風冷自然冷卻與冷水機組相結(jié)合的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)速度驚人，由此產(chǎn)生的巨額耗電量已然成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展不可回避的問題，亟待解決。作為數(shù)據(jù)中心主要能耗包括四個部分:IT設(shè)備能源消耗、UPS轉(zhuǎn)化能源消耗、制冷設(shè)備能源消耗及照明和新風系統(tǒng)能源消耗。其中，制冷設(shè)備能耗占到數(shù)據(jù)中心總能耗的30%。
[0003]為了降低數(shù)據(jù)中心能耗，一部分專家學(xué)者便提出了免費冷卻(Free Colling)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)。但是由于IDC建成初期，長期處于低負載工況，離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)一般先要安裝一臺小型螺桿式水冷機組或風冷機組作為過渡，以解決離心式冷凍機組在小負荷時容易發(fā)生的喘振問題。再是水冷空調(diào)系統(tǒng)的離心機無論是大型、小型還是螺桿機，電力負荷都很大，一般還需要與其配套獨立的配電室，該配電室和螺桿式水冷機組一是會增加項目投資，二是水冷機組設(shè)備復(fù)雜，維修、保養(yǎng)費用較高。更為重要的是，水冷系統(tǒng)的冷卻塔在寒冷的冬季存在結(jié)凍的高風險，同時由于其需要一定量水源，在缺水地區(qū)同樣存在局限性。例如，申請?zhí)枮镃N201210205485.9利用自然冷卻方式將離心機組與冷卻塔結(jié)合在不同季節(jié)采用不同的制冷方式，該方式適合于氣候溫和且不缺水的地區(qū)。然而，在北方地區(qū)由于冬季夜間最低溫度為-20?-30°C，出現(xiàn)極端天氣時甚至更低溫度時，采用水冷方式冷卻塔必須考慮防凍措施，且防凍效果一般并不理想，為此業(yè)主需向冷卻塔循環(huán)水及管路內(nèi)均加入高濃度的防凍液，其不僅增加業(yè)主方的投資而且對管路和設(shè)備也有腐蝕。另外，在西北等缺水地區(qū)，由于IDC空調(diào)系統(tǒng)需要一年四季運行，因此冷卻塔噴淋會耗費大量淡水資源，在目前國家水資源短缺，提倡節(jié)約用水的大環(huán)境下，該方式在缺水地區(qū)推廣仍有很多顧慮。因此，水冷系統(tǒng)的自然冷卻方式在寒冷地區(qū)和缺水地區(qū)存在其先天性的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種業(yè)主投資少、對設(shè)備及管路無腐蝕且節(jié)能、節(jié)水的風冷自然冷卻與冷水機組相結(jié)合的冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將單獨設(shè)置的自然冷卻機組與風冷冷水機組串聯(lián)在整個空調(diào)水系統(tǒng)中，在不同的室外溫度下，采用不同的運行模式為末端空調(diào)裝置提供滿足設(shè)計參數(shù)要求的冷水。
[0005]本發(fā)明主要包括:自然冷卻機組，風冷冷水機組，末端空調(diào)裝置，水栗，水箱，蓄冷裝置，換熱器以及連接各個裝置設(shè)備的管路和閥門。其中，并列的若干自然冷卻機組(現(xiàn)有的自然冷卻機組或干冷器即可)，其各出水口均通過管路與風冷冷水機組(現(xiàn)有的風冷冷水機組即可)進水口相連，該風冷冷水機組的出水口通過管路與供水環(huán)管進水側(cè)相連。該供水環(huán)管的出水側(cè)通過管路與末端空調(diào)裝置進水口相連，該末端空調(diào)裝置的出水口與回水環(huán)管進水側(cè)通過管路相連，回水環(huán)管出水側(cè)均通過設(shè)有循環(huán)栗的管路與上述各自然冷卻機組的進水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。最好，在回水環(huán)管和進水環(huán)管出水側(cè)各設(shè)一根支管，這兩支管的另一端分別與蓄冷裝置進、出水口連接，即蓄冷裝置進水口與回水環(huán)管連接，蓄冷裝置出水口與供水環(huán)管連接。又在上述自然冷卻機組進、出口管之間設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門V2，在自然冷卻機組進口管上設(shè)置閥門Vl ;在風冷冷水機組進、出口管之間也設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)有閥門V3，在風冷冷水機組出口管上設(shè)置閥門V4，在蓄冷裝置進出口管之間設(shè)置旁通管，在旁通管和進、出口管上均設(shè)置閥門，進口管閥門為V5，出口管閥門為V6，旁通管閥門為V7，以上設(shè)置的閥門可以是電動閥門，也可以是手動閥門。上述每個循環(huán)栗入口處各通過一根支管與同一干管相連，該干管與定壓補水裝置(現(xiàn)有的定壓補水裝置即可)連接，該定壓補水裝置與補水箱等連接。另在供水環(huán)管上設(shè)溫度傳感器，用于監(jiān)測系統(tǒng)供水溫度。
