一种数据中心新风控温系统和控温方法
【专利摘要】本发明为一种数据中心新风控温系统及其控温方法，包括新风进风门、换气风机，以及控制器、混风仓、供风风机和温度探测器；数据中心的室内空间用数据设备分隔为冷通道和热通道，混风仓安装在新风进风门处，与供风风机密封链接，供风风机的另一端通向冷通道；换气风机安装在热通道区域，温度探测器分别安置在新风进风门、冷通道、热通道；控制器根据温度探测器测得的冷通道温度、热通道温度和室外温度与预先设定标准温度范围的关系变化，实时调整换气风机、供风风机的风量，以及决定是否启动空调制冷功能；只要室外气温低于热通道空气温度就可以采用自然冷源制冷，而且当室外温度等于或低于冷通道设置温度时可以实现完全自然冷源制冷。
【专利说明】一种数据中心新风控温系统和控温方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数据中心冷却控温【技术领域】，特别是一种采用自然冷源的新风冷却控温系统和控温方法。
【背景技术】
[0002]目前数据中心设备制冷主要采用纯空调压缩机制冷和空调压缩机+乙二醇溶液换热方式的双冷源制冷技术，前者属于完全依靠空调压缩机制冷，所以耗能最大，后者由于采用乙二醇溶液换热辅助制冷，所以当室外温度下降到14摄氏度以后可以采用自然冷源制冷，但是该技术对自然冷源的利用率相对较低，只能在14摄氏度以下才能采用自然制冷，而且在刚刚到达14度时，所能利用的自然制冷的比例也是极其的低，只有当温度达到2度时才能实现完全自然制冷。
[0003]还有一种采用热管换热器形式为集装箱式数据中心使用的制冷技术，该技术属于完全自然制冷，但该技术所能达到的制冷量有限，对换热器的面积有比较高的需求，而且也需要一定的室内外温差才能达到制冷效果，由于该技术的局限性，所以一般只能用在散热量不是很大的通讯基站的机房上。数据中心，特别是集装箱式数据中心，其空间有限、冷风量要求大，很难采用传统降温控温方式，并且集装箱数据中心需要长时间连续降温，能耗大的问题也需要解决。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了提供一种最大化的利用自然冷源的控温系统和控温方法。
[0005]本发明所述一种数据中心新风控温系统，包括新风进风门、换气风机，数据中心的室内空间分隔为冷通道和热通道，设备安置在冷通道和热通道之间，其特征在于还包括控制器、混风仓、供风风机和温度探测器；混风仓安装在新风进风门处，并将新风进风门与室内隔离，混风仓的室外空气进风管朝向新风进风门并与之相通，混风仓的室内空气进风管朝向热通道并与之相通；混风仓的混风出口与供风风机密封链接，供风风机的另一端通向冷通道；换气风机安装在热通道区域，并直接通往室外；温度探测器分别安置在新风进风门、冷通道、热通道；控制器与温度探测器、换气风机、供风风机连接，并能调整和控制换气风机和供风风机的风量。
[0006]所述冷通道和热通道是根据室内设备的摆放位置，为实现对设备降温考虑而隔离出来的两个空间，冷通道中的空气通过设备后被加热成热空气，进而进入热通道。
[0007]为了使本系统适能适用更大的外部环境温度范围，可以在供风风机出风方向密闭安装空调，或者用空调代替供风风机，需要制冷时由空调制冷，不需要制冷时空调仅起供风风机的作用。
[0008]换气风机安装在热通道区域，并直接通往室外，主要用于将热通道内的热空气排出室外。
[0009]所述换气风机、供风风机、空调均为可控变速风机。换气风机和供风风机可以是相同型号的风机也可以是不同型号的风机，但应该能被控制器调整和控制风量的变化。
[0010]温度探测器分别安置在新风进风门、冷通道、热通道，随时测量三个区域的温度并向控制器反馈。
[0011]控制器与温度探测器、换气风机、供风风机或空调连接，根据温度的变化和控温的需要，调整和控制换气风机和供风风机的开启和风量，并控制空调制冷的开启和闭合。
[0012]所述混风仓为多管进风混风仓，包括壳体、室内空气进风管组、室外空气进风管组和防倒风阀片；室内空气进风管组由多个室内空气进风管组成，室外空气进风管组由多个室外空气进风管组成；壳体内是混风区，并有混风出口，壳体上有供室内空气进风管和室外空气进风管插入的口 ；防倒风阀片通过铰链安装在每个室外空气进风管和室内空气进风管在壳体内的出口端上，铰链位置在出口端的上部正中。
