一种热交换系统及其使用方法与流程

本发明涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种热交换系统及其使用方法。

背景技术：

随着信息系统应用的发展与普及，数据中心的规模正在高速发展，数据中心机房内的服务器等设备也越来越密集，各个设备几乎全年不间断向外部排热，为确保各个设备稳定可靠的运行，数据中心机房需采取有效的散热措施。

目前，主要利用空调系统对数据中心机房进行散热，为了确保数据中心机房能保持恒定温度，空调系统需要全年不间断的运行，这使空调系统成为数据中心机房的主要耗电设备，耗电量较大。

技术实现要素：

本发明提供一种热交换系统及其使用方法，可有效减少数据中心机房的耗电量。

第一方面，本发明提供了一种热交换系统，包括：

控制装置、进风设备和出风设备；其中，

所述控制装置，用于采集第一空间的空气的第一实时温度值，当所述第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，控制所述进风设备和所述出风设备开启；

所述进风设备，用于在开启时，驱动所述第一空间的空气进入第二空间，其中，所述第二空间中设置有待散热设备；

进入所述第二空间的所述空气可与所述待散热设备进行热交换，形成热空气，形成的所述热空气可通过开启的所述出风设备从所述第二空间排出。

可选地，

所述进风设备包括：进风通道、进风阀门和引风装置；其中，

所述进风通道的一端与所述第一空间连通，另一端与所述第二空间连通；

所述控制装置，用于当所述第一实时温度值不大于所述第一温度阈值时，控制所述进风阀门和所述引风装置开启；

所述引风装置，用于在开启时，驱动所述第一空间的空气通过开启的所述进风阀门和所述进风通道进入所述第二空间。

可选地，

所述控制装置，进一步用于采集所述第二空间的第二实时温度值；根据所述第一实时温度值、所述第二实时温度值和预设的标准温度值，根据下述计算公式计算目标流速，并将所述空气的流速调节至所述目标流速；其中，所述标准温度值大于所述第一温度阈值；

其中，μ表征所述目标流速，v表征所述第二空间的体积，t2表征所述第二实时温度值，t表征所述标准温度值，s表征所述进风通道的横截面积，

t1表征所述第一实时温度值，t表征预设的标准时长。

可选地，

所述控制装置，用于根据下述计算公式，计算与所述目标流速相对应的第一工作功率，并将所述引风装置的工作功率调节至所述第一工作功率；

其中，w1表征所述第一工作功率，μ表征所述目标流速，s表征所述进风通道的横截面积，t表征预设的标准时长，t表征所述标准温度值，t1表征所述第一实时温度值，α为所述第一工作功率对应的功率转换率，0＜α＜1，β为调节系数，β＞1。

可选地，

所述进风设备进一步包括：过滤装置；其中，

所述过滤装置设置在所述进风通道中；

所述过滤装置，用于对流经所述进风通道的所述空气进行过滤。

可选地，

进一步包括：空调；其中，

所述控制装置，进一步用于当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于第二温度阈值时，控制所述空调开启；其中，所述第二温度阈值不小于所述第一温度阈值；

所述空调，用于在开启时，为所述第二空间制冷。

可选地，

当所述进风设备包括所述引风装置时，

所述控制装置，进一步用于当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于所述第二温度阈值时，控制所述空气的流速为预设最大流速；根据所述第一实时温度值、所述第二空间的第二实时温度值、预设的标准温度值和以下计算公式，计算第二工作功率，并将所述空调的工作功率调节至所述第二工作功率；

1.3v(t2-t)＝1.3μ0st(t-t1)+w2t·γ

其中，v表征所述第二空间的体积，t2表征所述第二实时温度值，t表征所述标准温度值，μ0表征所述预设最大流速，s表征所述进风通道的横截面积，t1表征所述第一实时温度值，t表征预设的标准时长，w2表征所述第二工作功率，t表征预设的标准时长，γ为所述第二工作功率对应的功率转换率，0＜γ＜1。

