用于控制具有泵送制冷剂节能的蒸气压缩冷却系统的负荷估算器的制造方法
【专利说明】用于控制具有泵送制冷剂节能的蒸气压缩冷却系统的负荷 估算器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2012年10月5日提交的61/710, 138的正式申请案，并且是2012年 4月13日提交的美国专利申请第13/446, 374号的部分继续申请案。美国专利申请第 13/446,374号要求2011年4月19日提交的美国临时申请第61/476783号以及2011年8 月26日提交的61/527, 695的权益。上述申请中的每个申请的全部内容通过引用合并到本 文中。
[0003] 本公开内容涉及冷却系统，更具体地，涉及高效冷却系统。
【背景技术】
[0004] 这部分提供不一定是现有技术的与本公开内容相关的背景信息。
[0005] 冷却系统在要将流体冷却的大量不同的应用中具有适用性。这些冷却系统用在冷 却诸如空气的气体以及诸如水的液体中。两个通用的示例是构建用于"舒适冷却"（即，冷 却人们所在的空间，诸如办公室）的HVAC(采暖、通风、空调）系统以及数据中心环境优化 控制系统。
[0006] 数据中心是容纳诸如计算机服务器的一批电子设备的房间。数据中心和其中容纳 的设备通常具有最佳环境工作条件，尤其是温度和湿度。用于数据中心的冷却系统通常包 括环境优化控制系统，其通常被实现为用于冷却系统的控制的一部分，以保持数据中心中 的适当温度和湿度。
[0007] 图1示出了具有环境优化控制系统102 (也称为冷却系统）的典型数据中心100 的示例。数据中心100说明性地使用"热"通道和"冷"通道方法，其中设备架104被布置 为建立热通道106和冷通道108。数据中心100还说明性地为活动地板数据中心，其具有 在底层地板112之上的活动地板110。活动地板110与底层地板112之间的空间设置有供 气稳压室（supply air plenum) 114,该供气稳压室114用于使经调节的供给空气（有时称 为"冷"气）从环境优化控制系统102的计算机房空气调节器（"CRAC"）116通过活动地板 110流入数据中心100。然后，经调节的供给空气流入设备架104的正面，通过设备架中安 装的设备（未示出），经调节的供给空气在设备架中使设备冷却，然后，热气通过设备架104 的背面或架104的顶部排出。在变型中，经调节的供给空气流入架的底部，并且从架104的 背面或架104的顶部排出。
[0008] 应该理解的是，数据中心100可以不具有活动地板110,也可以不具有稳压室114。 在这种情况下，CRAC的116通过进气口（未示出）从数据中心吸入经加热的空气，将该空 气冷却，并且将该空气从图1中以虚线示出的出气口 117排出、返回数据中心。例如，CRAC 116可以被布置在电子设备的各行中，可以被设置成使其冷气供给面向相应的冷通道，或者 被设置成沿着数据中心的墙壁。
[0009] 在图1所示的示例数据中心100中，数据中心100具有吊顶118,其中，在吊顶118 与天花板120之间的空间设置有热气稳压室（hot air plenum) 122,从设备架104排出的热 空气被吸入热气稳压室122,并且热气通过热气稳压室122流回CRAC 116。用于每个CRAC 116的回气稳压室（未示出）将该CRAC 116联接到稳压室122。
[0010] CRAC 116可以是冷冻水CRAC或直接膨胀（DX) CRAC。CRAC 116联接到向CRAC 116 提供经冷却的液体的排热装置124。排热装置124是将热从来自CRAC 116的返回流体传 送到冷却介质（诸如，外部环境空气）的装置。排热装置124可以包括气冷式或液冷式热 交换器。排热装置124还可以是制冷冷凝器系统，在这种情况下，向CRAC 116提供制冷剂， 以及CRAC 116可以是具有制冷剂压缩机的相变制冷剂空气调节系统，诸如DX系统。每个 CRAC 116可以包括控制CRAC 116的控制模块125。
[0011] 在一个方面，CRAC 116包括变容量压缩机，并且可以例如包括用于CRAC 116的每 个DX冷却电路的变容量压缩机。应该理解的是，通常的情况是，CRAC 116可以具有多个DX 冷却电路。在一个方面，CRAC 116包括容量调节型压缩机或4级半封闭式压缩机，诸如可 从艾默生环境优化技术（Emerson Climate Technologies)、力博特（Liebert)公司或联合 技术的卡莱尔分部（Carlyle division)购得的压缩机。CRAC 116还可以包括一个或多个 空气移动单元119,诸如风扇或风机。空气移动单元119可以设置在CRAC 116中，或者可以 附加地或可替代地设置在供气稳压室114中，如在121处以虚线所示的那样。空气移动单 元119、121可以说明性地具有变速驱动器。
