一种冷却单元及设有该冷却单元的风冷冷水机组的制作方法

本实用新型涉及制冷装备技术领域，尤其涉及一种冷却单元及设有该冷却单元的风冷冷水机组，具体涉及一种能降低空调制冷能耗的冷却单元及设有该冷却单元的风冷冷水机组。

背景技术：

近些年随着互联网的不断发展，数据中心大量投入使用，由此产生的巨额耗电量已越来越为人们所关注，数据中心的节能降耗成为关键议题。其中，空调的能耗占到数据中心总能耗的近40％。数据中心具有全年不间断供冷的特性，在使用冷冻水型空调末端的数据中心，冷水机组需要全年运行。在室外温度很低的情况下还要启动压缩机制冷，浪费了大量的自然冷源，造成了能源的极大浪费。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是：提供一种能够利用自然冷源的冷却单元及设有该冷却单元的风冷冷水机组，以解决冷水机组需要全年启动压缩机制冷造成大量能源浪费的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种冷却单元，该冷却单元包括并行设置的自然冷源子单元及冷凝器子单元，所述自然冷源子单元的进口端与空调末端的回水管连接，出口端与冷水机组的冷冻水进水口连接；所述自然冷源子单元包括4个自然冷却盘管，且所述4个自然冷却盘管的纵剖面构成W型自然冷源结构；所述冷凝器子单元包括4个冷凝盘管，且所述4个冷凝盘管的纵剖面构成W型冷凝器结构；所述W型自然冷源结构设于所述W型冷凝器结构的外围。

其中，所述W型自然冷源结构的两侧及底部均设有进风口。

其中，相邻设置的所述自然冷却盘管与冷凝盘管间均设有间隙。

其中，所述4个自然冷却盘管的进口端通过连管连接后与所述空调末端的回水管连接。

其中，所述4个自然冷却盘管的出口端通过连管连接后与所述冷水机组的冷冻水进水口连接。

其中，所述4个冷凝盘管的进口端通过连管连接后与压缩机连接。

其中，所述4个冷凝盘管的出口端通过连管连接后与膨胀阀连接。

本实用新型还提供了一种风冷冷水机组，包括上述冷却单元。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供了一种冷却单元，该冷却单元包括并行设置的自然冷源子单元及冷凝器子单元，自然冷源子单元的进口端与空调末端的回水管连接，出口端与冷水机组的冷冻水进水口连接；自然冷源子单元包括4个自然冷却盘管，且4个自然冷却盘管的纵剖面构成W型自然冷源结构；冷凝器子单元包括4个冷凝盘管，且4个冷凝盘管的纵剖面构成W型冷凝器结构；W型自然冷源结构设于W型冷凝器结构的外围。自然冷源子单元内循环的介质是冷冻水，冷凝器子单元内循环的介质是制冷剂；采用上述冷却单元，在冬季或过渡季节时，只需通过自然冷源独立供冷或自然冷源、压缩机机械供冷联合使用，大大缩短了压缩机的开启时间，极大降低了风冷冷水机组的年运行能耗，并根据使用地区气候条件的不同，能达到20％～70％的节能率。

附图说明

图1是本实用新型一种冷却单元实施例的冷冻水在自然冷源子单元内循环的具体结构布置图；

图2是本实用新型一种冷却单元实施例的制冷剂在冷凝器子单元内循环的具体结构布置图；

图3是本实用新型一种设有冷却单元的风冷冷水机组实施例的运行原理示意图。

图中：1：压缩机；2：冷却单元；2-1：自然冷却盘管；2-2：冷凝盘管；3：膨胀阀；4：三通调节阀；5：蒸发器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