[0006]最好，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上增加一套供、回水環(huán)管及補水定壓裝置并由換熱器相連，其具體結(jié)構(gòu)如下:并列的若干自然冷卻機組(現(xiàn)有的自然冷卻機組或干冷器即可)，其各出水口均通過管路與風冷冷水機組(現(xiàn)有的風冷冷水機組即可)進水口相連，該風冷冷水機組的出水口通過管路與一次側(cè)水系統(tǒng)供水環(huán)管進水側(cè)相連。該一次側(cè)水系統(tǒng)供水環(huán)管的出水側(cè)通過管路與換熱器的一次側(cè)進口相連，該換熱器的一次側(cè)出口又通過管路與一次側(cè)循環(huán)栗相連，該一次側(cè)循環(huán)栗通過管路與一次側(cè)水系統(tǒng)回水環(huán)管進水側(cè)相連，該一次水系統(tǒng)回水環(huán)管出水側(cè)通過管路與上述各自然冷卻機組的進水口相連，構(gòu)成完整的一次側(cè)循環(huán)回路；換熱器的二次側(cè)出口又通過管路與二次側(cè)水系統(tǒng)供水環(huán)管進水側(cè)相連，該二次側(cè)水系統(tǒng)供水環(huán)管出水側(cè)通過管路與末端空調(diào)裝置進水口相連，該末端空調(diào)裝置的出水口與二次側(cè)水系統(tǒng)回水環(huán)管進水側(cè)通過管路相連，該回水環(huán)管出水側(cè)均通過設(shè)有二次側(cè)循環(huán)栗的管路與各自的換熱器二次側(cè)進口相連，構(gòu)成完整的二次側(cè)循環(huán)回路。最好，在一次側(cè)水系統(tǒng)回水環(huán)管和進水環(huán)管的出水側(cè)各設(shè)一根支管，這兩支管的另一端分別與蓄冷裝置進、出水口連接，即蓄冷裝置進水口與回水環(huán)管連接，蓄冷裝置出水口與供水環(huán)管連接。又在上述自然冷卻機組進、出口管之間設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門V2，在自然冷卻機組進口管上設(shè)置閥門Vl ;在風冷冷水機組進、出口管之間也設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)有閥門V3，在風冷冷水機組出口管上設(shè)置閥門V4，在蓄冷裝置進出口管之間設(shè)置旁通管，在旁通管和進、出口管上均設(shè)置閥門，進口管閥門為V5，出口管閥門為V6，旁通管閥門為V7，以上設(shè)置的閥門可以是電動閥門，也可以是手動閥門。上述每個一次側(cè)循環(huán)栗入口處各通過一根支管與同一根一次干管相連，該一次干管與一次側(cè)定壓補水裝置(現(xiàn)有的定壓補水裝置即可)連接，該一次側(cè)定壓補水裝置與一次補水箱等連接。另在一次供水環(huán)管上設(shè)溫度傳感器，用于監(jiān)測系統(tǒng)供水溫度。同理，上述每個二次側(cè)循環(huán)栗入口處各通過一根支管與同一根二次干管相連，該二次干管與二次側(cè)定壓補水裝置(現(xiàn)有的定壓補水裝置即可)連接，該二次側(cè)定壓補水裝置與二次補水箱等連接。另在二次供水環(huán)管上設(shè)溫度傳感器，用于監(jiān)測系統(tǒng)供水溫度。
[0007]本發(fā)明的工作過程簡述如下:自然冷卻機組與冷水機組的運行切換是根據(jù)室外溫度進行判斷的。
[0008]在冬季時，風冷冷水機組關(guān)閉，自然冷卻機組單獨運行。此時，自然冷卻機組進水管上的電動閥門開啟，旁通閥門關(guān)閉，風冷冷水機組旁通閥開啟，風冷冷水機組出口管上的閥門關(guān)閉。在第二種方案下，系統(tǒng)一次側(cè)的循環(huán)水不經(jīng)過冷水機組，僅由自然冷卻機組利用室外天然冷空氣對一次側(cè)循環(huán)水進行降溫，一、二次循環(huán)水通過換熱器進行熱交換，從而保證供向末端空調(diào)裝置的二次側(cè)循環(huán)水溫度達到設(shè)計參數(shù)要求。在第一種方案下，整個系統(tǒng)循環(huán)水不經(jīng)過冷水機組，僅有自然冷卻機組利用室外天然冷空氣對系統(tǒng)循環(huán)水進行降溫，保證供水水溫達到設(shè)計要求后，直接供向末端空調(diào)裝置。
