用于数据中心的空调制冷系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及空调系统领域，更为具体来说，本实用新型涉及一种用于数据中心的空调制冷系统。


背景技术：

[0002]
随着信息产业及社会经济的不断发展，数据中心的建设规模和数量都在高速增长。数据中心的散热量也在飞速攀升，为保证数据中心的正常运行，需全年开启精密空调系统以排出机房内数据中心所产生的热量。
[0003]
随着数据中心的竞争加剧，运营成本的压力增大，如何实现空调冷却系统的节能迫在眉睫。
[0004]
目前，数据中心的空调系统的供回水温差仍按照普通民用的5℃温差设计，较小的水温差使得供水流量增大，供水输配能耗较大。
[0005]
鉴于常规用于数据中心的空调系统初投资较高、运行费用高及能耗高等问题，需要综合考虑空调系统的节能性、优化空调系统的各组成部分，提升整个系统的总效率、降低初投资。


技术实现要素：

[0006]
为解决现有的空调系统的运行能耗高、初投资高、制冷能力的可调节性较局限等问题，本实用新型创新地提供了一种用于数据中心的空调制冷系统，该空调制冷系统加大空调水的供回水温差以减少空调制冷系统的流量，节约系统空调水的输送动力能耗，降低工程初投资和系统运行费用。
[0007]
为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种用于数据中心的空调制冷系统，该空调制冷系统包括冷却水循环泵、冷冻水循环泵、冷水循环泵、空调机组、换热机组、至少两组冷却塔和至少两组冷水机组，多组冷却塔并联，并联的多组冷却塔的冷却水出口通过冷却水供水管与并联的多组冷水机组的冷却水进水口相连，所述冷却水供水管上设有第五阀门，并联的多组冷水机组的冷却水出水口通过冷却水回水管与多组并联的冷却塔的冷却水回水口相连，所述冷却水回水管上设有第四阀门，所述冷却水供水管上设有冷却水循环泵；多组并联的冷却塔的冷却水出口通过冷媒水供水管与所述换热机组的冷媒水进水口连接，所述冷媒水供水管上设有第六阀门，所述换热机组的冷媒水出水口通过冷媒水回水管与多组并联的冷却塔的冷却水回水口相连，所述冷媒水回水管上设有第七阀门，所述冷媒水供水管上设有冷水循环泵；并联或串联的多组冷水机组的冷冻水出水口通过冷冻水供水管与所述空调机组的供水口相连，所述冷冻水供水管上设有第十阀门，所述空调机组的回水口通过冷冻水回水管与并联或串联的多组冷水机组的冷冻水回水口相连，所述冷冻水回水管上设有第十一阀门，所述冷冻水回水管上设有冷冻水循环泵；与所述空调机组连接的多组冷水机组通过多组冷水机组间的阀门来切换串联或并联连接方式；所述空调机组的供水口通过所述冷冻水供水管的支路与所述换热机组的冷冻水出水口相连，所述冷冻水供水
管的支路上设有第八阀门，所述空调机组的回水口通过所述冷冻水回水管的支路与所述换热机组的冷冻水回水口相连，所述冷冻水回水管的支路上设有第九阀门，所述冷冻水循环泵位于所述空调机组和所述换热机组之间；所述空调机组包括换热器，所述换热器包括第一表冷器和第二表冷器，所述第一表冷器和第二表冷器串联，所述第一表冷器的供水口与冷冻水供水管相连，所述第一表冷器的出水口与第二表冷器的进水口相连，第二表冷器的回水口与冷冻水回水管相连，所述空调机组的回风口与数据机房的排风口相连，所述空调机组的送风口与所述数据机房的进风口相连。
[0008]
进一步的，所述第一表冷器与所述第二表冷器形成“八”字形。
[0009]
进一步的，所述第一表冷器和第二表冷器均包括多个翅片和多个换热管，多个翅片平行排布，每个所述翅片上均穿插有多个换热管。
[0010]
进一步的，多个换热管在翅片上全部横向平行排布，或者全部纵向平行排布，或者部分横向排布，或者部分纵向排布。
[0011]
进一步的，所述翅片为平片，所述换热管为蛇形弯管。
[0012]
进一步的，第一表冷器的多个换热管彼此之间通过u型管接头连接，多个换热管形成一个通路；第二表冷器的多个换热管彼此之间通过u型管接头连接，多个换热管形成一个通路。
[0013]
进一步的，所述第一表冷器的出水口高于供水口，所述第二表冷器的进水口高于回水口。
[0014]
进一步的，所述空调机组包括依次连接的回风段、过滤段、换热段和送风段，所述回风段内设有风机，所述过滤段内设有空气过滤器，所述换热段内设有所述换热器。
[0015]
进一步的，所述空气过滤器包括依次连接的初效空气过滤器和中效空气过滤器。
[0016]
