一种应用于idc机房热湿独立控制空调系统及制冷方法
【专利摘要】本发明提供一种应用于IDC机房热湿独立控制空调系统及制冷方法。本发明的空调系统包括闭式冷却塔、水冷制冷机组、冷水罐、冷冻水泵、冷却水泵、干盘管模块、新风除湿模块、排风设备、嵌入式控制系统、、闭式冷却塔进风干湿球温度传感器、干盘管模块进水温度传感器、干盘管模块出水温度传感器。本发明的制冷方法是当室外空气的干球温度低于判据温度1，闭式冷却塔干工况运行，水冷制冷机组停机，节水节能；当室外空气的干球温度高于判据温度1且湿球温度低于判据温度2，闭式冷却塔湿工况运行，水冷制冷机组停机，节能；当室外空气的湿球温度高于判据温度2，水冷制冷机组运行且运行时出水温度为判据温度2，节能。
【专利说明】一种应用于IDC机房热湿独立控制空调系统及制冷方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及IDC机房的空气调节领域，具体涉及一种应用于IDC机房的热湿独立 控制的空调系统及其制冷方法。
【背景技术】
[0002] IDC机房中由于设备运行，散热量大，为保证设备的正常运行，机房温度需要常年 控制在22°C ±2°C。
[0003] IDC机房的特殊性：（1)全年都是冷负荷，所以需要全年开启制冷系统，并全天24 小时不间断运行；（2)IDC机房冷负荷大，制冷系统能耗很高；（3)为保证IDC机房在停水情 况下依然能正常运行，采用水冷制冷机组时要求配备蓄水池。
[0004] 现有IDC机房最传统的制冷解决方案是采用风冷精密空调，单机制冷能力较小， 一个数据机房一般都需安装多台才能满足需要。
[0005] 风冷精密空调主要缺点如下：（1)制冷系统的能效比低：采用风冷方式，能效比较 水冷制冷系统低，全年运行能耗大；（2)安装困难：大量的室外冷凝器安装需要非常大的场 地，铜管过长，制冷效率低，成本高，安装难度大，而且影响建筑物外观。（3)室外冷凝器的安 装位置受空间限制，极可能出现热岛效应，大大降低制冷效率。（4)在夏天室外温度很高时， 制冷能力严重下降甚至保护停机。（5)精密空调内部风机盘管的工作温度大大低于露点温 度，产生大量冷凝水，为了维持数据中心的湿度，需要启动加湿功能，除湿和加湿都要消耗 大量的能源。
[0006] 由于IDC机房规模的扩大，采用水冷制冷机组配合IDC末端装置的系统形式越来 越多。
[0007] 传统的水冷制冷机组(采用的开式冷却塔）配合IDC末端装置(水冷精密空调）的 系统，主要缺点如下：（1)由于IDC机房全年冷负荷，水冷制冷机组全年开启，运行费用高。 (2)水冷精密空调工作时产生大量冷凝水，为保证IDC机房内设备的正常运行，需要设置处 理冷凝水的相关设备，如需要做拦水坝、地面做防水处理、设置排水管道、安装漏水报警设 备。（3)采用开式冷却塔，需要配备的蓄水池容积要求大，占地面积大，耗水量大。
【发明内容】
[0008] 针对现有IDC机房空调系统技术的上述缺陷， 申请人:经过研究改进，提供一种应 用于IDC机房的热湿独立控制空调系统及其制冷方法，通过干盘管模块和新风除湿模块构 成空调系统，闭式冷却塔和水冷制冷机组构成制冷系统，通过联合运行，解决目前技术中存 在的上述缺陷。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 本发明提供一种应用于IDC机房的热湿独立控制空调系统，包括由管道连接的闭 式冷却塔、水冷制冷机组、冷水罐、冷冻水泵、冷却水泵和干盘管模块，独立的新风除湿模 块，独立的排风设备，以及电连接的嵌入式控制系统、闭式冷却塔进风干湿球温度传感器、 干盘管模块进水温度传感器、干盘管模块出水温度传感器、闭式冷却塔风机变频器、闭式冷 却塔循环水泵变频器以及各电动阀门；
