数据中心用封闭热通道‑全回风干空气能中央空调系统的制作方法

本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统。

背景技术：

在国家大力倡导节能减排的大环境下，节约数据中心空调系统能耗尤为重要。现有的部分数据中心空调采用架高地板下送风的方式，完全依靠精密空调独揽数据中心内的全部负荷，能量消耗巨大。也有些数据中心内采用新风与蒸发冷却降温联合的技术，这种技术的优势在于能大大降低暖通系统的费用，降低PUE值，但是由于蒸发冷却易受到季节性和地域性影响，在夏季极端天气情况下难以保证其降温效果。

数据中心内的环境具有回风温度高及干湿球温差大的特点，特别适合利用蒸发冷却技术处理回风，以达到对数据中心降温、加湿和净化的要求，但考虑到数据中心后期需要不断增容，单靠蒸发冷却无法满足后期的供冷需求，因此必须适当增加机械制冷装置来满足供冷需求，但是机械制冷装置的大量使用容易导致数据中心内气流组织混乱，冷热掺混现象严重，导致冷却效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统，能有效保证数据中心全年供冷需求，能避免数据中心内出现气流组织混乱的现象，还能根据不同的气象条件实现三种运行模式的合理调节。

本发明所采用的技术方案是，数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统，包括有干空气能中央空调机组，干空气能中央空调机组通过回风管与数据中心连接，干空气能中央空调机组能回收数据中心内的回风并对回风进行处理，使其变成符合送风条件的空气；干空气能中央空调机组还通过送风管与数据中心连接，符合送风条件的空气能经送风管和机房送风口送入数据中心内。

本发明的特点还在于：

数据中心内的上层为吊顶层，整个吊顶层形成回风通道；吊顶层的一侧壁上设置有机房排风口，干空气能中央空调机组通过回风管与该机房排风口连接；数据中心内设置有多个服务器机柜组，每个服务器机柜组由两个服务器机柜构成，且两个服务器机柜出风侧呈相对设置，在两个服务器机柜的出风侧之间形成封闭热通道，每条封闭热通道均与回风通道连通，用于将服务器机柜排出的热风经封闭热通道送入回风通道中，每个服务器机柜的进风侧形成冷风通道；数据中心的侧墙下部设置有机房送风口，干空气能中央空调机组通过送风管与该机房送风口连接，机房送风口能实现弥漫送风，从而将经干空气能中央空调机组处理后符合送风条件的空气送至每个服务器机柜的冷风通道，用于冷却服务器机柜内的服务器。

干空气能中央空调机组，包括有机组壳体，机组壳体内分隔成上、下布置的两个风道；上风道的结构为：机组壳体相对的两侧壁上分别设置有二次风进风口、二次风排风口，二次风进风口与二次风排风口之间依次设置有袋式初效过滤器b、第一直接蒸发冷却单元、二次风室、涡旋式压缩机、风冷式冷凝器、节流阀及二次排风机；下风道的结构为：机组壳体相对的两侧壁上分别设置有回风进风口和送风口，回风进风口与回风管连接，送风口与送风管连接；回风进风口与送风口之间依次设置有袋式初效过滤器a、盘管间接蒸发冷却器、回风室、第二直接蒸发冷却单元、直接膨胀式蒸发器及送风机；袋式初效过滤器b与袋式初效过滤器a联合构成空气过滤单元；第一直接蒸发冷却单元与盘管间接蒸发冷却器经连接构成直接-盘管间接蒸发冷却单元；二次风室与回风室联合构成新/回风混合单元，且在回风室内设置有预热器，回风室对应的机组壳体侧壁上设置有空调回风口；涡旋式压缩机、风冷式冷凝器、节流阀及直接膨胀式蒸发器经铜管依次连接构成闭合回路形成机械制冷蒸发器/冷凝器单元；二次排风机和送风机联合构成风机单元。

