背景技术：
随着互联网的不断发展，数据中心建设速度惊人，数据中心机房设备运行散热量大，为保证设备的正常运行，数据中心制冷系统需要全年365天不间断运行，由此产生的巨额耗电量已然成为数据中心发展不可回避的问题。
为了降低数据中心能耗，一部分专家学者便提出了免费冷却(Free Cooling)的概念。例如离心式冷水机组配开式冷却塔及板式换热器的制冷系统，由于开式冷却塔具有结构简单、造价低、维护检修方便、换热效率高等优点，成为早期免费冷却产品中最常用的一种设备，被广泛应用于数据中心制冷领域。
随着制冷技术的逐步推广，传统开式冷却塔制冷系统在使用过程中也暴露出了许多缺点：(1)冷水机组和冷却塔全年365天不间断运行，耗电量大；(2)开式冷却塔，喷淋水与空气直接交换，喷淋水的飘逸、蒸发多，耗水量大；(3)北方寒冷地区，冷却塔冬季结冰现象严重，导致安全运行和操作风险；(4)开式冷却塔系统，冬季防冻液挥发严重，乙二醇消耗量大。
申请号为201520181997.5的中国专利中，公开了一种节能型开式冷却塔供冷系统，通过在传统开式冷却塔制冷系统中增加一套换热装置，利用冬季低温低湿的空气，在不开启冷水机组的情况下为系统供冷。在冬季，虽然上述专利能够节省冷水机组部分的电能，但开式冷却塔单独运行依旧存在极易结冻、乙二醇挥发严重、耗水量大等诸多问题。
申请号为201220399779.5的中国专利中，公开了一种工艺冷却水闭式自然冷却系统，通过在传统开式冷却塔制冷系统中增加一套闭式自然冷却装置，冬季仅开启闭式自然冷却装置为系统供冷。虽上述专利解决了传统开式冷却塔制冷系统耗电量大、防冻液挥发严重、耗水量大等问题，但冬季，尤其是在北方寒冷地区，为了防止管路结冰，业主仍需向整个系统管路内注入高浓度的乙二醇防冻液，导致该制冷系统冬季运行成本居高不下。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种业主投资少、运行费用低、节水、节电的节能型自然冷却机组与离心式冷水机组联合制冷系统。该系统主要是将自然冷却机组与离心式冷水机组连接在整个空调水系统中，在不同的室外温度下，采用不同的运行模式为末端空调装置提供满足设计参数要求的冷冻水。
本实用新型主要包括：开式冷却塔、离心式冷水机组、自然冷却机组、换热器、末端空调装置以及连接各装置设备的管路和阀门。其中，开式冷却塔出水口通过设有冷却水循环泵的管路与离心式冷水机组冷凝器侧进水口相连，该离心式冷水机组冷凝器侧的出水口通过管路与开式冷却塔进水口相连，构成完整的循环回路。
所述离心式冷水机组蒸发器侧设有与其并列的风冷自然冷却机组或干冷器，两者简称为自然冷却机组。该自然冷却机组的出水口通过管路与离心式冷水机组蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧的出水口通过管路与一次侧水系统供水环管进水侧相连。该一次侧水系统供水环管的出水侧通过管路与换热器的一次侧进口相连，该换热器的一次侧出口又通过管路与一次侧冷冻水循环泵相连，该一次侧冷冻水循环泵通过管路与一次侧水系统回水环管进水侧相连，该一次侧水系统回水环管出水侧通过管路与上述自然冷却机组的进水口相连，构成完整的一次侧循环回路；换热器的二次侧出口又通过管路与二次侧水系统供水环管进水侧相连，该二次侧水系统供水环管出水侧又通过管路与末端空调装置进水口相连，该末端空调装置的出水口与二次侧水系统回水环管进水侧通过管路相连，该回水环管出水侧均通过设有二次侧冷冻水循环泵的管路与各自的换热器二次侧进口相连，构成完整的二次侧循环回路。在上述自然冷却机组进、出口管之间设有旁通管，旁通管上设置有阀门V2，在自然冷却机组进口管上设置有阀门V1；在离心式冷水机组蒸发器侧进、出口管之间也设有旁通管，旁通管上设置有阀门V4，在离心式冷水机组蒸发器侧出口管上设置阀门V3，以上设置的阀门可以是电动阀门，也可以是手动阀。另在一、二次侧供水环管上设置温度传感器，用于监测系统供水温度。所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合，根据需要设置1-N组，它们均并列在供水及回水管上。最好供水及回水管采用供水及回水环管形式。
本发明的工作过程简述如下：自然冷却机组与离心式冷水机组的运行切换是根据室外温度进行切换的。
在冬季时，开式冷却塔和离心式冷水机组关闭，自然冷却机组单独运行。此时，自然冷却机组进水管上的电动阀门V1开启，旁通阀门V2关闭，离心式冷水机组蒸发器侧旁通阀门V3开启，离心式冷水机组蒸发器侧出口管上的阀门V4关闭。该运行模式下，系统一次侧的循环水不经过冷水机组，仅由自然冷却机组利用室外天然冷空气对一次侧循环水进行降温，一、二次循环水通过换热器进行热量交换，从而保证供向末端空调装置的二次侧循环水温度达到设计参数要求。
