CN219555469U - 数据机房空调及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据机房空调及其控制装置，至少包括室内机、室外机和控制装置，所述室内机包括蒸发器和气体混合器，所述室外机包括压缩机和风冷冷凝器；所述控制装置能对数据机房空调的运行模式进行切换，所述运行模式至少包括压缩制冷模式，所述数据机房空调处于压缩制冷模式时，所述压缩机、所述风冷冷凝器、所述蒸发器和所述气体混合器依次连接形成制冷循环回路。本申请可以实现机房的冷风温度均匀一致，并降低数据机房空调的能耗。

Description

数据机房空调及其控制装置

技术领域

本申请涉及数据中心空气调节领域，特别涉及一种数据机房空调及其控制装置。

背景技术

随着数据中心规模和集成度的发展，服务器设备功率密度与日俱增，热密度增长，就带来了两方面的问题：一方面，机房内消耗的电量大幅度的增长；另一方面，服务器散热问题变得越来越严重，在消耗大量能源；因为冷却调节不够合理，还会因为设备发热而导致设备停机。

传统的机房采用机械制冷，制冷消耗的电能占到机房能耗的35％以上，因此，降低机房空调的能耗和提高机房空调的制冷效果是长久以来技术追求的重点方向。

现有的空调机组在制冷后会直接将冷气送入机房，此方式易导致进入机房内的冷风温度不均匀，造成局部温差太大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种数据机房空调机组及其控制装置，可以实现机房的冷风温度均匀一致，并降低数据机房空调的能耗。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种数据机房空调及其控制装置，至少包括室内机、室外机和控制装置，所述室内机包括蒸发器和气体混合器，所述室外机包括压缩机和风冷冷凝器；所述控制装置能对数据机房空调的运行模式进行切换，所述运行模式至少包括压缩制冷模式，所述数据机房空调处于压缩制冷模式时，所述压缩机、所述风冷冷凝器、所述蒸发器和所述气体混合器依次连接形成制冷循环回路。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括水冷冷凝器、储液器和制冷剂泵，所述水冷冷凝器的进口分别与所述风冷冷凝器及所述蒸发器的出口连接，所述制冷剂泵出口与所述蒸发器进口连接；所述水冷冷凝器的冷却水进出口均与冷却塔连接；蒸发器与压缩机、水冷冷凝器之间连接的管路，以及水冷冷凝器与风冷冷凝器之间连接的管路上均设置有阀门。

作为上述技术方案的进一步改进：所述运行模式还包括氟泵制冷模式，所述数据机房空调处于氟泵制冷模式时，所述水冷冷凝器、所述储液器、所述制冷剂泵、所述蒸发器和所述气体混合器依次连接形成制冷循环回路。

作为上述技术方案的进一步改进：所述运行模式还包括复合制冷模式，所述数据机房空调处于复合制冷模式时，所述压缩机、所述风冷冷凝器、所述水冷冷凝器、所述储液器、所述制冷剂泵、所述蒸发器和所述气体混合器依次连接形成制冷循环回路。

作为上述技术方案的进一步改进：所述风冷冷凝器与所述蒸发器连接的管路上设置有电子膨胀阀，以调控进入所述蒸发器内的液体流量。

作为上述技术方案的进一步改进：所述气体混合器包括壳体及设置于其两端的进气口和出气口，所述壳体具有与所述进气口和出气口均连通的空腔；所述进气口包括空气进管和冷气进管，所述冷气进管与所述蒸发器的其中一个出口连通；所述空气进管的出口端设置有喷嘴，所述喷嘴能将空气汇聚后喷向空腔内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述气体混合器还包括与空气进管连接的阀体。

作为上述技术方案的进一步改进：所述控制装置至少包括温度传感器，所述温度传感器与控制器电连接；所述温度传感器至少具有两个，且分别设置于机房室内和机房室外。

作为上述技术方案的进一步改进：所述控制装置还包括电量采集器，所述电量采集器设置于数据机房的设备上，以监测设备的总发热量。

由此可见，通过设置气体混合器，使冷风与机房内的空气进行混合，获得均匀的目标温度后送入机房冷却服务器设备，能够达到对数据机房空气温度精准控制的效果。由于精准的投入较少的压缩机制冷而满足机房服务器均匀冷却的需求，从而能使得空调机组对能源的消耗降至最低。