第一直接蒸发冷却单元，包括有直接蒸发冷却填料b，直接蒸发冷却填料b的上方设置有布水单元；直接蒸发冷却填料b的出风侧设置有填料式挡水板b，直接蒸发冷却填料b和填料式挡水板b的下方设置有集水箱，集水箱通过蓄水管与盘管间接蒸发冷却器连接，蓄水管上设置有循环水泵b，盘管间接蒸发冷却器还通过供水管a与布水单元连接。

布水单元由布水管和多个均匀设置于布水管上且面向直接蒸发冷却填料b喷淋的喷嘴构成；布水管与供水管a连接。

第二直接蒸发冷却单元，包括有直接蒸发冷却填料a，直接蒸发冷却填料a的上方设置有喷淋单元；直接蒸发冷却填料a的出风侧设置有填料式挡水板a，直接蒸发冷却填料a和填料式挡水板a的下方设置有蓄水槽，蓄水槽通过第二供水管b与喷淋单元连接，第二供水管b上设置有循环水泵a。

喷淋单元由喷淋供水管和多个均匀设置于喷淋供水管上且面向直接蒸发冷却填料a喷淋的喷头组成，喷淋供水管与第二供水管b连接。

送风管和回风管均为铝制风管，且送风管和回风管外壁均敷设有保温层。

封闭热通道配设有钢化玻璃防火门。

二次排风机和送风机均为离心式变频风机。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统具有结构简单的优点，与现有水冷冷冻水型空调系统相比，省去了冷却塔、板式换热器等设备以及复杂的管网系统，运行维护较方便；除此之外，将本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统应用于数据中心内时，数据中心中无需架设防静电地板，降低了工程造价。

(2)本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统是将蒸发冷却技术与机械制冷技术结合起来，能根据数据中心内的温、湿度波动情况，灵活开启机组不同功能段，实现三种不同的运行模式。

(3)本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统内采用了填料式直接蒸发冷却器，能为机械制冷系统内的冷凝器提供低于室外空气温度的冷风，进而能在一定程度上降低冷凝温度，使输入功率减小，制冷量增加，同时又由于填料式直接蒸发冷却器消耗的电能较少，最终使得系统的COP有较大提高。

(4)本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统能处理全回风，不直接引入新风，能使数据中心内含尘浓度较低，保证了数据中心内洁净度的要求，同时对空调机组过滤要求能适当降低，减少了空气过滤的代价。

(5)本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统内采用封闭热通道，将数据中心内冷热气流隔离，避免了冷热气流的掺混现象，对数据中心内冷却的更加均匀。

附图说明

图1是本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统的结构示意图；

图2是本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统内干空气能中央空调机组的结构示意图。

图中，A.空气过滤单元，B.直接-盘管间接蒸发冷却单元，C.新/回风混合单元，D.机械制冷蒸发器/冷凝器单元，E.风机单元；

1.干空气能中央空调机组，2.送风管，3.机房送风口，4.服务器机柜，5.封闭热通道，6.吊顶层，7.机房排风口，8.回风管，9.回风进风口，10.袋式初效过滤器a，11.盘管间接蒸发冷却器，12.预热器，13.空调回风口，14.直接蒸发冷却填料a，15.循环水泵a，16.填料式挡水板a，17.直接膨胀式蒸发器，18.送风机，19.送风口，20.二次风进风口，21.袋式初效过滤器b，22.循环水泵b，23.直接蒸发冷却填料b，24.填料式挡水板b，25.涡旋式压缩机，26.风冷式冷凝器，27.节流阀，28.二次排风机，29.二次风排风口，30.蓄水管，31.供水管a，32.供水管b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统，其结构如图1所示，包括有干空气能中央空调机组1，干空气能中央空调机组1通过回风管8与数据中心内吊顶层6处设置的机房排风口7连接，干空气能中央空调机组1能回收数据中心内的回风并对回风进行处理，使其变成符合送风条件的空气；干空气能中央空调机组1还通过送风管2与数据中心侧墙上设置的机房送风口3连接，符合送风条件的空气能经送风管2和机房送风口3送入数据中心内。