进一步的，所述初效空气过滤器为板式初效空气过滤器，所述中效空气过滤器为袋式中效空气过滤器。
[0017]
本实用新型的有益效果为：
[0018]
(1)与现有技术相比，本实用新型提供的用于数据中心的空调制冷系统能根据数据中心的运行环境切换运行模式，即冷源供冷模式，提高空调水中能量的利用率，节约能源；而且多组冷水机组并联或串联，对空调水进行梯级利用，将空调水中所含的能量利用到最大，提高能源利用率。
[0019]
(2)本实用新型提供的用于数据中心的空调制冷系统的换热器包括两个串联的表冷器，加大供回水温差，可以实现供回水温差6℃～15℃。
[0020]
(3)本实用新型提供的用于数据中心的空调制冷系统的供回水温差增大，减少空调水流量，降低空调水的输送动力能耗，降低工程初投资和系统运行费用，提升整个系统的效率和节能性。
附图说明
[0021]
图1为用于数据中心的空调制冷系统的结构示意图。
[0022]
图2为用于数据中心的空调制冷系统在第一种运行模式下的结构示意图。
[0023]
图3为用于数据中心的空调制冷系统在第二种运行模式下的结构示意图。
[0024]
图4为用于数据中心的空调制冷系统在第三种运行模式下的结构示意图。
[0025]
图5为换热器的结构示意图。
[0026]
图6为第一表冷器的前视结构示意图。
[0027]
图7为第一表冷器的后视结构示意图。
[0028]
图中，
[0029]
1、数据机房；2、空调机房；11、回风；12、送风；30、风机；40、空气过滤器；50、换热器；101、第一冷水机组；101’、第二冷水机组； 102、第一冷却塔；102’、第二冷却塔；103、换热机组；104、冷却水循环泵；105、冷水循环泵；106、冷冻水循环泵；107、空调机组；201、第一阀门；202、第二阀门；203、第三阀门；301、第四阀门；301’、第五阀门；302、第六阀门；302’、第七阀门；303’、第八阀门；303、第九阀门；304’、第十阀门；304、第十一阀门；501、第一表冷器；501’、第二表冷器；502、供水口；503、出水口；504、进水口；505、回水口； 601、冷却水回水管；601’、冷却水供水管；602、冷冻水回水管；602’、冷冻水供水管；6020、冷冻水回水管的支路；6020’、冷冻水供水管的支路；603、冷媒水供水管；603’、冷媒水回水管；5010、翅片；5011、换热管；5012、u型管接头；1071、回风段；1072、过滤段；1073、换热段； 1074、送风段。
具体实施方式
[0030]
下面结合说明书附图对本实用新型提供的一种用于数据中心的空调制冷系统进行详细的解释和说明。
[0031]
本实用新型所涉及的数据中心是一整套复杂的设施，它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备(例如通信和存储系统)，还包含冗余的数据通信连接相关设备、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置，而这些装置往往需要在合适的温度下进行工作；但是，数据中心在运行时，各个设备会或多或少地产生热量，而这些热量会影响数据中心正常运行，鉴于此，本实用新型提供了用于数据中心的空调制冷系统，从而较好地解决数据中心的散热问题。
[0032]
如图1所示，本实施例具体公开了一种用于数据中心的空调制冷系统，该空调制冷系统包括冷却水循环泵104、冷冻水循环泵106、冷水循环泵 105、空调机组107、换热机组103、至少两组冷却塔和至少两组冷水机组，多组冷却塔并联，多组冷却塔同时提供冷却水，提高工作效率，增加冷却水中能量的利用率；多组冷水机组与冷却塔连接的一端并联，多组冷水机组与空调机组107连接的一端并联或串联，冷水机组间通过阀门的控制来实现并联或串联连接方式的切换，以两组冷水机组为例，如图1所示，打开第一阀门201和第二阀门202、关闭第三阀门203时，第一冷水机组101 和第二冷水机组101’并联；打开第三阀门203、关闭第一阀门201和第二阀门202时，第一冷水机组101和第二冷水机组101’串联，对冷冻水梯级降温。在系统运行时冷水机组可以各自独立运行，多种冷水机组连接的运行方式可使用于数据中心的空调制冷系统制造出不同温度的冷冻水。当用于数据中心的空调制冷系统冷负荷降低时或系统中其中一组冷水机组出现故障时，可实现单机大温差独立运行。
[0033]
