一种数据机房冷凝热回收辐射供暖系统的制作方法

本实用新型涉及余热回收利用供能系统领域，具体涉及一种数据机房冷凝热回收辐射供暖系统。

背景技术：

大型数据中心在我国兴起于2005年之后，并逐渐带有多样化、高热密度等的特点。根据调查，一般大型机房在正常运行时单位建筑面积发热量大约在500～2000W左右，即散热密度为500～2000W/m2，而大型数据中心则高达1000～3000W/m2，并且是全年不间断散热，远大于普通办公建筑及大型公共建筑。由此可见，数据机房冷却系统负荷较高，能耗量巨大，而且随着互联网、通讯行业的迅猛发展，新建数据中心建设的需求量也会日益加速增长。在保证数据机房制冷需求和稳定运行的情况下，最大限度地实现节能减排，实现能源利用效率最大化，具有十分重大的意义。对此，我国近年来也给予充分的关注。2015年住房城乡建设部印发了《绿色数据中心建筑评价技术细则》，以推动绿色数据中心建筑建设的发展，有利于进一步降低数据中心能耗，PUE维持到更低水平。

当前数据中心应用较多的机械制冷空调系统主要有风冷直接膨胀式机房空调系统、水冷直接蒸发式机房空调系统、冷水型机房空调系统。由于风冷直接膨胀式机房空调系统制冷效果受室外环境影响较大，当负荷较大时需要室外空间较大，在中小型数据机房应用较大，水冷直接蒸发式机房空调系统则是在风冷直接膨胀式机房空调系统的基础上将冷却方式由风冷改为水冷，提高冷却效果，有助于克服直接膨胀系统受室内外机高差、配管距离的限制。而冷水型机房空调系统则是由一套完整的冷冻水和冷却水系统支撑，系统安全性更高，节能潜力较大，普遍应用于新建的中大型数据中心机房。

关于数据中心冷却系统节能研究和应用主要集中在自然冷却和机械制冷系统的冷凝热回收两方面。国内外都提倡利用冬季气温较低的室外环境作为自然冷源，以各种形式比如经济器或者利用冷却塔蒸发冷却等对机房进行冷却，实现减少一次能源的消耗从而达到节能的目的。而对于机械制冷系统的冷凝热回收则是更多地针对机组冷凝侧冷却水的热回收，通过热泵或者电加热的方式进行提升后作为常规供暖、供生活热水用，其局限性在于对于数据机房24小时散发的数量较为稳定的热量有时会受用能用户负荷变化情况所限无法充分被利用，而是被直接散发到了周围环境中。而且因提升热能质量投入的热泵、锅炉、电加热器等本身又需要额外的消耗电能或一次能源，节能效果有限。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种数据机房冷凝热回收辐射供暖系统，本系统能够对制冷循环中热品位更高的冷凝热进行有效回收并直接对用户供暖的数据机房冷凝热回收供暖系统。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种数据机房冷凝热回收辐射供暖系统，包括数据中心带冷凝热回收制冷系统、用户供暖末端；

数据中心带冷凝热回收制冷系统包括蒸发器、压缩机、换热器、冷凝器、冷却水泵，蒸发器和数据机房散热系统相连，蒸发器的一端和冷凝器相连，蒸发器的另一端和压缩机相连，压缩机和换热器相连，换热器和冷凝器相连，冷凝器和冷却塔相连；

换热器和相变蓄热水箱相连，相变蓄热水箱和分水器相连，分水器和用户供暖末端相连，分水器和终端用户之间设置有供暖的热水循环泵；所述相变蓄热水箱设置有相变温度为41℃到46℃之间，过冷度控制在1℃到2℃，相变潜热为192kJ/kg±5的相变蓄热材料。

相变蓄热材料为改性五水硫代硫酸钠或者改性石蜡。改性五水硫代硫酸钠或者改性石蜡可由现有技术制备得来。

相变蓄热水箱和换热器通过水管设置成闭合回路，闭合回路上设置有热回收冷却循环泵，热回收冷却循环泵设置在相变蓄热水箱的蓄热出水管上。

还包括第二蓄热水箱，所述第二蓄热水箱和相变蓄热水箱并联。第二蓄热水箱起到短时蓄热、缓冲波动的作用。

相变蓄热水箱与换热器之间的蓄热进水管上设置有第一电动三通阀，同时第一电动三通阀和第二蓄热水箱相连。

分水器还连接有集水器，相变蓄热水箱、分水器和集水器通过水管连接设置为闭合回路，相变蓄热水箱和分水器之间的供热出水管上设置有和温度传感器和第二电动三通阀，相变蓄热水箱和集水器之间的供热进水管通过旁通管和第二电动三通阀相连，相变蓄热水箱和集水器之间的供热进水管上还设置有第三电动三通阀。