在夏季时，自然冷却机组关闭，离心式冷水机组运行。此时，自然冷却机组进水管上的电动阀门V1关闭，旁通阀门V2开启，离心式冷水机组蒸发器侧旁通电动阀门V3关闭，离心式冷水机组蒸发器侧出口管上的电动阀门V4开启，该运行模式下，系统一次侧的循环水不经过自然冷却机组，仅由开式冷却塔和离心式冷水机组二者联合对一次侧循环水进行降温，一、二次循环水通过换热器进行热量交换，从而保证供向末端空调装置的二次侧循环水温度达到设计参数要求。
在春、秋的过渡季时，自然冷却机组、离心式冷水机组两者联合运行。此时，自然冷却机组进水管上的阀门V1开启，旁通阀门V2关闭，离心式冷水机组蒸发器侧旁通阀门V3关闭，离心式冷水机组蒸发器侧出口管上的阀门V4开启，系统循环水先经过自然冷却机组，再经过离心式冷水机组蒸发器。在过渡季室外温度较低的工况下，仍单独由自然冷却机组为系统制取符合参数要求的冷水，开式冷却塔关闭，系统一次侧循环水在流经离心式冷水机组蒸发器时，冷水机组并不工作。当过渡季室外温度较高时，自然冷却机组制取的冷水温度已然无法满足设计参数，此时自然冷却机组作为离心式冷水机组的预冷器，将一次侧循环水的温度降低到一定程度，剩余的热量由开式冷却塔和离心式冷水机组共同承担，三者联合制取符合设计参数要求的冷水，一、二次循环水通过换热器进行热量交换，从而保证供向末端空调装置的二次侧循环水温度达到设计参数要求。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点及有益效果：
1、在冬季和温度较低的过渡季，完全利用室外低温空气制取满足设计参数的冷水，无需开启冷却塔和冷水机组，节电、节水效果显著。即使在温度较高的过渡季，自然冷却机组依然可以作为冷水机组的预冷器使用，提高冷水机组的制冷效率，降低电耗。
2、大幅度缩短冷却塔的运行时间，节约水资源的同时，避免了冷却塔冬季结冰带来的危害，降低系统运行维护费用。
3、冬季运行模式下，水系统采用全封闭循环管路，可以有效避免防冻液挥发，减少乙二醇的消耗量。
4、在水循环系统中增设换热装置和循环泵，将循环水系统分割为两个独立的封闭环路，大大缩短了一次侧循环管路的长度，冬季运行时仅需对一次侧循环管路采取防冻措施，从而减少乙二醇防冻液的投注量，大幅度降低了业主的冬季运行成本。
5、本实用新型控制原理清晰，在不同季节交替时，仅需切换相应阀门即可实现不同工况下的运行状态。
附图说明
图1为本实用新型流程示意简图。
图中：1、开式冷却塔，2、冷却水循环泵，3、离心式冷水机组，4、自然冷却机组，5、一次侧冷冻水循环泵，6、换热器，7、二次侧冷冻水循环泵，8、末端空调装置，9、一次侧供水温度传感器，10、一次侧供水环管，11、一次侧回水环管，12、二次侧供水环管，13、二次侧回水环管，14、二次侧供水温度传感器。
具体实施方式
在图1所示的数据中心用自然冷却机组与离心式冷水机组联合制冷却系统流程示意简图中，开式冷却塔1出水口通过设有冷却水循环泵2的管路与离心式冷水机组3冷凝器侧进水口相连，该离心式冷水机组冷凝器侧的出水口通过管路与开式冷却塔进水口相连，构成完整的循环回路。所述离心式冷水机组的蒸发器侧设有与其并列的风冷自然冷却机组4，其结构为名称是《一种应用于数据中心制冷系统的自然冷却机组》专利号：201520393433.8的中国专利。所述的自然冷却机组的出水口通过管路与离心式冷水机组3蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧出水口通过管路与一次侧水系统供水环管10进水侧相连。所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合设置2组，它们均并列在供水及回水管上，其中一次侧水系统供水环管的出水侧通过管路与换热器6的一次侧进口相连，该换热器的一次侧出口又通过管路与一次侧冷冻水循环泵5相连，该一次侧冷冻水循环泵通过管路与一次侧回水环管11进水侧相连，该一次侧水系统回水环管出水侧通过管路与上述各自然冷却机组的进水口相连，构成完整的一次侧循环回路；换热器的二次侧出口又通过管路与二次侧供水环管12进水侧相连，该二次侧水系统供水环管出水侧通过管路与末端空调装置8进水口相连，该末端空调装置的出水口与二次侧回水环管13进水侧通过管路相连，该回水环管出水侧通过设有二次侧冷冻水循环泵7的管路与各自换热器的二次侧进口相连，构成完整的二次侧循环回路。在上述自然冷却机组进、出口管之间设有旁通管，旁通管上设置有阀门V2，在自然冷却机组4进口管上设置有阀门V1；在离心式冷水机组蒸发器侧进、出口管之间也设有旁通管，旁通管上设置有阀门V3，在离心式冷水机组蒸发器侧出口管上设置阀门V4，以上设置的阀门可以是电动阀门，也可以是手动阀。另在一次侧供水环管上设置一次侧供水温度传感器9，在二次侧供水环管上设置二次侧供水温度传感器14。