同时，本申请通过控制装置对机房空调的运行模式进行切换，能根据不同的需求选择合适的制冷模式，以针对不同情况最大化利用氟泵制冷模式，减小压缩制冷模式的运行时间及压缩机的输出功率，从而降低机房空调的能耗、延长设备使用寿命，达到节能目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种实施方式中数据机房空调运行模式的原理图；

图2是本申请提供的另一种实施方式中数据机房空调运行模式的原理图。

图中：1、压缩机；2、风冷冷凝器；3、蒸发器；4、气体混合器；5、制冷剂泵；6、储液器；7、水冷冷凝器；8、电量采集器；9、温度传感器；10、控制器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。本申请使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”、“第一端”、“第二端”、“一端”、“另一端”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“滑动连接”、“固定”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本实施方式中，具体参见图1所示，一种数据机房空调及其控制装置，机房空调的运行模式包括压缩制冷系统。压缩制冷系统至少包括压缩机1、风冷冷凝器2、蒸发器3和气体混合器4，蒸发器3和气体混合器4设于室内机，压缩机1和风冷冷凝器2设于室外机。

具体地，当压缩制冷模式运行时，室内蒸发器3吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，通过压缩机1压缩后，进入风冷冷凝器2中进行冷却冷凝，冷凝成过冷的制冷剂液体后，回流至蒸发器3内，蒸发器3将液体蒸发成气体后输送至气体混合器4，经气体混合器4流出的气体将直接进入机房内，完成一次制冷循环。如此，送入机房内的冷风通过气体混合器4进行混合，获得均匀的目标温度后送入机房冷却服务器设备，实现对数据机房空气温度的精准控制。

在实际应用中，风冷冷凝器2与蒸发器3连接的管路上设置有电子膨胀阀，以对进入蒸发器3内的液体进行调节流量、降低压力的目的。

在一种可实现的实施方式中，机房空调的运行模式还包括氟泵制冷系统和复合制冷系统。具体参见图2所示，氟泵制冷系统在压缩制冷系统的现有结构上增加了依次连接的水冷冷凝器7、储液器6和制冷剂泵5。水冷冷凝器7的进口分别与风冷冷凝器2及蒸发器3的出口连接，制冷剂泵5出口连接蒸发器3进口管路。水冷冷凝器7的冷源来自于与其连接的冷却塔，不存在热岛效应，能够延长氟泵的使用时间。如此，通过氟泵制冷的方式对机房内进行降温，由于减少压缩机制冷的情况下依然能满足机房服务器均匀冷却的需求，对能源的消耗降低。

为保证机房空调运行模式的切换，蒸发器3与压缩机1、水冷冷凝器7之间连接的管路，以及水冷冷凝器7与风冷冷凝器2之间连接的管路上均设置有阀门，实现对气液的流向进行调控。

气体混合器4要用于使两种不同的气体混合，气体混合器4包括壳体及设置于其两端的进气口和出气口，壳体内具有空腔，两种气体通过进气口进入后，在空腔内进行混合。具体地，进气口具有两个，分别为空气进管和冷气进管，且冷气进管与蒸发器3的其中一个出口连通。

在实际应用中，空气进管的出口端设置有喷嘴，通过喷嘴将空气汇聚后喷出，以冲击混合气体中冷气浓度较高的区域。如此，在喷嘴的气流运动作用下，能使空腔内不均匀的混合气体在运动截面方向产生相对运动，提高了混合气体的混合均匀性。

进一步地，气体混合器4还包括用于控制空气进管内的气体流速和流量的阀体，以能够实现更好的混合均匀性。为了更准确地控制喷嘴的出口气体流速和流量，阀体设置在于空气进管靠近出口的一端。当然，旁通阀还可以设置在旁通管道的中部或者进口处。