集水器和换热器通过水管接入到相变蓄热水箱的蓄热出水管上。

集水器和分水器之间设置有压差旁通阀。

换热器为板式换热器。

相变蓄热水箱为柱型壳管式相变蓄热水箱。

数据机房专用冷水机组为压缩制冷剂蒸汽型制冷，经压缩后的高温高压冷剂通过换热器回收冷凝热，视为对制冷循环的第一级冷却，换热流体(通常为水)经水泵强制循环回收冷凝热后升温，视工况而定进入第二蓄热水箱直接供热或进入相变蓄热水箱蓄热；而制冷循环的压缩机释放出的经一级冷却剩余的热量在冷凝器通过冷却塔散发到环境中，视为制冷循环的第二级冷却。

相变蓄热水箱可以为圆柱型相变蓄热水箱。相变蓄热水箱和用作短时蓄热、缓冲波动的第二蓄热水箱并联连接，分为蓄热/供热两种工况。

蓄热工况：当用户负荷较小，机房制冷系统冷凝热有剩余的时候，多余的热回收一级冷却水自上而下通过管路进入相变蓄热水箱经其内发生的热交换后，由相变蓄热材料通过传热和自身相变将热量蓄存起来。冷却水水温降低至37℃后再次进入换热器循环冷却。

供热工况：当相变蓄热水箱蓄积的热量可以与用户供热负荷匹配，且出水温度达到供暖要求温度42℃时，开启供热端管路，集水器的回水从相变蓄热水箱下方管路进入，经相变蓄热材料放热升温后从相变蓄热水箱的上方管路输出至分水器。若此时出水温度没有达到供暖要求温度时则通过旁通管再次进入相变蓄热水箱实现循环加热直至满足要求。

用户供暖末端为地板辐射供暖末端，供回水温度设定为42℃/37℃，温差为5℃。

从各部水箱输送来的热水直接进入分水器，再通过供暖管网为用户供暖末端供热。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型采用对压缩机出口制冷剂进行冷凝热回收，不仅可以使得回收热品位较高，热回收用冷却水出水温度无需辅助热源就可以达到45℃及以上，而且进一步保证了制冷循环冷却可靠性，降低了冷却塔的冷却压力；

2、本实用新型采用相变蓄热水箱联合供暖形式，有助于解决热回收系统回收热量和供暖用户用热时间、用量不匹配的问题，提高热回收系统的利用率和运行效率，实现供暖系统负荷的削峰填谷；

3、本实用新型采用地板辐射供暖末端装置，从而避免了将所回收的热量通过热泵、电加热或锅炉等热源再次提升，进一步提高一次能源利用率，减少系统冗杂程度；

4、本实用新型采用相变温度为41℃到46℃之间，过冷度控制在1℃到2℃，相变潜热为192kJ/kg±5的相变蓄热材料。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为实施例4图。

图3为实施例6图。

图4为实施例7图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-换热器，2-冷凝器，3-冷却水泵，4-冷却塔，5-热回收冷却循环泵，6-第二蓄热水箱，7-相变蓄热水箱，8-分水器，9-集水器，10-热水循环泵，12-温度传感器，13-供热出水管，14-第二电动三通阀，15-蒸发器，16-压缩机，17-第一电动三通阀，19-蓄热进水管，20-蓄热出水管，21-供热进水管，22-第三电动三通阀，23-旁通管，24-数据中心带冷凝热回收制冷系统，26-压差旁通阀，31-电磁二通阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，一种数据机房冷凝热回收辐射供暖系统，包括数据中心带冷凝热回收制冷系统24、用户供暖末端；数据中心带冷凝热回收制冷系统24包括蒸发器15、压缩机16、换热器1、冷凝器2、冷却水泵3，蒸发器15和数据机房散热系统相连，蒸发器15的一端和冷凝器2相连，蒸发器15的另一端和压缩机16相连，压缩机16和换热器1相连，换热器1和冷凝器2相连，冷凝器2和冷却塔4相连；换热器1和相变蓄热水箱7相连，相变蓄热水箱7和分水器8相连，分水器8和用户供暖末端相连，分水器8和终端用户之间设置有供暖热水循环泵10；所述相变蓄热水箱7设置有相变温度为41℃到46℃之间，过冷度控制在1℃到2℃，相变潜热为192kJ/kg±5相变蓄热材料。