[0013]所述铰链可以为自由转动铰链，防倒风阀片靠其自身重力可以自然下垂盖住室外空气进风管和室内空气进风管；或者可以采用电动控制防倒风阀片的开闭，并与控制器链接，控制器根据混风的需要控制阀片的开闭。
[0014]本发明所述一种数据中心新风控温方法，运用前述数据中心新风控温系统，其特征在于包括以下步骤:
[0015]第一步，在控制器上初始设置冷通道的标准温度范围；
[0016]第二步，启动控制器和温度探测器，温度探测器探测室外、冷通道、热通道的温度，并向控制器反馈；
[0017]第三步，当温度探测器测得室外温度与冷通道初始设置的标准温度范围相同时，控制器启动并控制换气风机与供风风机风量保持相同，换气风机将室内热通道的空气排出，这时在室内形成负压，室外空气从数据中心新风进风门，通过混风仓的室外空气进风管进入混风仓，经由供风风机送入冷通道，补充箱内空气不足，这时排出的热空气量和进入室内的冷空气量相等，不会有热通道里的热空气进入混风仓；
[0018]第四步，当探测器测得室外温度低于冷通道初始设置的标准温度范围时，控制器启动并控制换气风机的排风量小于供风风机的供风量，这时热通道内的气压大于室外气压，一部分热通道里的热空气会通过混风仓的室内空气进风管压入混风仓，与从室外进入到混风仓的冷空气混合，达到冷通道初始设置的标准温度范围，由供风风机送到冷通道，供室内设备降温；
[0019]第五步，当温度探测器测得室外温度高于冷通道初始设置的标准温度范围，但低于热通道探测到的温度时，控制器启动并控制换气风机与供风风机的风量保持相同，同时开启空调制冷功能，由空调将混风仓排出的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围，送到冷通道供室内设备降温；
[0020]第六步，当温度探测器测得室外温度高于热通探测到的温度时，控制器启动供风风机并关闭换气风机，同时开启空调制冷功能，此时室内没有空气排除，不会产生负压，室外的空气则不再进入混风仓，只有热通道的空气进入混风仓，经由空调将其降温到冷通道初始设置的标准温度范围，送到冷通道供室内设备降温。
[0021]本发明所述另一种数据中心新风控温方法，运用前述数据中心新风控温系统，其特征在于包括以下步骤:
[0022]第一步，在控制器上初始设置冷通道的标准温度范围；[0023]第二步，启动控制器、温度探测器、换气风机和供风风机，温度探测器探测室外、冷通道、热通道的温度，并向控制器反馈；
[0024]第三步，当温度探测器测得冷通道的温度处于初始设置的标准温度范围内时，控制器控制换气风机的风量与供风风机的风量保持不变；
[0025]第四步，当温度探测器测得冷通道的温度低于初始设置的标准温度范围时，控制器控制降低换气风机的风量，同时提高供风风机的风量，这时热通道的气压会增大，混风仓内的气压会减小，若热通道的气压大于混风仓内的气压时，一部分热通道里的热空气会通过混风仓的室内空气进风管压入混风仓，与从室外进入到混风仓的冷空气混合，由供风风机送到冷通道；控制器控制不断的降低换气风机的风量并提高供风风机的风量，直到冷通道的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器控制换气风机和供风风机保持此时的风量;
[0026]第五步，当温度探测器测得冷通道的温度高于初始设置的标准温度范围时，控制器控制提高换气风机的风量，同时降低供风风机的风量，这时热通道的气压会变小，同时混风仓内的气压会增大，若热通道的气压小于或等于混风仓内的气压时，热通道里的热空气不会再进入混风仓，混风仓内只有从室外进入的冷空气，由供风风机送到冷通道；控制器不断提高换气风机的风量并降低供风风机的风量，直到冷通道的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器控制换气风机和供风风机保持此时的风量；若换气风机的风量已经达到最大限度，而此时冷通道的温度仍然高于初始设置的标准温度范围时，控制器启动空调制冷功能，由空调将混风仓的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围后，送到冷通道供室内设备降温；