并联的多组冷却塔的冷却水出口通过冷却水供水管601’与并联的多组冷水机组的冷却水进水口相连，冷却水供水管601’上设有第五阀门 301’，并联的多组冷水机组的冷却水出水口通过冷却水回水管601与多组并联的冷却塔的冷却水回水口相连，冷却水回水管601上设有第四阀门 301，冷却水供水管601’上设有冷却水循环泵104；并联的多组冷水机组与并联的多组冷却塔形成循环回路，经多组并联的冷却塔冷却后的冷却水由冷却水循
环泵104流经冷却水供水管601’送入并联的多组冷水机组内，带走冷水机组的冷凝器的热量，再由冷却水循环泵104流经冷却水回水管 601送回多组并联的冷却塔内再次进行降温。
[0034]
多组并联的冷却塔的冷却水出口通过冷媒水供水管603与换热机组 103的冷媒水进水口连接，冷媒水供水管603上设有第六阀门302，换热机组103的冷媒水出水口通过冷媒水回水管603’与多组并联的冷却塔的冷却水回水口相连，冷媒水回水管603’上设有第七阀门302’，冷媒水供水管603上设有冷水循环泵105；并联的多组冷却塔与换热机组103形成循环回路，冷冻水经多组冷却塔冷却后制取的冷媒水由冷水循环泵105 流经冷媒水供水管603送入换热机组103内与空调末端侧冷冻水进行换热。
[0035]
并联或串联的多组冷水机组的冷冻水出水口通过冷冻水供水管602’与空调机组107的供水口502相连，冷冻水供水管602’上设有第十阀门 304’，空调机组107的回水口505通过冷冻水回水管602与并联或串联的多组冷水机组的冷冻水回水口相连，冷冻水回水管602上设有第十一阀门304，冷冻水回水管602上设有冷冻水循环泵106；与空调机组107连接的多组冷水机组通过多组冷水机组间的阀门来切换串联或并联连接方式；并联或串联的多组冷水机组与空调机组107形成循环回路，经冷水机组制取的冷冻水由冷冻水循环泵106通过冷冻水供水管602’送入空调机组107内，与数据机房1内的空气进行换热，换热后的冷冻水由冷冻水循环泵106经冷冻水回水管602再次进入冷水机组进行制冷。
[0036]
空调机组107的供水口502通过冷冻水供水管602’的支路6020’与换热机组103的冷冻水出水口相连，冷冻水供水管的支路6020’上设有第八阀门303’，空调机组107的回水口505通过冷冻水回水管602的支路6020与换热机组103的冷冻水回水口相连，冷冻水回水管的支路6020 上设有第九阀门303，冷冻水循环泵106位于空调机组107和换热机组103 之间；换热机组103与空调机组107形成循环回路；经换热机组103换热后的冷冻水由冷冻水循环泵106经冷冻水供水管的支路6020’送入空调机组107内，与数据机房1内的空气进行换热，换热后的冷冻水由冷冻水循环泵106经冷冻水回水管的支路6020再次进入换热机组103内进行换热。
[0037]
基于以上各循环回路，本实用新型的空调制冷系统具备多种运行模式，通过控制循环回路上阀门和水泵的开闭实现运行模式的切换，每种运行模式包含两个循环回路，可以根据数据中心所在的运行环境来切换运行模式。以两组冷却塔即第一冷却塔102和第二冷却塔102’、两组冷冻机组即第一冷冻机组101和第二冷冻机组101’为例，具体的切换方式如下：
[0038]
如图2所示，第一种运行模式：数据中心在夏季春夏过渡季和夏秋过渡季运行时，采用机械制冷，打开第一阀门201和第二阀门202、关闭第三阀门203，使得第一冷冻机组101和第二冷冻机组101’与空调机组107 连接的一端并联，打开第四阀门301、第五阀门301’、第十阀门304’和第十一阀门304，关闭第六阀门302、第七阀门302’、第八阀门303’和第九阀门303，使并联的第一冷水机组101和第二冷水机组101’通过冷却水供水管601’、冷却水回水管601和冷却水循环泵104与并联的第一冷却塔102和第二冷却塔102’形成循环回路，并联的第一冷水机组101 和第二冷水机组101’通过冷冻水供水管602’、冷冻水回水管602和冷冻水循环泵106与空调机组107形成循环回路；经第一冷却塔102和第二冷却塔102’冷却后的冷却水经冷却水循环泵104送入并联的第一冷水机 101和第二冷水机组101’内，带走第一冷水机101和第二冷水机组101’的冷凝器的热量，再由冷却水回水管601送回第一冷却
塔102和第二冷却塔102’内再次进行散热降温；经第一冷水机101和第二冷水机组101’制取的冷冻水通过冷冻水供水管602’送入空调机组107内，与数据机房 1的空气进行换热，换热后的冷冻水通过冷冻水循环泵106流经冷冻水回水管602再次进入第一冷水机101和第二冷水机组101’进行制冷。
