技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模和集成度的發(fā)展，服務(wù)器等it設(shè)備功率密度與日俱增，熱密度急劇增長，為了確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要保持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部365天恒溫恒濕，即數(shù)據(jù)中心需要常年冷卻，通過空調(diào)系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)中心的溫度、濕度、空氣潔凈度等環(huán)境參數(shù)滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)使用規(guī)范，由此產(chǎn)生的巨額能耗已然成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展不可回避的問題。

為了降低數(shù)據(jù)中心能耗，一部分專家學(xué)者便提出了免費(fèi)冷卻(freecooling)的概念。目前，業(yè)內(nèi)人士普遍看好換熱效率高、系統(tǒng)簡單、投資少且節(jié)能效果好的水冷空調(diào)系統(tǒng)。其中，離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)因其具有制冷量大且整個系統(tǒng)的能效比高(一般能效比在4到6之間)等優(yōu)點(diǎn)成為目前新一代大型數(shù)據(jù)中心的首選方案。而建設(shè)單位從投資費(fèi)用角度考慮，多選用配開放式冷卻塔的離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)。

《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中指出，超大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)在氣候寒冷、能源充足的地區(qū)。例如我國的北方地區(qū)，冬季夜間最低溫度可達(dá)-20～-30℃，極端天氣時甚至溫度更低，且低溫持續(xù)時間比較長，非常適合采用免費(fèi)制冷技術(shù)。然而如此巨大的天然優(yōu)勢，卻成為限制離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)使用的主要因素，只因離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)的開放式冷卻塔在寒冷的冬季存在結(jié)冰的高風(fēng)險。如果在北方地區(qū)使用離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)，必須采取防凍措施，為此業(yè)主需向冷卻塔循環(huán)水及管路內(nèi)加入高濃度的防凍液，此舉不僅增加業(yè)主的投資，對設(shè)備和管路也會產(chǎn)生腐蝕，最主要的是防凍效果并不理想，經(jīng)常會因防凍液揮發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致防凍液濃度不足，一旦補(bǔ)充不及時，不論是橫流塔還是逆流塔，都必然會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，造成冷卻塔無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時管路中的工作流體也會轉(zhuǎn)變?yōu)楸苈肪蜁信蛎浟褤p的危險，從而導(dǎo)致安全運(yùn)行和操作風(fēng)險。

除此之外，傳統(tǒng)的離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)還存在以下缺點(diǎn)：(1)冷水機(jī)組和冷卻塔全年365天不間斷運(yùn)行，耗電量大；(2)冷卻塔呈開式，噴淋水與空氣直接交換，噴淋水的飄逸、蒸發(fā)多，耗水量大；(3)開式系統(tǒng)，冬季防凍液揮發(fā)嚴(yán)重，乙二醇消耗量大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種業(yè)主投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、對設(shè)備及管路無腐蝕、節(jié)水、節(jié)電等高效節(jié)能的自然冷卻機(jī)組與離心冷水機(jī)組相結(jié)合的雙冷源制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將自然冷卻機(jī)組與離心式冷水機(jī)組連接在整個空調(diào)水系統(tǒng)中，在不同的室外溫度下，采用不同的運(yùn)行模式，由兩種不同的冷源為末端空調(diào)裝置提供滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求的冷凍水。

本發(fā)明主要包括：開式冷卻塔、離心式冷水機(jī)組、自然冷卻機(jī)組、末端空調(diào)裝置以及連接各裝置設(shè)備的管路和閥門。其中，離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)設(shè)有開式冷卻塔，該冷卻塔出水口通過設(shè)有冷卻水循環(huán)泵的管路與離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)的出水口通過管路與開式冷卻塔進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。