值得说明的是，本实施例中的装置间均通过管路连接。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了一种冷却单元2，该冷却单元2包括并行设置的自然冷源子单元及冷凝器子单元，冷凝器子单元是压缩机机械制冷的散热单元，代表压缩机机械制冷；自然冷源子单元代表自然冷却盘管的散热，自然冷却制冷；这两部分子单元共用风扇，向室外空气散热。其中，并行设置指的是并列且平行，具体地，并列指的是自然冷源子单元及代表压缩机机械制冷的冷凝器子单元既可以独立制冷，也可以联合制冷；结合附图1及附图2，自然冷却盘管2-1与冷凝盘管2-2是平行设置的；空调冷冻水从空调末端的回水管出来，进入自然冷源子单元的进口端，在自然冷却盘管中散热，出口端与冷水机组的冷冻水进水口连接，冷冻水从冷水机组出来后再送到空调末端，由此形成自然冷源制冷循环回路；自然冷源子单元包括4个依次连接的自然冷却盘管2-1，且4个自然冷却盘管2-1的纵剖面构成W型自然冷源结构；冷凝器子单元包括4个依次连接的冷凝盘管2-2，且4个冷凝盘管2-2的纵剖面构成W型冷凝器结构；其中，纵剖面为与地面及设于最外侧的自然冷却盘管2-1所在面均垂直的切面 得到的结构，具体见附图1所示；W型自然冷源结构设于W型冷凝器结构的外围，具体布置形式参见附图1，如此设置的目的是：当需W型自然冷源结构制冷时，使得自然冷风能先经过自然冷却盘管2-1，再通过冷凝盘管2-2。其中，自然冷却盘管2-1内流通的是冷冻水，冷凝盘管2-2内流通的是制冷剂。

具体地，本实施例中的空调冷冻水的循环回路为：冷冻水从空调系统中来，通过空调回水管进入自然冷源子单元的冷冻水进口端，经过自然冷却盘管2-1降温后，通过自然冷源子单元的冷冻水出口端进入冷水机组的冷冻水进水口，进一步被冷却后，冷冻水到空调系统中去(即为空调末端供冷)，最后空调末端的冷冻水回水再次进入自然冷源子单元，由此形成冷冻水循环回路。其中，冷冻水在自然冷源子单元的冷量是直接由自然冷却盘管2-1与室外低温交换直接获得的；而冷冻水在冷水机组的冷量获得是制冷剂在压缩机1机械制冷并在蒸发器5中通过盘管换热得到的。

根据室外环境温度和空调负荷的不同，本申请中的冷却单元中可能存在自然冷源子单元单独工作、冷凝器子单元(压缩机机械制冷)单独工作及自然冷源子单元与冷凝器子单元(压缩机机械制冷)同时工作三种运行状态，具体如下所述：

自然冷源子单元单独工作：当自然冷源足够时，系统可以关闭压缩机1，仅通过自然冷源获取冷量，此时空调末端的冷冻水经由自然冷源子单元降温，并通过冷水机组，送到空调末端。在此过程中压缩机1、冷凝器子单元均不工作，冷冻水流经冷水机组时在蒸发器没有获得冷量，仅是流经，即冷凝器子单元不工作，仅自然冷源子单元工作；

冷凝器子单元单独工作：在夏季高温和不具备自然冷源的条件下，通过设置三通调节阀4，空调末端的冷冻水不经过自然冷源子单元，直接进入冷水机组，在蒸发器5中通过换热获得冷量，蒸发器5的冷量是制冷剂在压缩机1、冷凝器子单元、膨胀阀3和蒸发器5的机械制冷循环中获得的；在此过程中，冷却单元中的自然冷源子单元不工作， 仅冷凝器子单元工作；

自然冷源子单元与冷凝器子单元同时工作：当具备自然冷源但不足以满足所需的全部冷量时，空调末端的冷冻水先在自然冷源子单元散热，获得部分冷量，再进入冷水机组，进一步获得压缩机机械制冷的冷量，供到空调末端，此时自然冷源子单元与冷凝器子单元同时工作。

上述冷却单元2结构简单、设计合理，在冬季或过渡季节时，只需通过自然冷源制冷(仅自然冷源子单元工作)或采用自然冷源与压缩机机械制冷相结合(自然冷源子单元与冷凝器子单元共同工作)的方式制冷，无需压缩机时刻通电，根据使用地区气候条件的不同，能达到20％～70％的节能率。

进一步地，相邻设置的自然冷却盘管2-1与冷凝盘管2-2间均设有间隙。在本实施例中，W型自然冷源结构设于W型冷凝器结构的外围，且W型自然冷源结构与W型冷凝器结构间存在间隙，如此设置的目的是：自然冷却盘管2-1与冷凝盘管2-2设有一定距离以保证冷凝温度对自然冷却盘管2-1没有热影响，以保证自然冷源制冷的效果。