[0012] 图2中示出了具有典型DX冷却电路的典型CRAC 200。CRAC 200具有机柜202,在 机柜202中设置有蒸发器204。蒸发器204可以是V形盘管组件。诸如风扇或鼠笼式风机 的空气移动单元206也设置在机柜202中，并且被定位成从机柜202的入口（未示出）通 过蒸发器204吸入空气，在机柜202中，空气被蒸发器204冷却，并且将经冷却的空气导出 稳压室208。蒸发器204、压缩机210、冷凝器212和膨胀阀214以已知的方式在DX制冷电 路中联接在一起。压缩机210使相变制冷剂循环通过冷凝器212、膨胀阀214、蒸发器204 并返回到压缩机210。冷凝器212可以是冷却系统中传统地使用的各种类型的冷凝器中的 任一种，诸如气冷式冷凝器、水冷式冷凝器或乙二醇冷却式冷凝器。应该理解的是，冷凝器 210通常不是CRAC的一部分，而是位于其他地方，诸如CRAC所位于的建筑物外部。压缩机 210可以是DX制冷系统中传统地使用的各种类型的压缩机中的任一种，诸如涡旋式压缩机 (scroll compressor)。当蒸发器204是V形盘管组件或A形盘管组件时，其通常具有在V 形或A形的每条腿部上的（一个或多个）冷却板还（cooling slab)，如果适用的话。例如， 每个冷却板坯可以在单独的冷却电路中，其中每个冷却电路具有单独的压缩机。替选地，每 个板坯中的流体电路，诸如有两个板坯和两个压缩机电路的流体电路，可以混合在两个压 缩机电路之中。
[0013] 蒸发器204通常是翅片管式（fin-and-tube)组件，并且用于将通过其的空气冷却 并除湿。通常，诸如CRAC 200的CRAC被设计成使得显热比（"SHR"）通常在.85与.95之 间。
[0014] 被称为GLYC00L自由冷却系统的系统可从俄亥俄州哥伦布市的力博特公司购得。 在该系统中，被称为"自由冷却盘管"的第二冷却盘管组件被添加到具有普通乙二醇系统的 CRAC中。在第一冷却盘管组件前面的气流中该添加第二盘管组件。在寒冷的月份期间，从 室外干式冷却器返回的乙二醇溶液被送往第二冷却盘管组件，并且变成数据中心的主要冷 却源。在低于35华氏度的环境温度下，第二冷却盘管组件的冷却容量足以应对数据中心的 总体冷却需求，并且基本上减少了能量成本，因为不需要运行CRAC的压缩机。第二冷却盘 管组件或自由冷却盘管组件没有提供100%显冷（sensiblecooling)，并且具有与蒸发器 (其是第一冷却盘管组件）类似的空气侧压降。
[0015] 冷却系统的效率的重要性在增加。根据美国能源部，用于数据中心的冷却和电力 转换系统消耗典型数据中心中使用的电力的至少一半。换言之，数据中心中的服务器消耗 不到一半的电力。这导致对数据中心冷却系统的能量效率的关注增加。
【发明内容】
[0016] 根据本公开内容的一个方面，一种冷却系统包括：机柜，具有进气口和出气口；以 及冷却电路，包括冷凝器、压缩机、膨胀装置、液泵以及设置在机柜中的蒸发器。该冷却系统 具有直接膨胀模式，在直接膨胀模式下，压缩机开启并且压缩处于气相的制冷剂以升高制 冷剂的压力并由此升高制冷剂的冷凝温度，并且压缩机使制冷剂围绕冷却电路循环。冷却 系统还具有泵送制冷剂节能器模式，在泵送制冷剂节能器模式下，压缩机关断，并且液泵开 启并泵送处于液相的制冷剂，并且液泵使制冷剂围绕冷却电路循环而无需压缩处于气相的 制冷剂。在一个方面，冷却系统具有联接到液泵和压缩机的控制器，该控制器关断压缩机并 开启液泵以使冷却电路在节能器模式下工作，以及开启压缩机以使冷却电路在直接膨胀模 式下工作。在一个方面，控制器包括负荷估算器，该负荷估算器估算冷却系统上的实时室内 负荷并且使用所估算的实时室内负荷来确定是使冷却系统在泵送制冷剂节能器模式下工 作还是在直接膨胀模式下工作。
[0017] 在一个方面，负荷估算器基于室内返回空气温度、供给空气温度以及流经蒸发器 的空气的体积来计算实时室内负荷。在一个方面，如果无法得到供给空气温度，则负荷估算 器替代地使用压缩机负荷信息。
[0018] 在一个方面，冷却电路包括联接在冷凝器与液泵之间的接收器/缓冲罐 (receiver/surgetank)。
[0019] 在一个方面，冷却系统包括多个冷却电路，其中每个冷却电路包括在包括上游冷 却级和下游冷却级的多个冷却级中的一个冷却级中，其中，上游冷却级的冷却电路的蒸发 器（上游蒸发器）和下游冷却级的冷却电路的蒸发器（下游蒸发器）布置在机柜中，使得要 冷却的空气以连续的方式经过上游蒸发器和下游蒸发器，首先经过上游蒸发器、然后经过 下游蒸发器。每个冷却级的冷却电路具有直接膨胀模式和泵送制冷剂节能器模式，在直接 膨胀模式下，该冷却电路的压缩机开启，并且该冷却电路的压缩机使制冷剂围绕该冷却电 路循环，在泵送制冷剂节能器模式下，该冷却电路的压缩机关断且该冷却电路的液泵开启， 并且该冷却电路的液泵使制冷剂围绕该冷却电路循环。在一个方面，当上游冷却级和下游 冷却级中的一个能够处于节能器模式而另一个必须处于直接膨胀模式时，该控制器开启上 游冷却级的冷却电路的液泵并关断该冷却电路的压缩机而使该冷却电路在节能器模式下 工作，并且开启下游冷却电路的压缩机而使下游冷却级在直接膨胀模式下工作。
【附图说明】
[0020] 本文中描述的附图仅用于所