机房送风口3和机房排风口7内均设置有风量控制阀。

数据中心内的上层为吊顶层6，整个吊顶层6形成回风通道；数据中心内设置有多个服务器机柜组，每个服务器机柜组由两个服务器机柜4构成，且两个服务器机柜4出风侧呈相对设置，在两个服务器机柜4的出风侧之间形成封闭热通道5，每条封闭热通道5均与回风通道连通，用于将服务器机柜4排出的热风经封闭热通道5送入回风通道中，每个服务器机柜4的进风侧形成冷风通道；机房送风口3位于数据中心的侧墙下部，机房送风口3能实现弥漫送风，从而将经干空气能中央空调机组1处理后符合送风条件的空气送至每个服务器机柜4的冷风通道，用于冷却服务器机柜4内的服务器。

送风管2和回风管8均为铝制风管，且外部均敷设保温层，该保温层由保温材料制成。

封闭热通道5配设有钢化玻璃防火门。

干空气能中央空调机组1，其结构具体如图2所示，包括有机组壳体，机组壳体内分隔成上、下布置的两个风道；上风道的结构为：机组壳体相对的两侧壁上分别设置有二次风进风口20、二次风排风口29，二次风进风口20与二次风排风口29之间依次设置有袋式初效过滤器b21、第一直接蒸发冷却单元、二次风室、涡旋式压缩机25、风冷式冷凝器26、节流阀27及二次排风机28；下风道的结构为：机组壳体相对的两侧壁上分别设置有回风进风口9、送风口19，回风进风口9与回风管8连接，送风口19与送风管2连接；回风进风口9与送风口19之间依次设置有袋式初效过滤器a10、盘管间接蒸发冷却器11、回风室、第二直接蒸发冷却单元、直接膨胀式蒸发器17(冷却效果更明显)及送风机18；袋式初效过滤器b21与袋式初效过滤器a10联合构成空气过滤单元A；第一直接蒸发冷却单元与盘管间接蒸发冷却器11经连接构成直接-盘管间接蒸发冷却单元B；二次风室与回风室联合构成新/回风混合单元C，且在回风室内设置有预热器12，回风室对应的机组壳体侧壁上设置有空调回风口13；涡旋式压缩机25、风冷式冷凝器26、节流阀27及直接膨胀式蒸发器17经铜管依次连接构成闭合回路形成机械制冷蒸发器/冷凝器单元D；二次排风机28和送风机18联合构成风机单元E。

二次排风机28和送风机18均为离心式变频风机。

第一直接蒸发冷却单元，如图2所示，包括有直接蒸发冷却填料b23，直接蒸发冷却填料b23的上方设置有布水单元；直接蒸发冷却填料b 23的出风侧设置有填料式挡水板b24，直接蒸发冷却填料b 23和填料式挡水板b24的下方设置有集水箱，集水箱通过蓄水管30与盘管间接蒸发冷却器11连接，盘管间接蒸发冷却器11还通过供水管a31与布水单元连接。

布水单元由布水管和多个均匀设置于布水管上且面向直接蒸发冷却填料b 23喷淋的喷嘴构成，布水管与供水管a31连接。

蓄水管30上设置有循环水泵b22；循环水泵b22为潜水泵。

第二直接蒸发冷却单元，如图2所示，包括有直接蒸发冷却填料a14，直接蒸发冷却填料a14的上方设置有喷淋单元；直接蒸发冷却填料a14的出风侧设置有填料式挡水板a16，直接蒸发冷却填料a14和填料式挡水板a16的下方设置有蓄水槽，蓄水槽通过第二供水管b32与喷淋单元连接。

喷淋单元由喷淋供水管和多个均匀设置于喷淋供水管上且面向直接蒸发冷却填料a14喷淋的喷头组成，喷淋供水管与第二供水管b32连接。

第二供水管b32上设置有循环水泵a15；循环水泵a15为潜水泵。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统中主要部件的作用分别如下：

空气过滤单元A：由袋式初效过滤器b21和袋式初效过滤器a10构成；其中，袋式初效过滤器b21位于二次风进风口20处，袋式初效过滤器a10位于进风口9处，袋式初效过滤器b21和袋式初效过滤器a10联合起来用于对进入干空气能中央空调机组1内的回风进行过滤处理。