可选地，

所述出风设备包括：出风通道和出风阀门；其中，

所述控制装置，用于在控制所述进风设备开启时，控制所述出风阀门开启，以使所述热空气通过所述出风通道从所述第二空间排出。

第二方面，本发明实施例提供了一种热交换系统的使用方法，包括：

采集第一空间的空气的第一实时温度值；

当所述第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，控制进风设备和出风设备开启；

利用开启的所述进风设备驱动所述第一空间的空气进入第二空间；其中，所述第二空间中设置有待散热设备；

利用进入所述第二空间的所述空气与所述待散热设备进行热交换，形成热空气；

利用开启的所述出风设备将所述热空气从所述第二空间排出。

可选地，

所述控制进风设备和出风设备开启，包括：

控制所述进风设备中的进风阀门和引风装置开启，以及控制所述出风设备中的出风阀门开启；

所述利用开启的所述进风设备驱动所述第一空间的空气进入第二空间，以及所述利用开启的所述出风设备将所述热空气从所述第二空间排出，包括：

利用开启的所述引风装置将所述第一空间的空气通过开启的所述进风阀门和所述进风设备中的进风通道驱动至所述第二空间；

与所述待散热设备进行热交换后的所述热空气通过开启的所述出风阀门以及所述出风设备中的出风通道从所述第二空间排出。

可选地，

在所述采集第一空间的空气的第一实时温度值之后，进一步包括：

当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于第二温度阈值时，控制所述空调开启；

利用开启的所述空调为所述第二空间制冷。

本发明提供了一种热交换系统及其使用方法，该热交换系统通过采集第一空间内空气的第一实时温度值，当采集到的第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，开启进风设备和出风设备，开启的进风设备将第一空间的空气送入设置有待散热设备(比如，数据中心的服务器)的第二空间(可以为数据中心机房的内部空间)，进入第二空间的温度较低的空气与第二空间中的待散热设备进行热交换，形成的热空气通过开启的出风设备从第二空间排出。综上所述，由于进风设备将第一空间内温度较低的空气送入第二空间，同时出风设备将第二空间的热空气排出，不需要空调的不间断运行即可实现为第二空间制冷，可有效减少数据中心机房的耗电量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种热交换系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的热交换系统中进风通道与出风通道的一种位置关系示意图；

图3为本发明一实施例提供的热交换系统中进风通道与出风通道的另一种位置关系示意图；

图4为本发明一实施例提供的热交换系统中进风通道与出风通道的又一种位置关系示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种热交换系统的使用方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种热交换系统，包括：控制装置101、进风设备102和出风设备103；其中，

所述控制装置101，用于采集第一空间的空气的第一实时温度值，当所述第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，控制所述进风设备102和所述出风设备103开启；

所述进风设备102，用于在开启时，驱动所述第一空间的空气进入第二空间；其中，所述第二空间中设置有待散热设备；

进入所述第二空间的所述空气可与所述待散热设备进行热交换，形成热空气；形成的所述热空气可通过开启的所述出风设备103从所述第二空间排出。

如图1所示的实施例，该热交换系统通过采集第一空间内空气的第一实时温度值，当采集到的第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，开启进风设备和出风设备，开启的进风设备将第一空间的空气送入设置有待散热设备(比如，数据中心的服务器)的第二空间(可以为数据中心机房的内部空间)，进入第二空间的温度较低的空气与第二空间中的待散热设备进行热交换，形成的热空气通过开启的出风设备从第二空间排出。综上所述，由于进风设备将第一空间内温度较低的空气送入第二空间，同时出风设备将第二空间的热空气排出，不需要空调的不间断运行即可实现为第二空间制冷，可有效减少数据中心机房的耗电量。

显而易见的，第一空间可以时室外空间，第二空间可以时数据中心机房或者集装箱数据中心的内部空间。该系统也可应用于除数据中心机房外的其他业务场景，比如，应用于办公大楼中，办公大楼的每一个楼层的内部空间可以对应为一个本发明实施例中所述的第二空间。