[0011]自来水管、冷水罐的第一出水口由管道分别经第一电动阀门、第二电动阀门与闭 式冷却塔的补水口连接，闭式冷却塔的出水口由管道经第三电动阀门与冷水罐的进水口连 接，闭式冷却塔的出水口又由管道经顺序连接的第四电动阀门和第五电动阀门与冷却水泵 的进水口连接，闭式冷却塔的出水口还由管道经顺序连接的第四电动阀门和第六电动阀门 与冷冻水泵的进水口连接，水冷制冷机组的第一出水口由管道经第七电动阀门与冷冻水泵 的进水口连接，冷冻水泵的出水口由管道直接与干盘管模块的进水口连接，干盘管模块的 出水口由管道分别经第八电动阀门、第九电动阀门与水冷制冷机组的第一进水口、闭式冷 却塔的进水口连接，冷却水泵的出水口由管道直接与水冷制冷机组的第二进水口连接，水 冷制冷机组的第二出水口由管道直接与闭式冷却塔的进水口连接；冷水罐的第二出水口由 管道分别经第五电动阀门、第六电动阀门冷却水泵的进水口、冷冻水泵的进水口连接；新风 除湿模块、排风设备独立安装在IDC机房内；
[0012] 闭式冷却塔进风干湿球温度传感器安装在闭式冷却塔的进风口处；干盘管模块进 水温度传感器安装在干盘管模块供水管道上；干盘管模块出水温度传感器安装在干盘管模 块回水管道上。闭式冷却塔进风干湿球温度传感器、干盘管模块进水温度传感器和干盘管 模块出水温度传感器采集的信号输入嵌入式控制系统，嵌入式控制系统输出的信号控制各 电动阀门和闭式冷却塔风机变频器、闭式冷却塔循环水泵变频器。
[0013] 2. -种应用于IDC机房的热湿独立控制制冷方法，具体为：
[0014] 1)当室外空气的干球温度低于判据温度1，水冷制冷机组停机，闭式冷却塔干工况 运行，提供冷冻水，冷却干盘管模块的同时保证干盘管模块干工况运行；
[0015] 2)当室外空气的干球温度高于判据温度1且湿球温度低于判据温度2,水冷制冷 机组停机，闭式冷却塔湿工况运行，提供冷冻水，冷却干盘管模块的同时保证干盘管模块干 工况运行；
[0016] 3)当室外空气的湿球温度高于判据温度2,水冷制冷机组运行，提供冷冻水，冷却 干盘管模块的同时保证干盘管模块干工况运行；
[0017] 4)水冷制冷机组运行时，出水温度控制在判据温度2,保证干盘管模块干工况运行 的同时最大限度地提高水冷制冷机组的能效比。
[0018] 本发明的有益技术效果是：
[0019] 本发明采用热湿独立控制空调系统，由干盘管模块负担室内冷负荷，由新风除湿 模块负担新风和全部湿负荷。干盘管模块的工作温度运行于露点温度以上，不需要负担室 内湿负荷。
[0020] 本发明采用干盘管模块内的盘管干工况运行，无冷凝水产生，因此，不必设置处理 冷凝水的相关设备，保证机房的安全运行。
[0021] 本发明采用干盘管模块中的盘管干工况运行，盘管的面积以及安放位置更加灵 活，可以大大增加换热面积及换热效果。
[0022] 本发明采用干盘管模块中的盘管干工况运行，盘管运行温度高，所需冷冻水温度 高。一年内的大部分时间都可采用闭式冷却塔提供冷却水，大大减小制冷机组运行时间，节 能；在适当的气候条件下采用闭式冷却塔干工况运行提供冷冻水，节能、节水、防冻。采用水 冷制冷机组提供冷冻水时，由于制冷系统出水温度提高，制冷机组COP提高，节能。
[0023] 本发明采用的干盘管模块不产生除湿效果，不会因冷凝水析出、降低室内湿度而 需要加湿，减少这部分引起的能耗。
[0024] 本发明采用新风除湿模块独立运行，受限制少。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明制冷系统的结构框图。
[0026] 图2是本发明制冷系统的运行方式总图。