直接-盘管间接蒸发冷却单元B：将第一直接蒸发冷却单元与盘管间接蒸发冷却器11通过蓄水管30和第一供水管a31连接形成回路；第一直接蒸发冷却单元内集水箱中的水通过蓄水管30进入盘管间接蒸发冷却器11，此时能利用盘管间接蒸发冷却器11对经回风进风口9进入的新风进行预冷处理，而盘管间接蒸发冷却器11内的水吸收回风中的热量后，再由第一供水管a31送至布水单元内，由布水单元将水喷淋在直接蒸发冷却填料b 23上，并以此完成循环。

新/回风混合单元C：由呈上下设置的二次风室和回风室构成；且在回风室内设置有预热器12，回风室对应的机组壳体侧壁上设置有空调回风口13。

机械制冷蒸发器/冷凝器单元D：由涡旋式压缩机25、风冷式冷凝器26、节流阀27和直接膨胀式蒸发器17依次通过铜管连接构成闭合回路；其中，风冷式冷凝器26产生的冷凝热由工作空气带走，直接膨胀式蒸发器17能对产出空气进行除湿冷却。

风机单元E：由二次排风机28和送风机18构成；二次排风机28用于将处理后的二次空气排出，送风机18用于将符合送风条件的冷风经送风管2、机房送风口3送入数据中心内的各条冷风通道内，实现对服务器机柜4内所有服务器的降温。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统的工作过程如下：

在送风机18的动力作用下，来自数据中心中所有封闭热通道5内的热空气经回风管8输送至回风通道内，再由回风通道和回风进风口9将热空气送入干空气能中央空调机组1内的下风道中；

由袋式初效过滤器a10对热空气进行过滤，形成洁净的热空气；

通过开启干空气能中央空调机组1内不同的部件，对洁净的热空气进行相应的处理后，就能形成符合送风条件的空气；

在送风机18的作用下，符合送风条件的空气经送风管2和机房送风口3输送至数据中心内，符合送风条件的空气在数据中心内弥漫送风的方式进入各条冷风通道内，接着进入每个服务器机柜4内，用于冷却服务器机柜4内的服务器，待服务器冷却完成后，符合送风条件的空气因吸收了服务器的热量而温度升高，再次成为热空气；

热空气流入封闭热通道5内，之后将这部分热空气作为数据中心内的回风，回风经数据中心内吊顶层6内的回风通道、回风管8进入干空气能中央空调机组1内的下风道中，并以此完成循环。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统能实现以下三种运行模式：

(1)盘管间接蒸发冷却与机械制冷联合运行模式(IEC+DX)：该模式主要针对夏季工况，且数据中心负荷很大的情况；在该运行模式下要开启直接-盘管间接蒸发冷却单元B和机械制冷蒸发器/冷凝器单元D，具体的工作过程如下：

在送风机18的动力作用下，来自数据中心中封闭热通道5内的热空气经回风管8进入干空气能中央空调机组1内的下风道中；热空气经袋式初效过滤器a10过滤后形成洁净的热空气；洁净的热空气经直接-盘管间接蒸发冷却单元B内管间接蒸发冷却器11等湿冷却，之后进入机械制冷蒸发器/冷凝器单元D内，由直接膨胀式蒸发器17对其进行进一步的降温；最后在送风机18的作用下经送风管2和机房送风口3送入数据中心内的各条冷风通道内，用于冷却数据中心内的服务器。

室外空气在二次排风机28的作用下，由二次风进风口20进入干空气能中央空调机组1内的上风道中；室外空气经过袋式初效过滤器b21过滤后，形成洁净的二次空气；洁净的二次空气进入第一直接蒸发冷却单元内，在直接蒸发冷却填料b23处与直接蒸发冷却填料b23表面上的水膜发生热湿交换(由布水单元将水喷淋在直接蒸发冷却填料b23上，在直接蒸发冷却填料b23表面形成水膜)，形成二次冷风；二次冷风吹向风冷式冷凝器26，为其降温散热；最后吸收了冷凝热的空气在二次排风机28的作用下经二次风排风口29排到室外。