本发明一个实施例中，所述进风设备包括：进风通道、进风阀门和引风装置；其中，

所述进风通道的一端与所述第一空间连通，另一端与所述第二空间连通；

所述控制装置101，用于当所述第一实时温度值不大于所述第一温度阈值时，控制所述进风阀门和所述引风装置开启；

所述引风装置，用于在开启时，驱动所述第一空间的空气通过开启的所述进风阀门和所述进风通道进入所述第二空间。

该实施例中，进风阀门可设置在进风通道靠近第一空间的一端，也可设置在进风通道靠近第二空间的一端。当第一空间的空气温度较高时，可通过控制装置关闭进风阀门，以保证第二空间处于密闭状态，此时便于开启空调为第二空间制冷。

该实施例中，引风装置可设置在进风通道中部，也可设置在进风通道靠近第二空间的一端，或者设置在第二空间中靠近进风通道的区域。当第一空间的第一实时温度值不大于第一温度阈值时，通过控制装置控制进风阀门和引风装置开启，以通过开启的进风阀门和进风通道连通第一空间和第二空间。同时，引风装置可降低其设置处及周边一定区域内的气压，以在进风通道和/或第二空间中形成相较于第一空间的负气压，从而引导第一空间中的空气进入进风通道和第二空间。可以理解的是，可根据实际需求设置引风装置的数量，当设置有多个引风装置时，可将各个引风装置设置在不同位置。引风装置可以为风扇或其他能引导空气流动的装置。

本发明一个实施例中，所述出风设备103包括：出风通道和出风阀门；其中，所述控制装置，用于在控制所述进风设备开启时，控制所述出风阀门开启，以使所述热空气通过所述出风通道从所述第二空间排出。

相应地，当第一空间的空气温度较高时，可通过控制装置关闭进风阀门和出风阀门，以保证第二空间处于密闭状态，以避免第一空间的热空气进入第二空间，影响第二空间的制冷效果。

当进风阀门开启时，为了排出第二空间的热空气并使得第二空间的气压维持稳定，通过控制装置控制出风阀门开启，以将第二空间的热空气通过出风通道排出。可以理解的是，第二空间的热空气可排出至第一空间，也可排出至其他空间，即出风通道的一端与第二空间连通，另一端可与第一空间连通，也可与其他空间连通。例如，出风通道可与原有的空调排风通道相连，使得第二空间中的热空气可通过出风通道进入空调排风通道，并由排风通道将热空气排出。

在一种可能实现的方式中，进风通道与出风通道可相对设置，例如，当数据中心机房为长方体结构时，进风通道设置在数据中心机房的第一壁面上，出风通道设置在与第一壁面相对的第二壁面上，如图2所示。由此，从进风通道进入数据中心机房的空气可与机房内的待散热设备进行充分热交换，然后从另一侧的出风通道排出。如图3所示，当数据中心机房为圆柱体结构时，进风通道和出风通道可设置在圆形横截面的直径的两端。

在另一种可能实现的方式中，出风通道也可设置在数据中心机房的顶部，如图4所示，利用热空气上浮的原理，使得与待散热设备进行热交换后的热空气从数据中心机房的顶部的出风通道排出。当出风通道设置在数据中心机房顶部时，可在数据中心机房的侧壁上设置多个进风通道，以使得从进风通道进入的空气均匀分布在机房中。可以理解的是，当进风通道和出风通道相对设置在侧壁时，也可设置多个进风通道和出风通道，以提高热交换效率。

本发明一个实施例中，所述控制装置101，进一步用于采集所述第二空间的第二实时温度值；根据所述第一实时温度值、所述第二实时温度值和预设的标准温度值，根据下述计算公式计算目标流速，并将所述空气的流速调节至所述目标流速；其中，所述标准温度值大于所述第一温度阈值；

