冷却顶置换热的集装箱数据中心及其换热的方法与流程

技术领域

本发明涉及一种数据中心换热技术领域，具体地说是一种冷却顶置换热的集装箱数据中心及其换热的方法。

背景技术：

随着电子信息产业的飞速发展，数据中心的发展也进入到一个新的阶段。数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。

云计算和虚拟化等新技术的出现，使得数据中心演变成一个迥然不同的环境。然而，任何数据中心都需要某些关键要素来保证运作顺利。一个标准化的、可预测的环境是任何高质量数据中心的基础。温度和湿度必须被严格控制，以提供可连续运行的温度和湿度范围。

数据中心设备运行时发热量巨大，为维持设备的正常工作温度，需要配置相关设备全年运行给机房设备散热。集装箱数据中心机房内服务器及主要发热设备的冷却主要是采用精密空调进行冷却散热。这将消耗大量的电力。

由于数据中心冷却功耗占到机房整体功耗的45%-50%，这也是数据中心的PUE值难以降低的主要原因之一。如何降低集装箱数据中心的PUE，散热节能成为重中之重。

申请号为“201520547993.4”的中国专利申请，公开了如下技术方案：提供一种顶置自然换热箱的集装箱数据中心，包括集装箱本体和多个机柜，集装箱本体内部设有隔板，隔板将集装箱本体划分成依次连通的热风区、机柜区和冷风区，上述多个机柜紧密排列设置于机柜区；集装箱本体顶部设置有自然换热箱，自然换热箱的底部设置有热风进风管和冷风出风管，热风进风管和冷风出风管的一端在自然换热箱的内部相连通，另一端相对连通于热风区和冷风区，且机柜区、热风区、热风进风管、冷风出风管、冷风区依次相连后再连通于机柜区相对侧以形成闭合的散热回路。还存在如下问题：自然换热速度较慢，在集装箱内机柜发热量较大时，无法满足散热需求。

技术实现要素：

本发明的技术任务是提供一种冷却顶置换热的集装箱数据中心及其换热的方法，来解决在集装箱内机柜发热量较大时，无法满足散热需求的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，

冷却顶置换热的集装箱数据中心，集装箱数据中心的上方设置有冷却顶置换热装置；冷却顶置换热装置上开有外界空气进风口和外界空气出风口；集装箱数据中心内分为三个区域，两边区域分别为冷通道和热通道，中间区域内设置有服务器机柜及IT设备，冷却顶置换热装置内设置有换热器，冷通道通过通风管道与换热器的出风口Ⅰ相连通，热通道通过通风管道与换热器的进风口Ⅰ相连通；外界空气进风口通过通风管道与换热器的进风口Ⅱ相连通，外界空气出风口通过通风管道与换热器的出风口Ⅱ相连通；热通道、通风管道、换热器的进风口Ⅰ、换热器、换热器的出风口Ⅰ、通风管道和冷通道形成内循环风道，外界空气进风口、通风管道、换热器的进风口Ⅱ、换热器、换热器的出风口Ⅱ、通风管道和外界空气出风口形成外循环风道；冷却顶置换热装置内还设置有控制器，内循环风道的通风管道内设置有内循环风机和温度传感器Ⅰ，外循环风道的通风管道内设置有外循环风机和温度传感器Ⅱ，内循环风机、外循环风机、温度传感器Ⅰ和温度传感器Ⅱ均连接至控制器。

所述的冷却顶置换热的集装箱数据中心，内循环风机和温度传感器Ⅰ设置在冷通道与换热器的出风口Ⅰ之间的通风管道内，外循环风机和温度传感器Ⅱ设置在换热器的出风口Ⅱ与外界空气出风口之间的通风管道内。

所述的冷却顶置换热的集装箱数据中心，内循环风机和温度传感器Ⅰ设置在热通道与换热器的进风口Ⅰ之间的通风管道内，外循环风机和温度传感器Ⅱ设置在换热器的进风口Ⅱ与外界空气进风口之间的通风管道内。

所述的冷却顶置换热的集装箱数据中心，冷却顶置换热装置外部设置有室外温度传感器，室外温度传感器连接至控制器；集装箱数据中心内部设置有室内温度传感器，室内温度传感器连接至控制器。

集装箱数据中心换热的方法，采用上述的冷却顶置换热的集装箱数据中心对集装箱数据中心进行换热，步骤为：

（1）、内循环风道：集装箱数据中心的中间区域内的服务器机柜及IT设备产生热量，热空气经过热通道、通风管道、换热器的进风口Ⅰ进入换热器，换热后变为冷空气；冷空气经过换热器、换热器的出风口Ⅰ、通风管道和冷通道进入集装箱数据中心的中间区域，给服务器机柜及IT设备降温；

