基于lng冷能应用的数据中心空调系统及其应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空调系统领域，特别是涉及一种应用LNG冷能，能够在数据中心使用 的空调系统。
【背景技术】
[0002] 随着国家"科技强国、产业兴国"的政策进一步实施，IT基础服务（云计算服务平 台）作为与水、电、煤等传统基础配套设施一样，成为吸引国内外各行各业投资者入驻的基 础配套之一。未来所有互联网企业的发展，都离不开云计算公共平台和绿色数据中心的支 撑。
[0003] 绿色数据中心，是指数据机房中的IT设备、供暖、配电系统、安防系统、监控、照明 和电气等能取得最大化能源效率以及最小化环境影响的综合结果，是未来发展的趋势，尤 其是云计算时代及应用的到来，加快并促进了大数据、大中心、大储存时代的到来。衡量绿 色数据中心最重要的指标是PUE，PUE =数据中心总能耗/IT设备能耗。通常认为，PEU的 比值越小，数据中心越低碳节能，而比值越大，说明有更多的电能被空调、照明、电源等配套 设备所消耗，且没有新的绿色电源的补充。一般的数据中心的空调能耗比重比较大，其PUE 值往往大于2。目前国际平均PUE值在1. 8左右，国内平均PUE值在2. 0以上，水平参差不 齐。国家明确要求大型数据中心的PUE值要小于1. 5,因此就将PUE值小于1. 5的数据中心 定义为绿色数据中心。
[0004] 数据中心除IT设备能耗外，最大的能耗就是空调。IT设备是能耗最高的部分，约 占数据中心总能耗的50%左右。空调系统能耗在数据中心总能耗中排第二位，占40%。IT 设备是数据中心的核心，其顺利的运行是数据中心运营的关键指标。由于IT设备在运行中 总是发热的，为防止宕机，数据中心的空调一定是常年制冷的。国际上最先进的数据中心都 是建立在高炜度地区，主要是为了利用高炜度地区的冬季天然冷能达到降低IT设备温度 的目的，所以在低炜度地区建设数据中心存在地理上的天然不足。所以在低炜度地区建设 数据中心，其PUE值会因为空调电量的高消耗而很难降低，一般在1. 7左右。
[0005] LNG是液化天然气的简称，在常压下将天然气冷冻至_162°C左右，可使其转变为 液体。液化天然气是将天然气经过净化后，采用压缩、节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺而 形成的。LNG气化过程中，其释放的冷能可采用直接或间接的方法加以利用。液化的LNG蕴 藏着大量的冷能，合理充分利用LNG冷能，达到节约能源、减少环境污染、提高经济效益的 目的。而在低炜度地区的沿海等地，会有很多运输和储存LNG的港口，这些港口一般采用海 水对LNG升温后转换为NG (天然气）后向外输送，冷能被浪费，并且冷能的排放会对周边海 水生态环境造成很大的影响。所以如何运用和控制好这些冷能对于节能环保意义重大。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种能够显著降低数据中心PUE值的应用LNG冷能的数据中心空调 系统及数据中心空调系统应用LNG冷能的方法，以实现数据中心空调系统的低能耗。
[0007] 以上技术问题是通过以下技术方案解决的：一种基于LNG冷能应用的数据中心空 调系统，包括LNG储液罐，第一换热器，第二换热器，所述第二换热器安装在数据中心，该系 统还包括高温冷媒储罐，低温冷媒储罐，所述LNG储液罐连接所述第一换热器，所述第一换 热器连接所述高温冷媒储罐和低温冷媒储罐，所述高温冷媒储罐和所述低温冷媒储罐分别 与所述第二换热器连接。将LNG的冷能通过第一换热器传递至冷媒，冷媒经过低温冷媒储 罐进行梯级热交换后，到达数据中心的第二换热器，数据中心的第二换热器采用水冷换热 后，通过排风系统将冷气传输至各机房为机房中的IT设备降温。这样可以充分利用LNG的 高冷能，实现数据中心的空气调节目的，并且由于不需要使用电源制冷，电源仅需要驱动通 风系统，这样可以显著降低数据中心的能耗，进而降低PUE值，达到绿色数据中心的标准。
[0008] 进一步，所述高温冷媒储罐数量设置至少为两个，并且所述高温冷媒储罐之间串 联连接，所述低温冷媒储罐数量设置为至少两个，并且所述低温冷媒储罐之间串联连接。由 于冷媒经过第一换热器热交换降温后，温度会降低至-50°C以下，经过多级冷媒储罐梯级降 温和保温，能更好地控制冷媒在空调换热制冷系统中的温度，实现数据中心对温度控制的 高要求。