[0027]第六步，当温度探测器测得室外温度高于热通道的温度时，控制器关闭换气风机，同时开启空调制冷功能，此时室内空气不再排出室外，室内空气无负压，混风仓内只有热通道里的热空气进入，而不再有室外空气进入，空调将混风仓的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围后，送到冷通道供室内设备降温。
[0028]本发明所述数据中心新风控温方法，是依据模糊控制原理，由控制器根据温度探测器测得的冷通道温度、热通道温度和室外温度，并根据所测温度与预先设定的室内设备冷却所需温度范围即冷通道的标准温度范围的关系变化，来调整换气风机、供风风机或者空调的风量，以及决定是否需要启动空调制冷功能。其特征是控制器对换气风机、供风风机或者空调的控制是动态的，即控制器根据冷通道、热通道和室外的温度与冷通道初始设置的标准温度范围的对比，随时调整换气风机排风量和供风风机风量，控制混风比例，以及是否开启空调制冷功能，从而保证冷通道的空气温度始终保持在初始设置的标准温度范围内。
[0029]本发明采用新风制冷技术，直接引入室外温度低的空气，经过与室内热空气按精确比例混合达到所需温度，经除湿后供设备降温。其有益效果是可以最大化地利用室内外温差实现自然制冷，只要室外气温低于热通道空气温度就可以采用自然冷源制冷，而且当室外温度等于或低于冷通道设置温度时可以实现完全自然冷源制冷。本发明对室外自然冷源的利用率非常高，减少甚至可以不使用空调压缩机制冷，节约了能源。本发明所述系统和方法的适用范围非常广阔，从_35°C寒冷气候的地区到45°C的高温环境都能使用。并且本发明较之普通新风空调具有的优点是体积小，结构紧凑，占用空间小；结构简单，易于维护， 并且供风量大，能够实现精确控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1、控温系统侧视剖面图
[0031]图2、控温系统俯视剖面图
[0032]图3、混风仓正面视图
[0033]图4、集装箱数据中心控温系统俯视剖面图
[0034]图5、控制器连接示意图
[0035]图6、控温方法流程示意图
[0036]图中序号表示为:1新风进风门；2混风仓；3换气风机；4供风风机；5空调；6冷通道；7热通道；8温度探测器；9控制器；10混风仓壳体；11室内空气进风管；12室外空气进风管；13防倒风阀片；14混风区；15混风出口 ；16设备；17密封条。
【具体实施方式】
[0037]图1至图3以及图5所示为本发明一个优选应用实例。所述数据中心新风控温系统包括数据中心新风进风门1、混风仓2、换气风机3、供风风机4、空调5、冷通道6、热通道
7、温度探测器8、控制器9。所述混风仓为多管进风混风仓，包括壳体10、室内空气进风管
11、室外空气进风管12、防倒风阀片13、混风区14、混风出口 15。混风仓2固定在数据中心新风进风门I上，混风仓2的室外空气进风管12与数据中心新风进风门I直接相通；室内空气进风管11与热通道7相通。混风出口 15与供风风机4之间用密封条17密闭连接。
[0038]在本实施例中，所述冷通道6和热通道7是根据室内设备17的摆放位置，出于设备17降温的需要而隔离出来的两个空间。所述换气风机3安装在热通道7区域，主要用于将热通道7里的热空气排出室外，供风风机4和空调5并列安置，用于将混风仓2内的空气送入冷通道6。换气风机3和供风风机4是相同型号的风机，并能被控制器9控制调整风量。
[0039]所述防倒风阀片13通过铰链安装在每个室外空气进风管12和室内空气进风管11在混风区14 一端的出口上，铰链位置在出口端的上部正中，这种防倒风阀片13靠重力自然下垂从而盖住室外空气进风管12和室内空气进风管11。
[0040]所述温度探测器8，分别安置在数据中心新风进风门I处、冷通道6区域、热通道7区域；控制器9与温度探测器8、换气风机3、供风风机4、空调5连接，根据温度的变化调整和控制换气风机3、供风风机4或者空调5。
[0041]图4为本发明所述新风控温系统运用在集装箱式数据中心上的实施例，此实施例采用多组混风仓2、多组供风风机4、多组空调5和多组换气风机3。冷通道6区域由多组供风风机4和空调5供风，可以有效利用冷风均匀供所有设备16降温。
[0042]图6为运用所述数据中心新风空温系统的控温方法示意图，示意图说明了所述数据中心新风控温方法的实施过程:
[0043]第一步，在控制器9上初始设置冷通道的标准温度范围；
[0044]第二步，启动控制器9、换气风机3、供风风机4和温度探测器8，温度探测8器探测室外、冷通道6、热通道7的温度，并向控制器9反馈；[0045]第三步，当温度探测器8测得冷通道6的温度处于初始设置的标准温度范围内时，控制器9控制换气风机3的风量与供风风机4的风量保持不变；
[0046]第四步，当温度探测器8测得冷通道6的温度低于初始设置的标准温度范围时，控制器9控制降低换气风机3的风量，同时提高供风风机4的风量，这时热通道7的气压会增大，混风仓2内的气压会减小，若热通道7的气压大于混风仓2内的气压时，一部分热通道7里的热空气会通过混风仓2的室内空气进风管11压入混风仓2，与从室外进入到混风仓2的冷空气混合，由供风风机4送到冷通道6 ;控制器9控制不断的降低换气风机3的风量并提高供风风机4的风量，直到冷通道6的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器9控制换气风机3和供风风机4保持此时的风量；
[0047]第五步，当温度探测器8测得冷通道6的温度高于初始设置的标准温度范围时，控制器9控制提高换气风机3的风量，同时降低供风风机4的风量，这时热通道7的气压会变小，同时混风仓2内的气压会增大，若热通道7的气压小于或等于混风仓2内的气压时，热通道7里的热空气不会再进入混风仓2，混风仓2内只有从室外进入的冷空气，由供风风机4送到冷通道6 ;控制器9不断提高换气风机3的风量并降低供风风机4的风量，直到冷通道6的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器9控制换气风机3和供风风机4保持此时的风量；若换气风机3的风量已经达到最大限度，而此时冷通道6的温度仍然高于初始设置的标准温度范围时，控制器9启动空调5的制冷功能，由空调5将混风仓2的空气降温到冷通道6初始设置的标准温度范围后，送到冷通道6供室内设备降温；
[0048]第六步，当温度探测器8测得室外温度高于热通道7的温度时，控制器9关闭换气风机3，同时开启空调5制冷功能，此时室内空气不再排出室外，室内无负压，混风仓2内只有热通道7里的热空气进入，而不再有室外空气进入，空调5将混风仓2的空气降温到冷通道6初始设置的标准温度范围后，送到冷通道6供室内设备降温。
【权利要求】
1.一种数据中心新风控温系统，包括新风进风门、换气风机，数据中心的室内空间分隔为冷通道和热通道，设备安置在冷通道和热通道之间，其特征在于还包括控制器、混风仓、供风风机和温度探测器；混风仓安装在新风进风门处，并将新风进风门与室内隔离，混风仓的室外空气进风管朝向新风进风门并与之相通，混风仓的室内空气进风管朝向热通道并与之相通；混风仓的混风出口与供风风机密封链接，供风风机的另一端通向冷通道；换气风机安装在热通道区域，并直接通往室外；温度探测器分别安置在新风进风门、冷通道、热通道；控制器与温度探测器、换气风机、供风风机连接，并能调整和控制换气风机和供风风机的风量。
2.根据权利要求1所述数据中心新风控温系统，其特征在于所述混风仓为多管进风混风仓，包括壳体、室内空气进风管组、室外空气进风管组和防倒风阀片；室内空气进风管组由多个室内空气进风管组成，室外空气进风管组由多个室外空气进风管组成；壳体内是混风区，并有混风出口，壳体上有供室内空气进风管和室外空气进风管插入的口 ；防倒风阀片通过铰链安装在每个室外空气进风管和室内空气进风管在壳体内的出口端上，铰链位置在出口端的上部正中。
3.根据权利要求2所述数据中心新风控温系统，其特征在于所述铰链可以为自由转动铰链，防倒风阀片靠其自身重力可以自然下垂盖住室外空气进风管和室内空气进风管；或者可以采用电动控制防倒风阀片的开合。
4.根据权利要求3所述数据中心新风控温系统，其特征在于在供风风机出风方向密闭安装空调，或者用空调代替供风风机，空调也与控制器连接，受控制器控制。
5.根据权利要求4所述数据中心新风控温系统，其特征在于所述换气风机、供风风机、空调均为可控变速风机。