（2）、外循环风道：外界空气经过外界空气进风口、通风管道、换热器的进风口Ⅱ进入换热器，再经过换热器的出风口Ⅱ、通风管道和外界空气出风口排至外界；

（3）、内循环风道与外循环风道内的空气在换热器内部进行换热；

（4）、控制器根据温度传感器Ⅰ和温度传感器Ⅱ采集的温度，控制内循环风机和外循环风机的转速，温度越高，内循环风机和/或外循环风机转速越快；温度越低，内循环风机和/或外循环风机转速越慢。

所述的集装箱数据中心换热的方法，冷却顶置换热装置外部设置有室外温度传感器，室外温度传感器连接至控制器；集装箱数据中心内部设置有室内温度传感器，室内温度传感器连接至控制器；室外温度传感器将采集到的室外温度传输给控制器，室内温度传感器将采集到的室内温度传输给控制器；控制器将室外温度与室内温度进行比较，当室外温度低于室内温度时，控制器控制内循环风机和外循环风机运转；当室外温度等于或高于室内温度时，控制器控制内循环风机和外循环风机停止。

所述的集装箱数据中心换热的方法，内循环风机和温度传感器Ⅰ设置在冷通道与换热器的出风口Ⅰ之间的通风管道内，外循环风机和温度传感器Ⅱ设置在换热器的出风口Ⅱ与外界空气出风口之间的通风管道内；当室外温度低于室内温度时，控制器控制内循环风机和外循环风机运转。

本发明的冷却顶置换热的集装箱数据中心及其换热的方法具有以下优点：

1、集装箱数据中心的上方设置有冷却顶置换热装置，两者隔离分开；又分别设置有内循环风道和外循环风道，内循环风道与外循环风道内的空气在换热器内部进行换热，实现热量的快速转移，换热效果好，在集装箱内机柜发热量较大时，可满足散热需求；

2、内循环风机、外循环风机和所有的温度传感器均连接至控制器，控制器根据温度传感器采集的温度，控制内循环风机和外循环风机的转速，温度越高，内循环风机和/或外循环风机转速越快；温度越低，内循环风机和/或外循环风机转速越慢；达到了更好的散热效果；

3、冷却顶置换热装置外部设置有室外温度传感器，室外温度传感器连接至控制器；集装箱数据中心内部设置有室内温度传感器，室内温度传感器连接至控制器；控制器将室外温度与室内温度进行比较，当室外温度低于室内温度时，控制器控制内循环风机和外循环风机运转；当室外温度等于或高于室内温度时，控制器控制内循环风机和外循环风机停止；实现了自动运转；

4、内循环风道和外循环风道100％相互隔绝，保证机房对设备的湿度和洁净度要求。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为冷却顶置换热的集装箱数据中心的结构示意图；

附图2为控制器的控制电路结构框图。

图中：1、集装箱数据中心，2、冷却顶置换热装置，3、外界空气进风口，4、外界空气出风口，5、冷通道，6、热通道，7、服务器机柜及IT设备,8、换热器,9、通风管道，10、换热器的出风口Ⅰ，11、换热器的进风口Ⅰ，12、换热器的进风口Ⅱ，13、换热器的出风口Ⅱ，14、控制器，15、内循环风机，16、温度传感器Ⅰ，17、外循环风机，18、温度传感器Ⅱ，19、室外温度传感器，20、室内温度传感器。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的冷却顶置换热的集装箱数据中心及其换热的方法作以下详细地说明。