具体地，4个自然冷却盘管2-1的进口端通过连管连接后与空调末端的回水管连接；4个自然冷却盘管2-1的出口端通过连管与冷水机组的冷冻水进水口连接；整个冷冻水循环管路上设置有循环泵。如此，冷冻水自空调末端回水管流出，依次进入自然冷却盘管2-1的冷冻水进口端，在自然冷源盘管2-1中散热，通过自然冷却盘管2-1的冷冻水出口端流出，并通过连管流回冷水机组的冷冻水进水口，再通过冷水机组的冷冻水出水口送至空调末端，最后空调末端的冷冻水回水再次进入自然冷却盘管2-1的冷冻水进口端，进而形成完整的自然冷源制冷回路。

具体地，4个冷凝盘管2-2的进口端通过连管连接后与压缩机1连接，出口端通过连管连接后与膨胀阀3连接。在本实施例中，膨胀阀3与压缩机1间还设有蒸发器5，其中，蒸发器5可为壳管式蒸发器。由 此，制冷剂从压缩机1、经过冷凝器子单元的制冷剂进口端、冷凝盘管2-2、冷凝器子单元的制冷剂出口端、膨胀阀3及蒸发器5后回到压缩机1，依次形成制冷剂回路。进一步地，W型自然冷源结构的左右两侧及底部均设有进风口，其中左右两侧指的是附图1中图示的左右两侧，底部指的是中间两个自然冷却盘管2-1构成倒V型结构的夹角处。在本实施例中，冷却进风为下进风及两侧进风方式，冷却风先经过自然冷却盘管2-1，再通过冷凝盘管2-2，如此，在冬季或过渡季节，先通过自然冷源子单元进行制冷，自然冷却不能满足的情况下，再由压缩机机械制冷(冷凝器子单元工作)补上。

本实用新型还提供了一种风冷冷水机组，包括上述冷却单元2及三通调节阀4，通过三通调节阀4调节冷冻水全部进入自然冷却盘管2-1或全部旁通过自然冷却盘管2-1而直接进入冷水机组，用以调节利用自然冷源制冷工况和仅有压缩机制冷工况。其中，利用自然冷源的工况会在充分利用自然冷源的基础上，根据回水温度相应调节是否开启压缩机机械制冷及压缩机机械制冷的开启次数及时间。通过自然冷源制冷或采用自然冷源与压缩机机械制冷相结合的方式制冷，根据使用地区气候条件的不同，达到20％～70％之间的节能率。

值得说明的是，在本实施例中，自然冷却盘管及冷凝盘管的数量均为4个，但不局限于4个，根据具体的实施条件，可相应选择自然冷却盘管及冷凝盘管的数量及布置方式，其中，布置方式可为多V型。

特别的，本实用新型提供的一种冷却单元既可替换原有风冷冷水机组的冷凝器部分也可在原有的冷凝器子单元上并行安装自然冷源换热单元，具体根据相应的实施条件来选择相应的安装方式，结构简单，安装方便，节能效果好，实用性强，易于实行标准化生产及推广。

综上所述，本实用新型提供了一种冷却单元，该冷却单元包括并行设置的自然冷源子单元及冷凝器子单元，自然冷源子单元的进口端与空调末端的回水管连接，出口端与冷水机组的冷冻水进水口连接；自然冷源子单元包括4个自然冷却盘管，且4个自然冷却盘管的纵剖 面构成W型自然冷源结构；冷凝器子单元包括4个冷凝盘管，且4个冷凝盘管的纵剖面构成W型冷凝器结构；W型自然冷源结构设于W型冷凝器结构的外围。自然冷源子单元内循环的介质是冷冻水，冷凝器子单元内循环的介质是制冷剂；采用上述冷却单元，在冬季或过渡季节时，只需通过自然冷源独立供冷或自然冷源、压缩机机械供冷联合使用，极大缩短了压缩机的运行时间，降低了风冷冷水机组的年运行能耗，并根据使用地区气候条件的不同，能达到20％～70％之间的节能率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。