(2)盘管间接蒸发冷却与直接蒸发冷却联合运行模式(IDEC)：该模式主要针对过渡季节，且数据中心内发热量较小，同时又需要一定加湿的情况下；该运行模式下主要开启直接-盘管间接蒸发冷却单元B和第二直接蒸发冷却单元，具体工作过程如下：

在送风机18的动力作用下，来自数据中心中封闭热通道5内的热空气经回风管8进入干空气能中央空调机组1内的下风道中；热空气经袋式初效过滤器a10过滤后形成洁净的热空气；洁净的热空气经直接-盘管间接蒸发冷却单元B内盘管间接蒸发冷却器11等湿冷却，之后进入第二直接蒸发冷却单元内进行等焓降温，形成符合送风条件的空气；最后，符合送风条件的空气在送风机18的作用下经送风管2和机房送风口3送入数据中心内的各条冷风通道内，用于冷却数据中心内的各个服务器。

室外空气在二次排风机28的作用下，由二次风进风口20进入干空气能中央空调机组1内的上风道内；室外空气经袋式初效过滤器b21过滤后形成洁净的二次空气；洁净的二次空气进入第一直接蒸发冷却单元内，在直接蒸发冷却填料b23处与直接蒸发冷却填料b23表面上的水膜发生热湿交换(由布水单元将水喷淋在直接蒸发冷却填料b23上，在直接蒸发冷却填料b23表面形成水膜)，形成二次冷风；二次冷风吹向风冷式冷凝器26，为其降温散热；最后吸收了冷凝热的空气在二次排风机28的作用下经二次风排风口29排到室外。

(3)直接蒸发冷却(DEC)运行模式：主要针对过渡季节，且数据中心发热量小的情况下，此运行模式下只需开启第二直接蒸发冷却单元，具体工作过程如下：

在送风机18的动力作用下，来自数据中心中封闭热通道5内的热空气经回风管8进入干空气能中央空调机组1内的下风道中；热空气经袋式初效过滤器a10过滤后，形成洁净的热空气；洁净的热空气进入第二直接蒸发冷却单元内，由第二直接蒸发冷却单元对洁净的热空气进行等焓降温处理，形成符合送风条件的空气；符合送风条件的空气在送风机18的作用下经送风管2和机房送风口3送入数据中心内的各条冷通道内，用于冷却数据中心内的各个服务器。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统主要有以下两个工作循环过程：

(1)机械制冷工作循环，具体过程如下：

低温、低压的气态制冷剂经过涡旋式压缩机25压缩成高温、高压的气态制冷剂，然后进入风冷式冷凝器26内，经凝结放热变为低温、高压的液态制冷剂，之后通过节流阀27节流变为低温、低压的液态制冷剂，最后在直接膨胀式蒸发器17中吸热汽化变为低温、低压的气态制冷剂后流回涡旋式压缩机25继续循环。

(2)盘管间接蒸发冷却工作循环，具体过程如下：

在直接-盘管间接蒸发冷却单元B内，循环水泵b22把集水箱内的水送入盘管间接蒸发冷却器11中，利用盘管间接蒸发冷却器11进入干空气能中央空调机组1内下风道中的回风进行等湿冷却(预冷)；经换热后的水由布水单元喷淋至上风道内直接蒸发冷却填料b23的表面，形成水膜，此时洁净的室外空气能在直接蒸发冷却填料b23处与水膜发生热湿交换，之后多余的水流回到集水箱内，以此往复循环。

本发明数据中心用封闭热通道-全回风干空气能中央空调系统，将蒸发冷却技术与机械制冷技术合理的结合，能有效保证数据中心全年供冷需求(能根据不同的气象条件实现三种运行模式的合理调节)；将数据中心内冷热气流隔离，很好的避免了冷热气流掺混的现象；全回风模式处理数据中心内高温干燥的空气，延长了蒸发冷却全年的运行时间，同时避免了直接引出新风冷却带来的空气过滤问题。