专利名称：一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在计算机和数据处理机房中使用的单元式空气调节系统，具体涉及一种具有空气和土壤双冷源型的定点送风式机房空调系统。
背景技术：
由于有大量的电子设备，计算机和数据处理机房常年需要空调系统为其冷却降温。目前，机房空调普遍采用单一的空气源制冷系统，这种制冷系统能量消耗大并且效率较低，特别是夏季室外温度较高时，此类系统制冷工况尤为恶劣；而单一的土壤源机房空调系统常年将热量排向地埋管附近的土壤，长期的热量积聚会造成土壤负荷不平衡，易引起埋管附近土壤温度上升，影响系统的制冷性能。机房空调的送风方式主要为直接送风。这种送风方式冷量分散且无法到达所需冷却的仪器设备，加之沿途损失较大，机房内的仪器设备受冷不均勻，空调系统的总体制冷效率较低。为了加速地下水流动增强地埋管换热器的换热效果，一种复合土壤源系统将地下水抽出后储入蓄水池再通过地埋管钻孔回灌，但抽出的水并没有得到有效利用，更值得注意的是地下水从地埋管钻孔回灌虽然加速地下水的流动，却使地下水的流动方向受到限制。
发明内容针对现有机房空调系统制冷运行中存在的不足之处，本实用新型提供一种空气土壤双冷源型定点送风式机房空调系统，从而达到降低系统的能源消耗、增加系统的能源利用效率和保证机房空调设备全年稳定运行的目的。为了实现上述发明目的，本实用新型采取的技术方案为一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，包括机房空调室内送风单元、空气源系统、两组土壤源系统和加速地下水流动系统，室内送风单元包括蒸发器、表冷器和风管；空气源系统和土壤源系统包括所述蒸发器、压缩机、冷凝器、地埋管换热器和膨胀阀，所述蒸发器和冷凝器各前置一块表冷器；所述蒸发器连接压缩机，所述压缩机通过三通阀与冷凝器、一组地埋管换热器连接，所述冷凝器和第二组地埋管换热器通过另一个三通阀与膨胀阀连接，所述膨胀阀与所述蒸发器连接；加速地下水流动系统包括水泵、取水井、回灌井和相关管路，其中，一台水泵与蒸发器的前置表冷器连接，另一台水泵与冷凝器的前置表冷器连接。可在每台设备的上部设置送风孔板，经孔板定点送风为每台高温设备提供一对一冷却，保证每台设备的均勻冷却。制冷系统的空气源系统与土壤源系统通过三通阀连接。冬季和过渡季节，自动控制系统自动控制三通阀，启动空气源系统；夏季，自动控制系统自动控制电磁阀和三通阀， 启动空气源系统、一组或两组土壤源系统。[0010]当空气源系统启动时，制冷剂从蒸发器出口进入压缩机，再通过三通阀进入风冷冷凝器冷凝，冷凝后经三通阀通过膨胀阀节流，再送至蒸发器入口，如此构成冬季制冷剂的循环。空气在蒸发器内被处理到室内送风状态点，通过孔板向机房内的设备定点送风。蒸发器前置表冷器的作用在于为机房预冷，冷凝器前置表冷器的作用为高温运行的冷凝器降温，从而达到降低冷凝温度的作用。当土壤源系统启动时，制冷剂由蒸发器出口通过三通阀进入压缩机，再进入地埋管进行冷凝，冷凝后经三通阀通过膨胀阀节流，再送入蒸发器入口，如此构成制冷剂循环。 土壤源系统的地埋管铺设在地下水层以下。地埋管采用并联方式垂直铺设，换热效果好且占地面积小。空气在蒸发器内被处理到室内送风状态点，通过孔板向机房内的设备定点送风。所述加速地下水流动的装置由一个抽水井和八个呈星形分布的地下水回灌井构成。抽水井位于两组地埋管附近，夏季工况下启动抽水井中的水泵，抽出的地下水通过蒸发器前置的表冷器，对机房进行预冷后，经水管分为八条线路回灌入距离抽水井一定距离的八个呈星形分布的回灌井中从而有效加速地下水的渗流，提高地埋管的换热效率。