实施例2

和实施例1类似，相变蓄热材料为改性五水硫代硫酸钠或者改性石蜡。

实施例3

相变蓄热水箱7和换热器1通过水管设置成闭合回路，闭合回路上设置有热回收冷却循环泵5，热回收冷却循环泵5设置在相变蓄热水箱7的蓄热出水管20上。

还包括第二蓄热水箱6，所述第二蓄热水箱6和相变蓄热水箱7并联。第二蓄热水箱6起到短时蓄热、缓冲波动的作用。

相变蓄热水箱7与换热器1之间的蓄热进水管19上设置有第一电动三通阀17，同时第一电动三通阀17和第二蓄热水箱6相连。

分水器8还连接有集水器9，相变蓄热水箱7、分水器8和集水器9通过水管连接设置为闭合回路，相变蓄热水箱7和分水器8之间的供热出水管13上设置有和温度传感器12和第二电动三通阀14，相变蓄热水箱7和集水器9之间的供热进水管21通过旁通管23和第二电动三通阀14相连，相变蓄热水箱7和集水器9之间的供热进水管21上还设置有第三电动三通阀22。

集水器9和换热器1通过水管接入到相变蓄热水箱7的蓄热出水管20上。

集水器9和分水器8之间设置有压差旁通阀26。

换热器1为板式换热器。

相变蓄热水箱7为柱型壳管式相变蓄热水箱7。蓄热出水管20上电磁二通阀31或者电动二通阀。

用户供暖末端为地板辐射供暖末端，供回水温度设定为42℃/37℃，温差为5℃。

从各部水箱输送来的热水直接进入分水器8，再通过供暖管网为用户供暖末端供热。

当用户供暖负荷较大，热回收系统回收的热量全部用于供暖供热时，关闭换热器1的出水管上的第一电动三通阀17对于相变蓄热水箱7蓄热进水方向的阀门开度。将第二蓄热水箱6的方向阀门开度调至最大，使换热器1出来的热水进入第二蓄热水箱6直接通过分水器8由供暖热水泵供至用户供暖末端。

实施例4

如图2所示，当用户供暖负荷较小，用于供暖供热的同时仍有盈余，调低第二蓄热水箱6的第一电动三通阀17阀门开度，打开相变蓄热水箱7的第一电动三通阀17和设置在蓄热出水管20上的电磁二通阀31的阀门开度，关闭对于供热进出水管上的第二电动三通阀14和第三电动三通阀22的阀门开度。使部分热水进入相变蓄热水箱7经热回收冷却水循环泵强制循环进行循环蓄热。

实施例5

如图2所示，冬季相变蓄热水箱7独立供暖运行示意图，当相变蓄热水箱7储存的热量足够满足用户供暖负荷时，关闭第一电动三通阀17门对第二蓄热水箱6进水管方向的开度，关闭第三电动三通阀22对换热器1回水方向和相变蓄热水箱7蓄热出水管20上电磁二通阀31的阀门开度，打开第三电动三通阀22对相变蓄热水箱7的供热出水方向的阀门，当温度传感器12测出的相变蓄热水箱7上端供暖热水供水出水温度达到供暖要求时，优先采用相变蓄热水箱7单独为用户供暖供热。正式供热后关闭第三电动三通阀22对于旁通管23的开度，直到相变蓄热水箱7的蓄存的热量用完、供暖热水供水温度达不到供暖要求。

实施例6

参见图3，冬当相变蓄热水箱7储存较多的热量，而用户供暖负荷很大时，打开第一电动三通阀17对第二蓄热水箱6进水的开度、关闭第一电动三通阀17对相变蓄热水箱7蓄热进水管19的开度；打开第三电动三通阀22对相变蓄热水箱7供热出水管13上的阀门开度，打开第二电动三通阀14对热回收冷却水回水方向和相变蓄热水箱7供热进水管21方向的阀门，关闭电磁二通阀31的阀门。

实施例7

参见图4，夏季用户没有供暖需求时，关闭热回收系统，单独运行冷却塔4对制冷循环进行冷凝侧冷却。此时关闭热回收冷却水泵3和关闭热回收系统。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。