在于，包括：

吸热组件，所述吸热组件设置在数据中心中，所述吸热组件吸收所述数据中心中的设备运行时产生的余热；

散热组件，所述散热组件与所述吸热组件相连，所述散热组件将所述余热散发至外界；

余热回收组件，所述余热回收组件与所述吸热组件相连，所述余热回收组件回收所述余热；以及

控制组件，所述控制组件分别与所述散热组件和所述余热回收组件相连，所述控制组件根据用户需求确定复合冷却系统的目标工作模式，并根据所述目标工作模式控制所述散热组件和所述余热回收组件的工作状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述散热组件包括：

第一制冷子件，所述第一制冷子件与所述吸热组件相连，所述第一制冷子件将所述余热通过压缩制冷循环后，输送至所述外界；

第二制冷子件，所述第二制冷子件与所述吸热组件相连，所述第二制冷子件将所述余热导热至所述外界。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸热组件，包括：

设置在所述数据中心机柜上的风扇，所述风扇通过强对流的形式将所述数据中心中的设备运行时产生的余热带出；

热管背板，所述热管背板中放置制冷剂，所述热管背板将所述余热通过重力式环路传递到所述数据中心外。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：

中间换热器，所述中间换热器一端与所述吸热组件相连，另一端与所述第一制冷子件和所述余热回收组件相连，所述中间换热器利用制冷剂对所述余热进行换热。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一制冷子件包括：

调控所述第一制冷子件的工作状态的第一阀门；

压缩机；

膨胀阀；

输送所述余热至所述外界的空调冷凝器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热回收组件包括：

调控所述余热回收组件的工作状态的第二阀门；

压缩机；

膨胀阀；

回收所述余热的板式换热器。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二制冷子件包括：

调控所述第二制冷子件的工作状态的第三阀门；

将所述余热导热至所述外界的热管冷凝器。

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