所述離心式冷卻機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)設(shè)有與其并列的風(fēng)冷自然冷卻機(jī)組或干冷器，兩者簡稱為自然冷卻機(jī)組。最好自然冷卻機(jī)組內(nèi)部設(shè)有板式換熱器和水泵。該自然冷卻機(jī)組的出水口通過管路與離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的出水口通過管路與供水環(huán)管進(jìn)水側(cè)相連。該供水環(huán)管的出水側(cè)又通過管路與末端空調(diào)裝置進(jìn)水口相連，該末端空調(diào)裝置的出水口與回水環(huán)管進(jìn)水側(cè)通過管路相連，該回水環(huán)管出水側(cè)又通過設(shè)有冷凍水循環(huán)泵的管路與上述自然冷卻機(jī)組的進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。另在供水環(huán)管上設(shè)置溫度傳感器，用于監(jiān)測系統(tǒng)供水溫度。在上述自然冷卻機(jī)組進(jìn)、出口管之間設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門b，另在自然冷卻機(jī)組進(jìn)口管上設(shè)置有閥門a，在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)、出口管之間也設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門d，另在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上設(shè)置閥門c，以上設(shè)置的閥門可以是電動閥門，也可以是手動閥。所述離心式冷水機(jī)組和自然冷卻機(jī)組與開式冷卻塔的組合，根據(jù)需要設(shè)置1-n組，它們均并列在供水及回水管上。最好供水及回水管采用供水及回水環(huán)管形式。

本發(fā)明的工作過程簡述如下：自然冷卻機(jī)組與離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行是根據(jù)室外溫度進(jìn)行切換的。

在冬季時，開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組關(guān)閉，自然冷卻機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行。此時，自然冷卻機(jī)組進(jìn)水管上的電動閥門a開啟，旁通閥門b關(guān)閉，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)旁通閥門d開啟，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上的閥門c關(guān)閉。該運(yùn)行模式下，系統(tǒng)的循環(huán)水不經(jīng)過離心式冷水機(jī)組，僅由自然冷卻機(jī)組利用室外天然冷空氣對循環(huán)水進(jìn)行降溫，保證供向末端空調(diào)裝置的循環(huán)水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求。

在夏季時，自然冷卻機(jī)組關(guān)閉，開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組運(yùn)行。此時，自然冷卻機(jī)組進(jìn)水管上的電動閥門a關(guān)閉，旁通閥門b開啟，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)旁通電動閥門d關(guān)閉，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上的電動閥門c開啟，該運(yùn)行模式下，系統(tǒng)的循環(huán)水不經(jīng)過自然冷卻機(jī)組，由開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組利用循環(huán)冷卻水對系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)行降溫，保證供向末端空調(diào)裝置的循環(huán)水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求。

在春、秋的過渡季時，自然冷卻機(jī)組、開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組三者聯(lián)合運(yùn)行。此時，自然冷卻機(jī)組進(jìn)水管上的閥門a開啟，旁通閥門b關(guān)閉，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)旁通閥門d關(guān)閉，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上的閥門c開啟，系統(tǒng)循環(huán)水先經(jīng)過自然冷卻機(jī)組，再經(jīng)過離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器。在過渡季室外溫度較低的工況下，開式冷卻塔關(guān)閉，仍單獨(dú)由自然冷卻機(jī)組利用室外天然冷空氣為系統(tǒng)制取符合參數(shù)要求的冷凍水，系統(tǒng)循環(huán)水在流經(jīng)離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器時，冷水機(jī)組并不工作。當(dāng)過渡季室外溫度較高時，自然冷卻機(jī)組制取的冷水溫度無法滿足設(shè)計(jì)參數(shù)，此時自然冷卻機(jī)組作為離心式冷水機(jī)組的預(yù)冷器，將循環(huán)水的溫度降低到一定程度，剩余的熱量由開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組共同承擔(dān)，三者聯(lián)合制取冷水，保證供向末端空調(diào)裝置的循環(huán)水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

1、在冬季和溫度較低的過渡季，完全利用室外低溫空氣制取滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的冷凍水，無需開啟冷卻塔和離心式冷水機(jī)組，大幅度縮短了冷卻塔和冷水機(jī)組的的運(yùn)行時間，節(jié)電、節(jié)水效果顯著。即使在溫度較高的過渡季，自然冷卻機(jī)組依然可以作為冷水機(jī)組的預(yù)冷器使用，提高冷水機(jī)組的制冷效率，降低電耗。以一臺2550kw制冷量的離心機(jī)為例，電功耗為450kw，不采用自然冷卻機(jī)組時年耗電量3942000kwh。采用自然冷卻機(jī)組后，綜合年耗電量為2890800kwh，年節(jié)電1051200kwh，電費(fèi)按1元/度計(jì)，年節(jié)約電費(fèi)105萬。