[0039]
如图3所示，第二种运行模式：数据中心在夏季春夏过渡季和夏秋过渡季运行时，采用机械制冷，打开第三阀门203、关闭第一阀门201和第二阀门202，使得第一冷冻机组101和第二冷冻机组101’与空调机组107 连接的一端串联，对冷冻水梯级利用，打开第四阀门301、第五阀门301’、第十阀门304’和第十一阀门304，关闭第六阀门302、第七阀门302’、第八阀门303’和第九阀门303，使并联的第一冷水机组101和第二冷水机组101’通过冷却水供水管601’、冷却水回水管601和冷却水循环泵 104与并联的第一冷却塔102和第二冷却塔102’形成循环回路，串联的第一冷水机组101和第二冷水机组101’通过冷冻水供水管602’、冷冻水回水管602和冷冻水循环泵106与空调机组107形成循环回路，经第一冷却塔102和第二冷却塔102’冷却后的冷却水经冷却水循环泵104送入第一冷水机组101和第二冷水机组101’内，带走第一冷水机组101和第二冷水机组101’的冷凝器的热量，再流经冷却水回水管601送回第一冷却塔102和第二冷却塔102’内再次进行散热降温；经第一冷水机组101 和第二冷水机组101’制取的冷冻水通过冷冻水供水管602’送入空调机组107内，与数据机房1的空气进行换热，换热后的冷冻水流经冷冻水回水管602再次进入串联的第一冷水机组101和第二冷水机组101’进行制冷。
[0040]
在夏季春夏过渡季和夏秋过渡季运行时，更优选第二种运行模式，能实现冷冻水的梯级利用，节约更多的能源。
[0041]
如图4所示，第三种运行模式：数据中心在冬季运行时，采用自然冷源对冷却塔中的水进行冷却，关闭第四阀门301、第五阀门301’、第十阀门304’和第十一阀门304，打开第六阀门302、第七阀门302’、第八阀门303’和第九阀门303，并联的第一冷却塔102和第二冷却塔102’通过冷媒水供水管603、冷媒水回水管603’和冷水循环泵105与换热机组103形成循环回路，换热机组103通过冷冻水供水管602’的支路6020’、冷冻水回水管602的支路6020和冷冻水循环泵106与空调机组107形成循环回路；冷冻水经并联的第一冷却塔102和第二冷却塔102’冷却后制取的冷媒水经冷水循环泵105流经冷媒水供水管603送入换热机组103与空调末端侧冷冻水进行换热，换热后的冷冻水通过冷冻水循环泵106流经冷冻水供水管602’的支路6020’送入空调机组107内，与数据机房1的空气进行换热，换热后的冷冻水通过冷冻水循环泵106流经冷冻水回水管602的支路6020再次进入换热机组103内进行换热。
[0042]
以上各模式充分利用了空调水的能量，提高能源利用率，节能环保。
[0043]
如图1～5所示，空调机组107包括换热器50，换热器50包括第一表冷器501和第二表冷器501’，第一表冷器501和第二表冷器501’串联，第一表冷器501的供水口502与冷冻水供水管602’相连，第一表冷器501 的出水口503与第二表冷器501’的进水口504相连，第二表冷器501’的回水口505与冷冻水回水管602相连，第一表冷器501的出水口503高于供水口502，第二表冷器501’的进水口504高于回水口505，阴影箭头为空气的流向，实线箭头为水的流向，混合空气流向与水流向不同向，以提高用于数据中心的空调制冷系统的换热效果和供回水温差，达到最大的冷却效果。空调机组107的回风口与数据机房1的排风口相连，空调机组107的送风口与数据机房1的进风口相连。
[0044]
第二表冷器501’的回水口505也可以用作供水口，与冷冻水供水管相连，相应的，第一表冷器501的供水口502用作回水口，与冷冻水回水管相连。
[0045]
第一表冷器501与第二表冷器501’形成“八”字形，即第一表冷器 501和第二表冷器501’均倾斜一定角度，增大与空气的接触面积，提高换热效率。
[0046]
当空气经第一表冷器换热时与常规空调换热原理相同除降低室内循环空气温度外可以同时实现除湿的功能，第二表冷器的供水温度为12℃，与数据机房内空气再次进行热交换对冷冻水内能量再一次被利用。
[0047]
空调制冷系统设计时冷冻水循环泵与冷却水循环泵的流量基本计算公式为：
[0048]
q＝cgδt
[0049]
其中，q为设计空调负荷；c为水的比热；g为空调水流量；δt为设计空调供回水温差；