本实用新型相对于现有技术有以下六点有益效果1、和单一空气源机房空调相比，本系统在室外环境温度较高的情况下，可以采用土壤源机房空调系统，极其恶劣的工况，还可以开启两组土壤源换热器，借助地下水的流动将热量及时带走，从而保证机房空调设备的全年稳定运行。2、和单一土壤源机房空调相比，本系统在冬季、过渡季节和夏季环境温度不高的情况下，空气源系统运行，可以有效降低地埋管换热器向土壤的大量排热，解决了地埋管附近的土壤异常温升致使土壤源机房空调无法稳定运行的问题。3、由环境温度决定，空气源和土壤源机房空调的联合运行，能有效提高机房空调系统的稳定性，降低系统的能源消耗，大大增加系统的能源利用效率。4、加速地下水流动的装置既有效加速地下水的渗流，提高地埋管的换热效率，又使得抽出的地下水得到了充分利用(布置表冷器)，有效降低了蒸发器和冷凝器的工作负荷。5、回灌井数目多，且根据不同的制冷量设置其与抽水井的距离，有效避免热量聚集到地埋管附近，从而提高了整个系统的效率。6、和格栅等其他送风方式相比，采用孔板定点送风为每台高温设备提供一对一冷却，可以保证每台设备的均勻冷却。
图1是本实用新型的空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统的原理示意图。图2是本实用新型的孔板定点送风口的结构示意图。图3是本实用新型采用的两个三通阀接口示意图。图4是本实用新型的抽水井与地下水回灌井平面布置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。[0025]本实用新实施方式为一组空气源系统与两组土壤源系统并联，自动控制系统根据不同的环境工况控制三通阀，选择启动相应的冷源系统。室内送风单元(蒸发器)和空气源系统的室外空气处理单元(冷凝器)各自增加了一块表冷器，前者表冷器的作用在于为机房预冷，后者表冷器的作用为高温运行的冷凝器降温，从而达到降低冷凝温度的作用。 冬季和过渡季节，可以启动空气源系统对机房进行制冷。夏季一般环境温度工况(30°C以下)，可以通过开启表冷盘管为机房预冷和冷凝器降温的方法，使用空气源系统为机房进行制冷；高环境温度工况下(30°C 40°C)，可启动一组土壤源系统对机房进行制冷，即通过打到地下水以下的地埋管将热量排到低温土壤内，并利用加速地下水流动的装置加速地下水的流动将热量及时带走；极高环境温度工况下(40°C以上)，可启动两组土壤源系统保证机房设备的运行环境要求。根据不同的环境工况使用不同的冷源系统，从而提高整个系统的效率。同时，室内送风部分，在每台设备的上部均设置送风孔板，经孔板定点送风为每台高温设备提供一对一冷却，保证每台设备的均勻冷却，回风部分采用格栅。如图1，冬季和过渡季节，三通阀9和10为直通状态，即AC和DF路径导通(参照图 3)，空气源制冷系统运行，从蒸发器6出来的制冷剂气体，进入压缩机7，压缩为高温高压的制冷剂气体后进入冷凝器12冷凝，冷凝后的制冷剂液体进入膨胀阀8节流为气液两相，进入蒸发器6，完成整个制冷循环。机房1内空气经过蒸发器6处理后进入静压层4，然后通过孔板定点送风口 2定点送风到仪器设备3，为每台高温设备提供一对一冷却，保证每台设备的冷却均勻。夏季环境温度30°C以下的时候，空气源制冷系统运行的同时，开启水泵15抽取地下水，进入蒸发器6前置表冷器5，对机房1进行预冷，从而降低蒸发器6的负荷。开启另外一台水泵14抽取地下水，进入冷凝器12前置表冷器11，对冷凝器12进行降温，降低冷凝温度。根据抽取的地下水水量，进行多点回灌。夏季环境温度在30°C 35°C之间，三通阀9和10为旁通状态，即AB和DE路径导通，土壤源制冷系统运行，从蒸发器6出来的制冷剂气体，进入压缩机7，压缩为高温高压的制冷剂气体进入地埋管换热器(冷凝器)13冷凝，冷凝后的制冷剂液体进入膨胀阀8节流为气液两相，进入蒸发器6，完成整个制冷循环。