[0027] 图3是正常情况下，闭式冷却塔冷却运行方式的环路图。
[0028] 图4是正常情况下，水冷制冷机组制冷运行方式下的冷冻水循环、冷却水循环环 路图。
[0029] 图5是正常情况下，本发明制冷系统的供水图。
[0030] 图6是紧急停水情况下，本发明制冷系统的供水图。
[0031] 【附图符号说明】1.闭式冷却塔；2.水冷制冷机组；3.冷水罐；4.冷冻水泵；5.冷 却水泵；6.干盘管模块；7.新风除湿模块；8.排风设备；9.嵌入式控制系统；10.闭式冷却 塔进风干湿球温度传感器；11.干盘管模块进水温度传感器；12.干盘管模块出水温度传感 器；13.电动阀门；14.电动阀门；15.电动阀门；16.电动阀门；17.电动阀门；18.电动阀 门；19.电动阀门；20.电动阀；21.电动阀；22.闭式冷却塔风机变频器；23.闭式冷却塔循 环水泵变频器。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0033] 如图1所示，本发明的制冷系统包括闭式冷却塔1、水冷制冷机组2、冷水罐3、冷冻 水泵4、冷却水泵5、干盘管模块6、新风除湿模块7、排风设备8、嵌入式控制系统9、闭式冷 却塔进风干湿球温度传感器10、干盘管模块进水温度传感器11、干盘管模块出水温度传感 器12、闭式冷却塔风机变频器22、闭式冷却塔循环水泵变频器23以及多个电动阀门13? 21。
[0034] 见图1，自来水管、冷水罐（3)的第一出水口由管道分别经第一电动阀门（20)、第 二电动阀门（21)与闭式冷却塔（1)的补水口连接，闭式冷却塔（1)的出水口由管道经第三 电动阀门（13)与冷水罐（3)的进水口连接，闭式冷却塔（1)的出水口又由管道经顺序连接 的第四电动阀门（14)和第五电动阀门（15)与冷却水泵（5)的进水口连接，闭式冷却塔（1) 的出水口还由管道经顺序连接的第四电动阀门（14)和第六电动阀门（16)与冷冻水泵（4) 的进水口连接，水冷制冷机组（2)的第一出水口由管道经第七电动阀门（17)与冷冻水泵 (4)的进水口连接，冷冻水泵（4)的出水口由管道直接与干盘管模块（6)的进水口连接，干 盘管模块（6)的出水口由管道分别经第八电动阀门（18)、第九电动阀门（19)与水冷制冷机 组（2)的第一进水口、闭式冷却塔（1)的进水口连接，冷却水泵（5)的出水口由管道直接与 水冷制冷机组（2)的第二进水口连接，水冷制冷机组（2)的第二出水口由管道直接与闭式 冷却塔（1)的进水口连接；冷水罐（3)的第二出水口由管道分别经第五电动阀门（15)、第六 电动阀门（16)与冷却水泵（5)的进水口、冷冻水泵（4)的进水口连接；新风除湿模块（7)、 排风设备（8 )独立安装在IDC机房内；
[0035] 见图1，闭式冷却塔进风干湿球温度传感器（10)安装在闭式冷却塔（1)的进风口 处；干盘管模块进水温度传感器（11)安装在干盘管模块（6 )供水管道上；干盘管模块出水 温度传感器（12)安装在干盘管模块（6)回水管道上。闭式冷却塔进风干湿球温度传感器 (10)、干盘管模块进水温度传感器（11)、干盘管模块出水温度传感器（12)采集的信号输入 嵌入式控制系统（9)，嵌入式控制系统（9)输出的信号控制各电动阀门（13?21)以及闭式 冷却塔（1)上的闭式冷却塔风机变频器（22)、闭式冷却塔循环水泵变频器（23)，来满足各 工况下最优控制，起到节能、节水的目的；其中，闭式冷却塔风机变频器（22)控制闭式冷却 塔（1)的风量；闭式冷却塔循环水泵变频器（23)控制闭式冷却塔（1)的喷淋水量。
[0036] 本发明制冷系统总的运行方式如图2所示，分为正常情况、紧急情况两种。
[0037] 见图2,正常情况下，制冷系统又分为"闭式冷却塔冷却"和"水冷制冷机组制冷" 两种运行方式。其控制方式分别如下：