[0050]
由上式可得出空调水的冷冻水循环泵流量、冷却水循环泵流量均和供回水温差成反比；
[0051]
在空调系统设计时空调系统水流量计算公式为：
[0052][0053]
其中，g为空调水流量；q为设计空调负荷；δt为设计空调供回水温差；
[0054]
得知流量与温差成反比，对于同样的负荷当温差增加一倍时所需水量为原来的1/2；
[0055]
当两台水泵输送流体且转速相同时，水泵扬程h、流量g、功率n关系如下：
[0056][0057]
式中：h和h’分别表示冷冻水温差改变前后水泵扬程；g和g’为冷冻水温差改变前后水泵流量；n和n’为冷冻水温差改变前后水泵功率；
[0058]
当时，可以得到δn＝n
’-
n＝(1-0.315)n＝0.685；因此，空调冷冻水在管道中所消耗功率的节电率将达到68％左右，系统管道规格相应降低、水泵容量及初投资将有明显的减少空间。
[0059]
第一表冷器501和第二表冷器501’均包括多个翅片5010和多个换热管5011，多个翅片5010平行排布，每个翅片5010上均穿插有多个换热管5011。翅片5010为平片，换热管5011为蛇形弯管。如图6所示，多个换热管5011在翅片5010上可以全部横向平行排布，或者全部纵向平行排布，或者部分横向排布，或者部分纵向排布。如图7所示，第一表冷器501的多个换热管彼此之间通过u型管接头5012连接，将多个换热管形成一个通路，第二表冷器501’的多个换热管彼此之间通过u型管接头 5012连接，将多个换热管形成一个通路，加长冷冻水流程，从而增加供回水的温差。通过换热管5011内流动的冷冻水把流经表冷器的空气冷却，达到降温的目的。当空气经第一表冷器换热时与常规空调换热原理相同，第二表冷器与空气再次进行热交换对冷冻水内能量再一次利用，实现能量的梯级利用，同时加大用于数据中心的空调制冷系统调节的温差，冷冻水温差能达到6℃～15℃。供回水温差增大从而降低循环水量，降低用于数据中心的空调制冷系统内供回水管道的选用规格，管道的管
径减小，同时对应水泵能耗降低，减少初投资和运行能耗。
[0060]
空调机组107包括依次连接的回风段1071、过滤段1072、换热段1073 和送风段1074，回风段1071内设有风机30，过滤段1072内设有空气过滤器40，换热段1073内设有换热器50。空调机组107的回风口与数据机房的排风口相连，空调机组107的送风口与数据机房1的进风口相连。数据机房1的回风11经数据机房1的排风口即数据机房1与空调机房2隔墙上的百叶窗进入空调机组107的回风段1071，经回风段1071内的风机 30送入到过滤段1072，过滤段内1072的空气过滤器40对空气过滤，过滤后的纯净空气进入换热段1073与换热器50进行换热冷却，冷却后的送风12经送风段1074流经数据机房1的进风口送入数据机房1内，对数据中心进行降温散热。
[0061]
空气过滤器40包括依次连接的初效空气过滤器和中效空气过滤器，初效空气过滤器为板式初效空气过滤器，中效空气过滤器为袋式中效空气过滤器。回风11依次经过初效空气过滤器和中效空气过滤器过滤，过滤除去空气中的灰尘等微粒和杂质，纯净的空气进入换热段进行换热冷却，提高空气的洁净度。
[0062]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0063]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“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实用新型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多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。
[0065]
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。在本实用新型的描述中，“多个”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。
[0066]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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