更进一步地，阀体为电控蝶阀，电控蝶阀通过控制器自动控制，电动蝶阀启闭方便迅速、省力、流体阻力小，可以经常操作。阀体还可以为闸阀、球阀等，本申请对阀门的类型在此不做限制。

在一种可实现的实施方式中，数据机房内各类设备上分别安装电量采集器8，以实时监测各类设备在各个时刻的总发热量，在数据机房内外均分别设置有多个温度传感器9和多个湿度传感器，确保能实时监测机房内外的温度和湿度。阀门、电子膨胀阀、电量采集器8、温度传感器9和湿度传感器均与控制器10连接，且共同组成控制装置，如此，能够基于监测数据对机房空调的运行模式进行切换，以降低机房空调的能耗、延长设备使用寿命。

以下给出一个具体的控制实例：

利用温度传感器获取机房室内外温度，并设定室内温度需求阈值T1,利用电量采集器获取机房设备的发热量，并设定设备发热量阈值T2,将获取的室内外温度数据与室内温度需求阈值T1进行对比，将获取的机房设备发热量与设定的发热量阈值T2进行对比，并根据对比结果对空调的运行模式进行切换。

当室外温度不满足室内温度需求阈值T1，即室外温度高于室内温度，同时机房内设备(数量≥70％)发热量超过所设定阈值T2时，根据控制器10发出的控制指令，以压缩制冷模式控制数据机房的空调工作。

具体地，参见图1所示，蒸发器3吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，进入压缩机1进行压缩后，进入风冷冷凝器2进行冷却冷凝，冷凝成制冷剂液体后进入蒸发器3进行吸热蒸发，蒸发后的气体中进行汽化，气体经冷气进管进入气体混合器103的空腔内，经过喷嘴将空气与冷气充分混合后，通过出气口排至机房室内。独立运行压缩制冷模式下，制冷剂只经过压缩机1而不经过制冷剂泵5进行循环，冷风通过气体混合器4获得均匀的目标温度后送入机房冷却服务器设备，实现对数据机房空气温度的精准控制及降低数据机房空调的能耗。

当室外温度略高于室内温度需求阈值T1时，即室外温度低于室内温度，机房内部分设备(40％≤设备数量≤70％时)发热量超过所设定阈值T2时，根据控制器10发出的控制指令，以复合制冷模式控制数据机房的空调工作。

具体地，参见图2所示，此时，电子膨胀阀以及蒸发器3与水冷冷凝器7之间连接的管路上设置的阀门均处于关闭状态，蒸发器3与压缩机1、水冷冷凝器7与风冷冷凝器2连接管路上的阀门均处于开启状态。蒸发器3吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，经压缩机1进行压缩后，进入风冷冷凝器2进行冷却冷凝，冷凝成过冷的制冷剂液体后，再依次经过水冷冷凝器7，储液器6，制冷剂泵5后进入蒸发器3进行吸热蒸发，蒸发后的气体经冷气进管进入气体混合器4的空腔内，经过喷嘴将空气与冷气充分混合后，通过出气口排至机房室内。独立运行复合制冷模式下，制冷剂即经过压缩机又经过制冷剂泵进行循环，此时，压缩机1处于部分负荷工作模式，能效比较高，达到节能目的。

当室外温度满足室内温度需求阈值T1，即室外温度较低时，机房内部分设备(设备数量≤40％时)发热量超过所设定阈值T2时，根据控制器10发出的控制指令，以氟泵制冷运行模式控制数据机房的空调工作。

具体地，参见图2所示，此时蒸发器3与水冷冷凝器7连接管道上的阀门处于开启状态，电子膨胀阀以及蒸发器3与水冷冷凝器7、蒸发器3与压缩机1连接管道上的阀门均处于关闭状态。蒸发器3吸收室内热量后，制冷剂蒸发为过热的制冷剂蒸汽，经过水冷冷凝器7的冷却冷凝进入储液器6，而后通过制冷剂泵5增压后进入蒸发器3进行吸热蒸发，蒸发后的气体通过气体混合器4获得均匀的目标温度，通过出气口排至机房室内。独立运行氟泵制冷模式下，制冷剂不经过压缩机1，只经过制冷剂泵5进行循环，减少了压缩机的功率，降低机组总功率，从而实现在减少耗能的情况下对机房服务器设备的均匀降温。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

