一种应用于数据中心制冷系统的自然冷却机组的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域本发明涉及一种冷却系统的制冷机组，特别是自然冷却机组。
[0002]【背景技术】随着互联网的不断发展，耗电量巨大的数据中心已成为一只电老虎，吞噬着大量的财力和物力，这一直都是各国企业和政府的心头之痛。作为数据中心其能耗主要包括四个部分:IT设备能源消耗、UPS转化能源消耗、制冷设备能源消耗及照明和新风系统能源消耗。其中，制冷设备能耗占到数据中心总能耗的30%。目前采用的制冷技术包括直膨式精密空调机组、离心式水冷空调系统等。但是它们也存在各自的不足，其中采用直膨式精密空调机组是最传统的方法，由于单机制冷能力低，能效比低，因此一个数据机房要安装多台，室外冷凝器的安装困难，在夏天室外温度较高时，制冷能力严重下降，甚至出现停机；对于传统多层电信机房会出现严重的热岛效应；为了维持数据中心的正常温湿度，需要消耗大量的能源。离心式水冷空调系统采用水冷精密空调机，其在数据中心建成初期一般先要安装一台小型螺杆式水冷机组或风冷机组作为过渡，以解决离心式冷冻机组在小负荷时容易发生的喘振问题。再是水冷空调系统的离心机无论是大型、小型还是螺杆机，电力负荷都很大，一般还需要与其配套独立的配电室，该配电室和螺杆式水冷机组一是会增加项目投资，二是水冷机组设备复杂，维修、保养费用较高。由于上述几种方式都存在能耗较高的问题，为了进一步降低数据中心机房PUE值，一部分专家学者便提出了免费冷却(FreeColling)的概念。采用免费冷却技术主要的方式有两种，一种是直接风冷空调系统，一种是水冷空调系统。
[0003]直接风冷空调系统主要是利用冬季或春秋季室外的低温空气，将其过滤后直接送入机房。表面看来很简单、成本也很低，但也存在诸多问题，要保证空气的洁净度、湿度和温度要投入很多费用和能源，而且夏季还要安装单独的空调，因此综合来看，直接风冷方式的诸多问题还有待解决。目前，业内人士普遍看好换热效率高、系统简单、投资少且节能效果好的水冷空调系统，但是在北方地区冬季夜间最低温度为-20?_30°C，采用水冷方式的冷却塔冻结问题会给业主带来许多麻烦，为此业主向冷却塔循环水及管路内均加入高浓度的防冻液，其不仅增加业主方的投资而且对管路和设备也有腐蚀，更重要地是冷却塔内的喷淋水含有的高浓度的防冻液挥发严重，过一段时间就无法判断其浓度，因此即使加了防冻液系统设备仍存在被冻坏的风险。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种虽利用室外天然冷源但可避免冬季结冰带来诸多问题，同时又能满足机房对温、湿度及洁净度要求的应用于数据中心冷却系统的自然冷却机组。该自然冷却机组与离心式冷水机组构成数据中心制冷系统。
[0005]本发明主要包括:箱体、引风机、表面冷却器(以下简称表冷器)冷热水管及控制柜。其中，箱体为至少有一个开口的中空壳体，在箱体内设控制柜，箱体开口端设将开口封闭的检修门。在该箱体的上壳体上设有若干通孔，每个通孔内各设一台固定在上壳体上的引风机。在该箱体的侧壳体或下壳体上设有与引风机开关连锁的电动风口，该风口或是百叶风口、或是格栅风口，或是条缝风口。在箱体内设有若干表冷器，该表冷器可根据需要设置，为增加表冷器换热效率，最好表冷器整体与侧壳体平行并紧邻电动风口设置，或表冷器整体倾斜设置，这些表冷器组成倒V形或W形，使同样的箱体空间换热面积增加。每个表冷器上分别设有热水进水支管和冷水出水支管，它们分别与表冷器内部水平布置并附有翅片的蛇形换热管相连，该换热管两端的弯管斜置与水平方向成一定夹角，弯管的高位位于冷水出水管一侧，弯管的低位位于热水进水管一侧。在冷、热水支管的最低点处均设置泄水阀。各表冷器上的热水进水支管还与一根设在箱体内的热水干管相连通，两者之间设有阀门，最好该热水干管上设有温度传感器；各表冷器上的冷水出水支管还与另一根设在箱体内的冷水干管相连通，两者之间设有阀门，最好该冷水干管上也设有温度传感器。上述冷水干管直接或通过其他部件间接与空调水系统预留的冷水管相连，而热水干管直接或通过其他部件间接与空调水系统预留的热水管相连，构成水的循环回路。
[0006]本发明的工作过程:在冬季该机组独立运行，当机组运行时，风机根据温度传感器监测的循环水水温控制开启数量，风机开启后，与风机联锁的风口阀门开启，将室外冷空气引入箱体内，并与表冷器内的循环水进行换热后变为热空气再被风机带走排出箱体外，完成对系统循环水的冷却过程。在温度较高的春秋季，该机组可与离心式冷冻机组配合使用，即白天该机组可以作为离心式冷冻机组的预冷器使用，以提高离心式冷冻机组压缩机的制冷效率，夜间该机组可单独使用。该机组夏季停止使用，引风机以及电动风口处于关闭状态，箱体内形成封闭空间，有利于阻止室外空气进入箱体，同时防止室外灰尘及雨水进入箱体内有效保护设备，延长使用时间。另外，由于表冷器内的换热管在保证最小间距的前提下，采用整根管束倾斜布置形式，且在冷热水支管的最低处设置了泄水阀，一方面保证了换热管的换热面积，提高换热效率，另一方面，在冬季机组处于检修状态时，可以打开泄水阀门，表冷器换热管及弯管内的水在重力作用下沿倾斜坡度全部排空，防止了机组在冬季不运行的情况下，换热管内特别是弯管处因积水无法排空导致结冻的问题。
[0007]本发明与现有技术相比有益效果如下:
[0008]1、本发明的结构形式简单，仅有风机、表冷器、电动风口及相应的控制设备，表冷器前后无遮挡，气流组织流畅，在最大程度上实现了对循环水的冷却，因此换热效果明显，维修保养都很简单。
[0009]2、本发明使用温度范围广，可以在室外温度irC以下的环境工作，在北方大部分地区可以使用7个月左右的时间，有5个月左右的时间可以单独使用该自然冷却机组为系统提供冷负荷，过渡季白天可以作为冷水机组的预冷器使用，可以使冷水机组处于低功率下运行，过渡季夜间可以单独使用，因此节能效果明显，以IlOOkw制冷量为例，冷水机组的额定功率为300kw左右，本发明的自然冷却机组功率仅为80kw，经统计计算，采用本机组时比采用冷水机组每年节约电费100万元以上。
[0010]3、本发明与目前普遍采用的冷却塔形式相比，冷却水全部采用闭式循环管路，不与空气直接接触，降低了冬季结冻的风险，一般情况循环水中不需加防冻液，最多仅需加10%左右防冻液，不仅为业主节约了运行和维护成本，而且又减少了对管路及设备的腐蚀，保证了系统安全运行。
[0011]4、本发