其中，μ表征所述目标流速，v表征所述第二空间的体积，t2表征所述第二实时温度值，t表征所述标准温度值，s表征所述进风通道的横截面积，

t1表征所述第一实时温度值，t表征预设的标准时长。

一般的，数据中心机房不能长期处于高温状态，当数据中心机房的第二实时温度值高于标准温度值时，需在预设标准时长内降低数据中心机房的温度。当利用第一空间的冷空气为数据中心机房(第二空间)进行降温时，数据中心机房待交换的热量与从第一空间进入第二空间的冷空气增加的热量相等，而从第一空间进入第二空间的冷空气的量与空气流速和进风通道的横截面积相关，基于此，可根据公式(1)计算空气的目标流速，然后将空气的流速调节至目标流速，使得在预设标准时长内降低数据中心机房的温度，避免数据中心机房长期处于高温状态，保证数据中心机房的正常运行。可以理解的是，目标流速为空气流速调节的最低值，即可将空气的流速调节至大于目标流速的值，以缩短数据中心机房的降温时间，提高数据中心机房的制冷效率。

在应用中，可通过调节引风装置的工作功率来调节空气的流速，当引风装置的工作功率增大时，空气的流速增大，基于此，本发明一个实施例中，所述控制装置101，用于根据下述计算公式，计算与所述目标流速相对应的第一工作功率，并将所述引风装置的工作功率调节至所述第一工作功率；

其中，w1表征所述第一工作功率，μ表征所述目标流速，s表征所述进风通道的横截面积，t2表征所述第二实时温度值，t表征所述标准温度值，t1表征所述第一实时温度值，α为所述第一工作功率对应的功率转换率，0＜α＜1，β为调节系数，β＞1。

可通过调节引风装置的第一工作功率来调节进风通道或第二空间的气压降低程度，从而调节空气的流速。在转换率一定的情况下，引风装置的能耗与从第一空间进入第二空间的冷空气的流量成正比，基于此，可利用公式(2)根据目标流速确定引风装置的第一工作功率。

本发明一个实施例中，所述进风设备102进一步包括：过滤装置；其中，

所述过滤装置设置在所述进风通道中；

所述过滤装置，用于对流经所述进风通道的所述空气进行过滤。

该实施例中，由于数据中心对内部环境的清洁度要求较高，因此在进风设备中进一步设置过滤装置，以对从第一空间进入进风通道的空气进行过滤，以滤除空气中的水分、灰尘、污染物和细菌等成分，以避免由于引入的空气中存在其他成分或空气湿度过高而影响数据中心的正常运行。相应地，在出风通道中也设置有过滤装置，以避免外界空气中的其他成分通过出风通道逆向流入数据中心中。

为了保证数据中心的制冷效果，本发明一个实施例中，该热交换系统可以进一步包括：空调；其中，

所述控制装置101，进一步用于当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于第二温度阈值时，控制所述空调开启；其中，所述第二温度阈值不小于所述第一温度阈值；

所述空调，用于在开启时，为所述第二空间制冷。

该实施例中，当数据中心机房外部(第一空间)的空气温度比数据中心机房内部的空气温度略低，但机房外部的温度没有低至仅开启进风设备和出风设备即可为机房制冷的程度，此时同时开启进风设备、出风设备和空调，以为数据中心机房进行快速有效散热。同时，由于开启了进风设备，其能将机房外部较冷的空气引入机房中，引入的空气能带走机房内的部分热量，因此可减少空调的能耗，从而降低空调消耗的电能。

不难理解的，当第一实时温度值大于第二温度阈值时，控制装置控制空调开启，同时控制进风设备和出风设备关闭，以保证数据中心机房处于密闭状态，避免机房外部的热空气进入机房，此时通过空调为数据中心机房制冷。