6.一种数据中心新风控温方法，运用权利要求5所述数据中心新风控温系统，其特征在于包括以下步骤: 第一步，在控制器上初始设置冷通道的标准温度范围； 第二步，启动控制器和温度探测器，温度探测器探测室外、冷通道、热通道的温度，并向控制器反馈； 第三步，当温度探测器测得室外温度与冷通道初始设置的标准温度范围相同时，控制器启动并控制换气风机与供风风机风量保持相同，换气风机将室内热通道的空气排出，这时在室内形成负压，室外空气从数据中心新风进风门，通过混风仓的室外空气进风管进入混风仓，经由供风风机送入冷通道，补充箱内空气不足，这时排出的热空气量和进入室内的冷空气量相等，不会有热通道里的热空气进入混风仓； 第四步，当探测器测得室外温度低于冷通道初始设置的标准温度范围时，控制器启动并控制换气风机的排风量小于供风风机的供风量，这时热通道内的气压大于室外气压，一部分热通道里的热空气会通过混风仓的室内空气进风管压入混风仓，与从室外进入到混风仓的冷空气混合，达到冷通道初始设置的标准温度范围，由供风风机送到冷通道，供室内设备降温； 第五步，当温度探测器测得室外温度高于冷通道初始设置的标准温度范围，但低于热通道探测到的温度时，控制器启动并控制换气风机与供风风机的风量保持相同，同时开启空调制冷功能，由空调将混风仓排出的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围，送到冷通道供室内设备降温； 第六步，当温度探测器测得室外温度高于热通探测到的温度时，控制器启动供风风机并关闭换气风机，同时开启空调制冷功能，此时室内没有空气排除，不会产生负压，室外的空气则不再进入混风仓，只有热通道的空气进入混风仓，经由空调将其降温到冷通道初始设置的标准温度范围，送到冷通道供室内设备降温。
7.一种数据中心新风控温方法，运用权利要求5所述数据中心新风控温系统，其特征在于包括以下步骤: 第一步，在控制器上初始设置冷通道的标准温度范围； 第二步，启动控制器、温度探测器、换气风机和供风风机，温度探测器探测室外、冷通道、热通道的温度，并向控制器反馈； 第三步，当温度探测器测得冷通道的温度处于初始设置的标准温度范围内时，控制器控制换气风机的风量与供风风机的风量保持不变； 第四步，当温度探测器测得冷通道的温度低于初始设置的标准温度范围时，控制器控制降低换气风机的风量，同时提高供风风机的风量，这时热通道的气压会增大，混风仓内的气压会减小，若热通道的气压大于混风仓内的气压时，一部分热通道里的热空气会通过混风仓的室内空气进风管压入混风仓，与从室外进入到混风仓的冷空气混合，由供风风机送到冷通道；控制器控制不断的降低换气风机的风量并提高供风风机的风量，直到冷通道的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器控制换气风机和供风风机保持此时的风量； 第五步，当温度探测器测得冷通道的温度高于初始设置的标准温度范围时，控制器控制提高换气风机的风量，同时降低供风风机的风量，这时热通道的气压会变小，同时混风仓内的气压会增大，若热通道的气压小于或等于混风仓内的气压时，热通道里的热空气不会再进入混风仓，混风仓内只有从室外进入的冷空气，由供风风机送到冷通道；控制器不断提高换气风机的风量并降低供风`风机的风量，直到冷通道的温度达到初始设置的标准温度范围时，控制器控制换气风机和供风风机保持此时的风量；若换气风机的风量已经达到最大限度，而此时冷通道的温度仍然高于初始设置的标准温度范围时，控制器启动空调制冷功能，由空调将混风仓的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围后，送到冷通道供室内设备降温； 第六步，当温度探测器测得室外温度高于热通道的温度时，控制器关闭换气风机，同时开启空调制冷功能，此时室内空气不再排出室外，室内空气无负压，混风仓内只有热通道里的热空气进入，而不再有室外空气进入，空调将混风仓的空气降温到冷通道初始设置的标准温度范围后，送到冷通道供室内设备降温。
8.根据权利要求6或7所述数据中心新风控温方法，其特征在于控制器对换气风机、供风风机和空调的控制是动态的。
【文档编号】F24F11/04GK103673231SQ201310732317
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】李宁, 王志强, 李治 申请人:联方云天科技(北京)有限公司