实施例1：

如图1，图2所示，本发明的冷却顶置换热的集装箱数据中心, 集装箱数据中心1的上方设置有冷却顶置换热装置2；冷却顶置换热装置2上开有外界空气进风口3和外界空气出风口4；集装箱数据中心1内分为三个区域，两边区域分别为冷通道5和热通道6，中间区域内设置有服务器机柜及IT设备7，冷却顶置换热装置2内设置有换热器8，冷通道5通过通风管道9与换热器的出风口Ⅰ10相连通，热通道6通过通风管道9与换热器的进风口Ⅰ11相连通；外界空气进风口3通过通风管道9与换热器的进风口Ⅱ12相连通，外界空气出风口4通过通风管道9与换热器的出风口Ⅱ13相连通；热通道6、通风管道9、换热器的进风口Ⅰ11、换热器8、换热器的出风口Ⅰ10、通风管道9和冷通道5形成内循环风道，外界空气进风口3、通风管道9、换热器的进风口Ⅱ12、换热器8、换热器的出风口Ⅱ13、通风管道9和外界空气出风口4形成外循环风道；冷却顶置换热装置2内还设置有控制器14，冷通道5与换热器的出风口Ⅰ10之间的通风管道9内设置有内循环风机15和温度传感器Ⅰ16，换热器的出风口Ⅱ13与外界空气出风口4之间的通风管道9内设置有外循环风机17和温度传感器Ⅱ18，内循环风机16、外循环风机17、温度传感器Ⅰ16和温度传感器Ⅱ18均连接至控制器14。冷却顶置换热装置2外部设置有室外温度传感器19，室外温度传感器19连接至控制器14；集装箱数据中心1内部设置有室内温度传感器20，室内温度传感器20连接至控制器14。

实施例2：

本发明的冷却顶置换热的集装箱数据中心, 集装箱数据中心1的上方设置有冷却顶置换热装置2；冷却顶置换热装置2上开有外界空气进风口3和外界空气出风口4；集装箱数据中心1内分为三个区域，两边区域分别为冷通道5和热通道6，中间区域内设置有服务器机柜及IT设备7，冷却顶置换热装置2内设置有换热器8，冷通道5通过通风管道9与换热器的出风口Ⅰ10相连通，热通道6通过通风管道9与换热器的进风口Ⅰ11相连通；外界空气进风口3通过通风管道9与换热器的进风口Ⅱ12相连通，外界空气出风口4通过通风管道9与换热器的出风口Ⅱ13相连通；热通道6、通风管道9、换热器的进风口Ⅰ11、换热器8、换热器的出风口Ⅰ10、通风管道9和冷通道5形成内循环风道，外界空气进风口3、通风管道9、换热器的进风口Ⅱ12、换热器8、换热器的出风口Ⅱ13、通风管道9和外界空气出风口4形成外循环风道；冷却顶置换热装置2内还设置有控制器14，热通道6与换热器的进风口Ⅰ11之间的通风管道9内设置有内循环风机15和温度传感器Ⅰ16，换热器的进风口Ⅱ12与外界空气进风口3之间的通风管道9内设置有外循环风机17和温度传感器Ⅱ18，内循环风机16、外循环风机17、温度传感器Ⅰ16和温度传感器Ⅱ18均连接至控制器14。

实施例3：

本发明的集装箱数据中心换热的方法，采用上述的冷却顶置换热的集装箱数据中心对集装箱数据中心进行换热，步骤为：

（1）、内循环风道：集装箱数据中心1的中间区域内的服务器机柜及IT设备7产生热量，热空气经过热通道6、通风管道9、换热器的进风口Ⅰ11进入换热器8，换热后变为冷空气；冷空气经过换热器8、换热器的出风口Ⅰ10、通风管道9和冷通道5进入集装箱数据中心1的中间区域，给服务器机柜及IT设备7降温；

（2）、外循环风道：外界空气经过外界空气进风口3、通风管道9、换热器的进风口Ⅱ12进入换热器8，再经过换热器的出风口Ⅱ13、通风管道9和外界空气出风口4排至外界；

（3）、内循环风道与外循环风道内的空气在换热器8内部进行换热；

（4）、控制器14根据温度传感器Ⅰ16和温度传感器Ⅱ18采集的温度，控制内循环风机15和外循环风机17的转速，温度越高，内循环风机15和/或外循环风机17转速越快；温度越低，内循环风机15和/或外循环风机17转速越慢。

冷却顶置换热装置2外部设置有室外温度传感器19，室外温度传感器19连接至控制器14；集装箱数据中心1内部设置有室内温度传感器20，室内温度传感器20连接至控制器14；室外温度传感器19将采集到的室外温度传输给控制器14，室内温度传感器20将采集到的室内温度传输给控制器14；控制器14将室外温度与室内温度进行比较，当室外温度低于室内温度时，控制器14控制内循环风机15和外循环风机17运转；当室外温度等于或高于室内温度时，控制器14控制内循环风机15和外循环风机17停止。

内循环风机15和温度传感器Ⅰ16设置在冷通道5与换热器的出风口Ⅰ10之间的通风管道9内，外循环风机17和温度传感器Ⅱ18设置在换热器的出风口Ⅱ13与外界空气出风口4之间的通风管道9内；当室外温度低于室内温度时，控制器14控制内循环风机15和外循环风机17运转。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。