机房1内空气经过蒸发器6处理后进入静压层4，然后通过孔板定点送风口 2定点送风到仪器设备3，为每台高温设备提供一对一冷却， 保证每台设备的冷却均勻。夏季环境温度40°C以上的时候，电磁阀16和17开启，两组地埋管换热器同时工作。开启水泵15抽取地下水，进入蒸发器6前置表冷器5，对机房1进行预冷，从而降低蒸发器6的负荷。开启另外一台水泵14抽取地下水，进入冷凝器12前置表冷器11，对冷凝器 12进行降温，降低冷凝温度。根据抽取的地下水水量，进行多点回灌.图2为孔板定点送风口的结构示意图。达到室内送风状态点的空气经风管由孔板送风口定点送出，对每台设备进行一对一的冷却。土壤源系统的加速地下水流动的装置由一个抽水井和八个呈星形分布的地下水回灌井构成，见图4。对于制冷量50kW以下的机房空调系统，抽水井20和回灌井21的井间距为500m左右；对于制冷量50kW IOOkW之间的机房空调系统，抽水井20和回灌井19 的井间距为IOOOm左右；对于制冷量在IOOkW以上的机房空调系统，抽水井20和回灌井18 的井间距为1500m以上。
权利要求1.一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，包括机房空调室内送风单元、空气源系统、两组土壤源系统和加速地下水流动系统，其特征在于，室内送风单元包括蒸发器 (6)、表冷器(5)和风管；空气源系统和土壤源系统包括所述蒸发器(6)、压缩机(7)、冷凝器 (12)、地埋管换热器(13)和膨胀阀(8)，所述蒸发器(6)和冷凝器(12)各前置一块表冷器； 所述蒸发器(6)连接压缩机(7)，所述压缩机(7)通过三通阀(9)与冷凝器(12)、一组地埋管换热器连接，所述冷凝器(12)和第二组地埋管换热器通过另一个三通阀(10)与膨胀阀(8) 连接，所述膨胀阀(8)与所述蒸发器(6)连接；加速地下水流动系统包括水泵、取水井、回灌井和相关管路，其中，一台水泵(15)与蒸发器(6)的前置表冷器(5)连接，另一台水泵(14) 与冷凝器(12)的前置表冷器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，其特征在于机房室内每台设备(3)的上部设有送风孔板(2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，其特征在于所述土壤源系统的加速地下水流动装置由一个抽水井和八个呈星形分布的地下水回灌井构成。
4.根据权利要求3所述的一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，其特征在于所述土壤源系统的地埋管采用并联方式垂直铺设。
专利摘要本实用新型公开了一种空气土壤双冷源定点送风式机房空调系统，将空气源系统与土壤源系统并联使用。冬季和过渡季节，可以仅启动空气源系统对机房进行制冷；夏季一般环境温度工况(30℃以下)，可以通过开启表冷盘管为机房预冷和冷凝器降温的方法，使用空气源系统为机房进行制冷；高环境温度工况下(30℃～40℃)，可启动一组土壤源系统对机房进行制冷，即通过打到地下水以下的地埋管将热量排到低温土壤内，并利用加速地下水流动的装置加速地下水的流动将热量及时带走；极高环境温度工况下(40℃以上)，可启动两组土壤源系统保证机房设备的运行环境要求。本实用新型根据不同的环境工况使用不同的冷源系统，从而能提高整个系统的稳定性和能源利用效率。
文档编号F24F13/06GK202149555SQ20112025228
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者吉磊, 张忠斌, 潘亚梅, 黄虎 申请人:南京师范大学