2、冬季冷卻塔停止運(yùn)行，避免了冷卻塔冬季結(jié)冰帶來的諸多危害，也無需對冷卻塔采取防凍措施，減少防凍液的用量，降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

3、冬季運(yùn)行模式下，水系統(tǒng)采用全封閉循環(huán)管路，可以有效避免防凍液揮發(fā)，減少乙二醇的消耗量。

4、本發(fā)明選用的自然冷卻機(jī)組內(nèi)部設(shè)有板式換熱器和水泵，將循環(huán)冷凍水管路系統(tǒng)分割成一次側(cè)室外管路部分和二次側(cè)室內(nèi)管路部分兩個獨(dú)立的封閉環(huán)路，其中一次側(cè)室外管路只存在于自然冷卻機(jī)組內(nèi)部，大大縮短了一次側(cè)室外管路的長度，冬季運(yùn)行時僅需要對自然機(jī)組內(nèi)部管路部分采取防凍措施，從而大大減少了乙二醇等防凍液的投注量，為業(yè)主節(jié)約了大量成本。

5、與常規(guī)的帶換熱裝置的離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)相比，本發(fā)明將系統(tǒng)所需的板式換熱器和水泵等設(shè)備置于自然冷卻機(jī)組內(nèi)部，為水泵房節(jié)約了板式換熱器和一次循環(huán)泵的布置位置，為業(yè)主節(jié)約了前期土建成本的同時，突破了場地限制，為系統(tǒng)未來擴(kuò)容提供了條件。

5、本發(fā)明控制原理清晰，在不同季節(jié)交替時，僅需控制相應(yīng)閥門即可實(shí)現(xiàn)雙冷源的自由切換，充分利用雙冷源的優(yōu)勢互補(bǔ)，使離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)在北方地區(qū)應(yīng)用推廣成為可能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意簡圖。

圖中：1、開式冷卻塔，2、冷卻水循環(huán)泵，3、離心式冷水機(jī)組，4、自然冷卻機(jī)組，5、冷凍水循環(huán)泵，6、供水溫度傳感器，7、供水環(huán)管，8、回水環(huán)管，9、末端空調(diào)裝置，10、閥a，11、閥b，12、閥c，13、閥d。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。

在圖1所示的自然冷卻機(jī)組與離心冷水機(jī)組相結(jié)合的雙冷源制冷系統(tǒng)流程示意簡圖中，離心式冷水機(jī)組3冷凝器側(cè)設(shè)有開式冷卻塔1，該冷卻塔出水口通過設(shè)有冷卻水循環(huán)泵2的管路與離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)的出水口通過管路與開式冷卻塔進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。所述離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)設(shè)有與其并列的風(fēng)冷自然冷卻機(jī)組4，該自然冷卻機(jī)組為專利號是201620054116.8的《一種集裝箱式的模塊化自然冷卻機(jī)組》，該自然冷卻機(jī)組內(nèi)部設(shè)有板式換熱器和水泵。該自然冷卻機(jī)組的出水口通過管路與離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的出水口通過管路與供水環(huán)管7進(jìn)水側(cè)相連。該供水環(huán)管的出水側(cè)又通過管路與末端空調(diào)裝置9進(jìn)水口相連，該末端空調(diào)裝置的出水口與回水環(huán)管8進(jìn)水側(cè)通過管路相連，該回水環(huán)管出水側(cè)又通過設(shè)有冷凍水循環(huán)泵5的管路與上述自然冷卻機(jī)組的進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。另在供水環(huán)管上設(shè)置溫度傳感器6。在上述自然冷卻機(jī)組進(jìn)、出口管之間設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門b11，另在自然冷卻機(jī)組進(jìn)口管上設(shè)置有閥門a10，在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)、出口管之間也設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門d13，另在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上設(shè)置閥門c12，以上設(shè)置的閥門均為電動閥門。所述離心式冷水機(jī)組和自然冷卻機(jī)組與開式冷卻塔的組合，根據(jù)需要設(shè)置2組，它們均并列在供水及回水環(huán)管上。