综上所述，第二温度阈值为控制进风设备和出风设备是否需要开启的阈值，即当第一空间(数据中心机房外部)的第一实时温度值不大于第二温度阈值时，开启进风设备和出风设备，当第一实时温度值大于第二温度阈值时，关闭进风设备和出风设备。第一温度阈值为控制空调是否需要开启的阈值，当第一实时温度值不大于第一温度阈值时，关闭空调，当第一实时温度值大于第一温度阈值时，开启空调。标准温度值为数据中心机房正常运行时的常规温度，一般情况下，第一温度阈值<第二温度阈值<标准温度值。

例如，数据中心机房内的标准温度值为25℃，第一温度阈值为5℃，第二温度阈值为15℃。则当数据中心机房外部的空气为3℃时，则开启进风设备和出风设备，同时关闭空调，此时仅通过数据中心机房外部的冷空气为数据中心机房制冷。当数据中心机房外部的空气为12℃时，同时开启进风设备、出风设备和空调，并将空气的流速调至最大值，以引入更多的冷空气，同时通过空调对数据中心进行辅助降温。

不难理解的，进风设备、出风设备和空调可在控制装置的控制下开启或关闭，也可通过人工方式进行开启或关闭。

本发明一个实施例中，当所述进风设备包括所述引风装置时，所述控制装置101，进一步用于当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于所述第二温度阈值时，控制所述述空气的流速为预设最大流速；根据所述第一实时温度值、所述第二空间的第二实时温度值、预设的标准温度值和以下计算公式，计算第二工作功率，并将所述空调的工作功率调节至所述第二工作功率；

1.3v(t2-t)＝1.3μ0st(t-t1)+w2t.γ

(3)

其中，v表征所述第二空间的体积，t2表征所述第二实时温度值，t表征所述标准温度值，μ0表征所述预设最大流速，s表征所述进风通道的横截面积，t1表征所述第一实时温度值，t表征预设的标准时长，w2表征所述第二工作功率，t表征预设的标准时长，γ为所述第二工作功率对应的功率转换率，0＜γ＜1。

该实施例中，当数据中心机房外部的空气温度不足以将机房内温度降至标准温度值时，需同时开启空调为数据中心机房制冷，此时先将空气的流速调节至最大流速，以尽量减少空调的耗电量。可以理解的是，数据中心机房中待交换的热量与进入数据中心机房的冷空气增加的热量和空调的耗能之和相等，基于此，可通过公式(3)计算空调的工作功率，并据此对空调的工作功率进行调节，以准确控制空调的耗能，从而有利于降低空调耗电量。另外，控制单元还可采集数据中心机房的实时温度，当数据中心机房的实时温度不高于标准温度值时，可关闭空调，以进一步节约空调的耗电量。

基于与本发明系统实施例相同的构思，请参考图5，本发明实施例还提供了一种热交换系统的使用方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤501：采集第一空间的空气的第一实时温度值；

步骤502：当所述第一实时温度值不大于预设的第一温度阈值时，控制进风设备和出风设备开启；

步骤503：利用开启的所述进风设备驱动所述第一空间的空气进入第二空间；其中，所述第二空间中设置有待散热设备；

步骤504：利用进入所述第二空间的所述空气与所述待散热设备进行热交换，形成热空气；

步骤505：利用开启的所述出风设备将所述热空气从所述第二空间排出。

本发明一个实施例中，步骤502的具体实施方式，可以包括：

控制所述进风设备中的进风阀门和引风装置开启，以及控制所述出风设备中的出风阀门开启；

步骤503和步骤504的具体实施方式，可以包括：

利用开启的所述引风装置将所述第一空间的空气通过开启的所述进风阀门和所述进风设备中的进风通道驱动至所述第二空间；

与所述待散热设备进行热交换后的所述热空气通过开启的所述出风阀门以及所述出风设备中的出风通道从所述第二空间排出。

本发明一个实施例中，在步骤501之后，可以进一步包括：

当所述第一实时温度值大于所述第一温度阈值且不大于第二温度阈值时，控制所述空调开启；

利用开启的所述空调为所述第二空间制冷。

上述热交换系统的使用方法中的各步骤之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明热交换系统实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明热交换系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元或模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元或模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。