[0009] 进一步，在所述第二换热器中，冷媒进界区的温度为_45°C至_35°C，冷媒出界区 的温度为20°C至30°C。数据中心一般要求室内温度在18°C至20°C之间，所以出界温度不 宜过高，应保持在数据中心需要的温度范围内，这样更有利于控制数据中心室内的温度。冷 媒进界区温度为换热器进口处的冷媒的温度意思，冷媒出界区的温度为换热器出口处的冷 媒的温度意思。
[0010] 进一步，在所述第一换热器中，冷媒进界区的温度为25°c至35°C，冷媒出界区的 温度为_50°C至-40°C。冷媒温度不宜过低，温度过低的冷媒不仅对设备和原料增加成本， 而且由于需要将数据中心的温度降低值18至20度之间，所以温度太低后，梯级升温的要求 增大，温度不宜控制。
[0011] 进一步，在所述第一换热器中，LNG进界区的温度为-145Γ至-140°C，NG出界区的 温度为〇°C至5°C。
[0012] 进一步，所述连接均采用管道连接，低温管道的壁厚大于等于6_，高温管道的壁 厚大于等于3_。管道壁厚在允许的条件下，越厚越好。但出于成本的考虑，经测算低温管 道的壁厚在6mm以上，高温管道的壁厚在3mm以上即可达到液体传输的目的和效果。
[0013] 进一步，所述空调系统还包括使用市电、柴油发电机或UPS供电驱动制冷系统， 所述UPS的主用容量大于等于710KVA，系统后备时间设置大于等于15分钟。为了降低 采用LNG冷能制冷可能会出现的持续性方面的风险，所以设置了包括市电、柴油发电或者 UPS(ups是不间断电源的意思）供电的电驱动制冷系统，保障数据中心空调系统的持续供 冷。经过计算，系统后备时间至少要达到15分钟才能满足数据中心运行的目的，所以UPS 的主用容量设置为至少710KVA，防止一旦出现LNG冷能供应不足，市电断电的情况，柴油发 电机启动需要一定的时间，这时需要UPS供电驱动制冷系统，保证冷气供应不间断。
[0014] 进一步，经过所述第一换热器换热后的天然气输送至天然气高压管网和/或天然 气燃气电厂。经过第一换热器换热后，液化天然气变成天然气后可以输送至高压管网和天 然气燃气电厂，这样本发明的空调系统可以和LNG输气网络共同建设，应地制宜。并且还可 以利用天然气电厂的地缘优势，为数据中心提供稳定的电力供应。
[0015] 进一步，所述冷媒包括乙二醇、丙二醇、液氮、氯化钙盐水、二氯甲烷或一氟三氯甲 烷。在本发明中，冷媒的工作稳定在25°C至-50°C之间，所以冷媒可以包括但不限于上述冷 媒介质。
[0016] 作为优选，所述LNG储液罐还设有支撑脚，所述支撑脚包括上段和上端套设在下 段下端的下段，下段的下端设有安装座，下段内设有支撑所述上段的减振弹簧，所述上段的 上端设有连接环，所述连接环内穿设有内环，所述内环通过橡胶环同所述连接环连接在一 起，所述橡胶环设有若干个沿橡胶环周向分布的盲孔，所述盲孔设置于所述橡胶环的内周 面或外周面，所述盲孔中设有隔离板，所述隔离板将所述盲孔分割成沿橡胶环的径向分布 的两个腔体，所述隔离板设有连通所述两个腔体的主摩擦通道，所述主摩擦通道内设有摩 擦板，所述摩擦板穿设有可沿橡胶环径向滑动的摩擦杆，所述摩擦杆设有支摩擦通道，所述 盲孔的开口端盖有朝向盲孔内部拱起的弹性盖，所述内环穿设有同所述LNG储液罐连接在 一起的连接销。能够提尚LNG储液罐的隔震振效果好、防止存积的粉尘被再次扬起，从而起 到提高除尘效果的作用。当受到振动时，由于内环和连接环是通过橡胶环连接的，连接环不 容易产生变形，变形多产生于内环，所以变形后只需要更换内环即可。本技术方案的隔震 过程为：将液体填充在盲孔内，当受到振动时，内环和连接环之间会产生往复的径向位移， 该位移会导致盲孔变形时，盲孔变形而驱动位于其内的液体在内腔体和外腔体之间来回流 动、摩擦板和摩擦杆的晃动，液体流动以及摩擦板和摩擦杆晃动过程中将振动能量转变为 热能而消耗掉。如果振动较小而不足以促使盲孔变形时，此时只有液体的晃动，液体晃动时 摩擦杆产生晃动而吸能，设置摩擦杆能够提高对高频低幅振动的吸收作用，使得本发明不 但能够吸收隔离高振幅的振动能量、还能吸收低振幅的振动能量，因此隔震效果更加好。该 结构能够使得一侧的盲孔受到挤压时另一侧的盲孔则产生舒张、而不是同时受压或舒张， 使得在振动的正负振幅区间时都能够有效吸振，吸振效率高。
[0017] 作为优选，所述摩擦杆的两端都伸出所述摩擦板，所述摩擦杆的两个端面都为球 面。能够使得液体接受