[0009]在夏季時，自然冷卻機組關(guān)閉，風冷冷水機組單獨運行。此時，自然冷卻機組進水管上的電動閥門關(guān)閉，旁通閥門開啟，風冷冷水機組旁通電動閥關(guān)閉，風冷冷水機組出口管上的電動閥門開啟。在第二種方案下，系統(tǒng)一次側(cè)的循環(huán)水不經(jīng)過自然冷卻機組，僅由風冷冷水機組對一次側(cè)循環(huán)水進行降溫，一、二次循環(huán)水通過換熱器進行熱交換，從而保證供向末端空調(diào)裝置的二次側(cè)循環(huán)水溫度達到設(shè)計參數(shù)要求。在第一種方案下，系統(tǒng)循環(huán)水不經(jīng)過自然冷卻機組，僅由冷水機組對循環(huán)水降溫，達到設(shè)計水溫后直接供向末端空調(diào)裝置。
[0010]在春、秋季的過渡季時，自然冷卻機組和風冷冷水機組聯(lián)合運行。此時，自然冷卻機組進水管上的閥門開啟，旁通閥門關(guān)閉，風冷冷水機組旁通閥門關(guān)閉，風冷冷水機組出口管上的閥門開啟，系統(tǒng)循環(huán)水先經(jīng)過自然冷卻機組，再經(jīng)過風冷冷水機組，在過渡季室外溫度較低的工況下，仍單獨由自然冷卻機組為系統(tǒng)制取符合設(shè)計參數(shù)要求的冷水，在流經(jīng)冷水機組時，冷水機組并不工作。當過渡季室外溫度較高時，自然冷卻機組制取的冷水溫度已經(jīng)無法滿足設(shè)計參數(shù)，此時自然冷卻機組作為風冷冷水機組的預(yù)冷器，將循環(huán)水的溫度降低一定程度，剩余的熱量由風冷冷水機組承擔，由冷水機組制取符合設(shè)計參數(shù)要求的冷水。在第二種方案下，一、二次循環(huán)水通過換熱器進行熱交換，從而保證供向末端空調(diào)裝置的二次側(cè)循環(huán)水溫度達到設(shè)計參數(shù)要求。在第一種方案下，自然冷卻機組與冷機聯(lián)合運轉(zhuǎn)制取符合設(shè)計要求的水溫后，直接供向末端空調(diào)裝置。
[0011 ] 在實行晝夜電價差的城市，可以利用夜間電費較低的特點，制取大量系統(tǒng)所需的低溫水并存入蓄冷裝置，待白天用電高峰，電價較高的時段，關(guān)閉制冷機組，利用蓄冷裝置內(nèi)的低溫水為系統(tǒng)供冷。另外，當由于系統(tǒng)制冷機組出現(xiàn)故障或其他不可測的原因?qū)е孪到y(tǒng)環(huán)路水溫升高達不到設(shè)計參數(shù)要求時，作為應(yīng)急方式也可以開啟蓄冷裝置，為系統(tǒng)在線供冷，保證機房在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，仍可以維持室內(nèi)溫度在一定時間內(nèi)符合設(shè)計參數(shù)要求。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果如下:
[0013]1、本發(fā)明使用溫度范圍廣，換熱效果好，本發(fā)明中采用的自然冷卻機組可以在室外溫度16°C以下的環(huán)境工作，在北方大部分地區(qū)可以使用7個月左右的時間，有5個月左右的時間可以單獨使用，完全利用室外天然冷源為系統(tǒng)提供冷負荷；在過渡季夜間，溫度較低時，仍可以單獨使用，在過渡季白天溫度較高時可以作為冷水機組的預(yù)冷器使用，減少冷水機組壓縮機使用頻率，同時使冷水機組處于低功率狀態(tài)運行，因此節(jié)能效果明顯。以IlOOkw制冷量為例，冷水機組的額定功率為300kw左右，本發(fā)明采用的自然冷卻機組功率僅為80kw，經(jīng)統(tǒng)計計算，采用本發(fā)明的系統(tǒng)形式比單獨使用冷機的系統(tǒng)每年每千瓦冷負荷節(jié)省0.08萬元，則對于總冷負荷5000kw的中型IDC機房每年節(jié)電約電費400萬左右。
[0014]2、本發(fā)明全部采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，因此更適合用于嚴寒及寒冷的地區(qū)。無論是開式冷卻塔還是閉式冷卻塔都需要采用噴淋水，則必然需要整個系統(tǒng)采用更為安全的防凍保溫措施，而且還需另設(shè)除冰方案等。因此，與水冷方式相比，本發(fā)明可以為業(yè)主在保溫防凍方面節(jié)省大