由以上三种不同节能措施对比可明显得出，本申请基于热能温度平衡的原则实施空调的主动式控制，精确保障了机房内部环境需求温度，实现主动式控制比现有被动式控制有效节能提高近45％-55％，有效达到高效节能的目的。

在本实施方式中，还可以根据数据机房空调的实际运行环境，设定制冷剂的温度阈值T3，便于对制冷剂的温度进行控制。制冷剂在温度阈值T3内进行循环时，能够使蒸发器3的换热较为充分，从而提高蒸发器3的换热效率。

进一步地，可以设定温度阈值T3的偏差额，包括实际温度落入温度阈值范围、实际温度大于温度阈值范围的上限、实际温度小于温度阈值范围的下限三种情况。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据机房空调及其控制装置，至少包括室内机、室外机和控制装置，其特征在于，所述室内机包括蒸发器(3)和气体混合器(4)，所述室外机包括压缩机(1)和风冷冷凝器(2)；

所述控制装置能对数据机房空调的运行模式进行切换，所述运行模式至少包括压缩制冷模式，所述数据机房空调处于压缩制冷模式时，所述压缩机(1)、所述风冷冷凝器(2)、所述蒸发器(3)和所述气体混合器(4)依次连接形成制冷循环回路。

2.根据权利要求1所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，还包括水冷冷凝器(7)、储液器(6)和制冷剂泵(5)，所述水冷冷凝器(7)的进口分别与所述风冷冷凝器(2)及所述蒸发器(3)的出口连接，所述制冷剂泵(5)出口与所述蒸发器(3)进口连接；

所述水冷冷凝器(7)的冷却水进出口均与冷却塔连接；

所述蒸发器(3)与压缩机(1)、水冷冷凝器(7)之间连接的管路，以及水冷冷凝器(7)与风冷冷凝器(2)之间连接的管路上均设置有阀门。

3.根据权利要求2所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述运行模式还包括氟泵制冷模式，所述数据机房空调处于氟泵制冷模式时，所述水冷冷凝器(7)、所述储液器(6)、所述制冷剂泵(5)、所述蒸发器(3)和所述气体混合器(4)依次连接形成制冷循环回路。

4.根据权利要求2所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述运行模式还包括复合制冷模式，所述数据机房空调处于复合制冷模式时，所述压缩机(1)、所述风冷冷凝器(2)、所述水冷冷凝器(7)、所述储液器(6)、所述制冷剂泵(5)、所述蒸发器(3)和所述气体混合器(4)依次连接形成制冷循环回路。

5.根据权利要求1所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述风冷冷凝器(2)与所述蒸发器(3)连接的管路上设置有电子膨胀阀，以调控进入所述蒸发器(3)内的液体流量。

6.根据权利要求1所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述气体混合器(4)包括壳体及设置于其两端的进气口和出气口，所述壳体具有与所述进气口和出气口均连通的空腔；

所述进气口包括空气进管和冷气进管，所述冷气进管与所述蒸发器(3)的其中一个出口连通；

所述空气进管的出口端设置有喷嘴，所述喷嘴能将空气汇聚后喷向空腔内。

7.根据权利要求6所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述气体混合器(4)还包括与空气进管连接的阀体。

8.根据权利要求1所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述控制装置至少包括温度传感器(9)，所述温度传感器(9)与控制器(10)电连接；

所述温度传感器(9)至少具有两个，且分别设置于机房室内和机房室外。

9.根据权利要求8所述的数据机房空调及其控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括电量采集器(8)，所述电量采集器(8)设置于数据机房的设备上，以监测设备的总发热量。