[0038] 1、闭式冷却塔冷却：闭式冷却塔进风干湿球温度传感器10温度中湿球温度低于 判据温度2时，嵌入式控制系统9输出控制信号，控制各电动阀门形成如下开闭组合：
[0039]
【权利要求】
1. 一种应用于IDC机房的热湿独立控制的空调系统，其特征在于：包括由管道连接的 闭式冷却塔（1)、水冷制冷机组（2 )、冷水罐（3 )、冷冻水泵（4)、冷却水泵（5 )和干盘管模块 (6)，独立的新风除湿模块（7)，独立的排风设备（8)，以及电连接的嵌入式控制系统（9)、闭 式冷却塔进风干湿球温度传感器（10 )、干盘管模块进水温度传感器（11 )、干盘管模块出水 温度传感器（12)、闭式冷却塔风机变频器（22)、闭式冷却塔循环水泵变频器（23)以及各电 动阀门（13?21); 自来水管、冷水罐（3)的第一出水口由管道分别经第一电动阀门（20)、第二电动阀门 (21)与闭式冷却塔（1)的补水口连接，闭式冷却塔（1)的出水口由管道经第三电动阀门 (13)与冷水罐（3)的进水口连接，闭式冷却塔（1)的出水口又由管道经顺序连接的第四电 动阀门（14)和第五电动阀门（15)与冷却水泵（5)的进水口连接，闭式冷却塔（1)的出水 口还由管道经顺序连接的第四电动阀门（14)和第六电动阀门（16)与冷冻水泵（4)的进水 口连接，水冷制冷机组（2)的第一出水口由管道经第七电动阀门（17)与冷冻水泵（4)的进 水口连接，冷冻水泵（4)的出水口由管道直接与干盘管模块（6)的进水口连接，干盘管模块 (6)的出水口由管道分别经第八电动阀门（18)、第九电动阀门（19)与水冷制冷机组（2)的 第一进水口、闭式冷却塔（1)的进水口连接，冷却水泵（5)的出水口由管道直接与水冷制冷 机组（2)的第二进水口连接，水冷制冷机组（2)的第二出水口由管道直接与闭式冷却塔（1) 的进水口连接；冷水罐（3)的第二出水口由管道分别经第五电动阀门（15)、第六电动阀门 (16)与冷却水泵（5)的进水口、冷冻水泵（4)的进水口连接；新风除湿模块（7)、排风设备 (8)独立安装在IDC机房内； 闭式冷却塔进风干湿球温度传感器（10)安装在闭式冷却塔（1)的进风口处；干盘管模 块进水温度传感器（11)安装在干盘管模块（6)供水管道上；干盘管模块出水温度传感器 (12)安装在干盘管模块（6)回水管道上；闭式冷却塔进风干湿球温度传感器（10)、干盘管 模块进水温度传感器（11)和干盘管模块出水温度传感器（12)采集的信号输入嵌入式控制 系统（9)，嵌入式控制系统（9)输出的信号控制各电动阀门（13?21)和闭式冷却塔风机变 频器（22 )、闭式冷却塔循环水泵变频器（23 )。
2. -种应用于IDC机房的热湿独立控制制冷方法，其特征在于： 1) 当室外空气的干球温度低于判据温度1，水冷制冷机组停机，闭式冷却塔干工况运 行，提供冷冻水，冷却干盘管模块的同时保证干盘管模块干工况运行； 2) 当室外空气的干球温度高于判据温度1且湿球温度低于判据温度2,水冷制冷机组 停机，闭式冷却塔湿工况运行，提供冷冻水，冷却干盘管模块的同时保证干盘管模块干工况 运行； 3) 当室外空气的湿球温度高于判据温度2,水冷制冷机组运行，提供冷冻水，冷却干盘 管模块的同时保证干盘管模块干工况运行； 4) 水冷制冷机组运行时，出水温度控制在判据温度2,保证干盘管模块干工况运行的同 时最大限度地提高水冷制冷机组的能效比。
【文档编号】F24F5/00GK104456774SQ201310419511
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】李静, 陆明刚 申请人:江南大学