一种全热和部分热回收数据中心热管背板供冷系统的制作方法

1.本实用新型属于背板供冷技术领域，具体涉及一种全热和部分热回收数据中心热管背板供冷系统。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着数据中心建设规模的越来越大，能耗也越来越高，而数据中心it设备将电能转化成热能，这些热能被空调系统散到环境中去，没有得到充分的利用，尤其是采用制冷剂机柜级背板直接蒸发冷却系统时。
4.随着国家绿色数据中心评价标准的出台，评价标准中对数据中心pue有明确限制值要求，这就要求数据中心设计者和使用者重视数据中心能源利用。在夏热冬冷、寒冷和严寒地区建设的数据中心在冬季和过渡季时，还需要设计空调供热系统和生活热水加热系统，现有数据中心供热大多采用市政热源供暖，未回收数据中心余热。
5.近些年来部分数据中心空调系统开始使用制冷剂机柜级背板直接蒸发冷却系统，而现有的制冷剂机柜级背板直接蒸发冷却系统仅能供冷，无法同时回收数据中心it设备余热至冬季空调热水系统和生活热水系统中。
6.现有制冷剂机柜级背板直接蒸发冷却系统仅有供冷功能，而无供热功能，在运行时数据中心的it设备的余热通过和机柜背板中的制冷剂换热，使背板内制冷剂完全蒸发成气体被吸入压缩机后，经压缩机压缩成高温高压的气态制冷剂，再进入蒸发冷凝器被喷淋水和空气冷却成高压液态制冷剂，再进入机房的机柜背板由膨胀阀膨胀后对it设备进行冷却。而it设备余热全部被蒸发冷凝器散到环境中，造成了能源浪费，而在中国夏热冬冷、严寒和寒冷地区的数据中心冬季空调系统还需要供热，在中国绝大部分地区全年还需要消耗大量的生活热水用热，故而要消耗大量的电能和化石能源，因此还造成了能源的浪费和二次消耗。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种全热和部分热回收数据中心热管背板供冷系统。
8.为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：
9.一种全热和部分热回收数据中心热管背板供冷系统，包括循环系统和机柜冷却背板，循环系统包括第一压缩机、换热器、冷却器，换热器的制冷剂出口与冷却器连接，冷却器的制冷剂出口与机柜冷却背板连接，第一压缩机的冷却剂出口与换热器的制冷剂进口连接。
10.通过在制冷剂热管背板直接蒸发冷却系统室外压缩机和冷却器中间增加切换阀
组、高温制冷剂与水热回收换热器、部分制冷剂管道及热水供回水管道和热循环水泵实现可全年不间断的为数据中心提供所需热水，提高数据中心余热的利用率，降低数据中心碳排放。
11.本实用新型的有益效果：
12.本技术方案在现有数据中心制冷剂背板供冷系统中增加了热回收换热器及辅助压缩机和管道阀门可使系统全部或部分回收机房余热给数据中心园区辅助建筑和办公区空调系统冬季供热，还可全年不断的为园区生活热水供热，减少了数据中心冬季供热费用，提高数据中心余热利用率，降低数据中心全年碳排放，实现节能减排，由于初投资较现有系统增加较少，而节省的供热费用极大，因此可用性极高。
附图说明
13.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
14.图1为实施例1数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
15.图2为实施例1数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
16.图3为实施例1数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
17.图4为实施例1数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
18.图5为实施例2数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
19.图6为实施例2数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
20.图7为实施例2数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
21.图8为实施例3数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
22.图9为实施例4数据中心部分及全热回收型热管背板带制冷剂泵供冷系统图；
23.其中，1、第一压缩机；2、第二压缩机；3、换热器；4、制冷剂泵；5、冷却塔；6、冷却塔喷淋泵；7、储液罐；8、第一电动密闭阀；9、第二电动密闭阀；10、热水循环水泵，11、气液分离器；12、机柜冷却背板，13、膨胀阀，14、止回阀，15、第三电动密闭阀，16、第四电动密闭阀，17、第五电动密闭阀，18、第六电动密闭阀，19、电动三通密闭阀。
具体实施方式
24.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
26.一种全热和部分热回收数据中心热管背板供冷系统，包括循环系统和机柜冷却背板，循环系统包括第一压缩机、换热器、冷却器，换热器的制冷剂出口与冷却器连接，冷却器的制冷剂出口与机柜冷却背板连接，第一压缩机的冷却剂出口与换热器的制冷剂进口连接。
27.本实用新型在现有制冷剂背板供冷系统内增加了制冷剂与水的换热器、制冷和制热运行时的快速切换阀及制冷剂至换热器的管道，制冷剂和水换热器可使制冷剂中的冷凝热回收至热水中，从数据机房内机柜背板出来的气态制冷剂，经压缩机加压后，变成高温高压的气态制冷剂，先经热回收换热器和水换热，制冷剂被冷却成液态，换热器二次侧冷水被加热升温至设定温度(供热水温度可根据需求调整)，再由热水循环泵供至数据中心冬季空调系统和生活热水加热系统，而液态制冷剂继续进入间接蒸发冷凝器进行再冷却(再冷却可增大制冷量，提高制冷效率)，最后被供至数据机房内机柜背板中，经过膨胀阀膨胀后和服务器设备排出的热空气进行热交换，使热空气降温，再进入服务器内部冷却，而制冷剂在机柜背板内被升温汽化成气体，反回至压缩机，进行下一余热回收和供冷循环。
28.作为进一步的技术方案，换热器设置冷水进口和热水出口，冷水进口与冷水连通，热水出口与热水排出管路连接，热水排出管路或冷水管道上设置热水循环水泵。换热器用于冷却制冷气体和加热冷水，高温高压制冷气体先经过换热器与冷水进行换热，使冷水被加热成热水，再由热水循环泵供至空调供热系统和生活热水加热系统，在换热器中被冷凝为液态的制冷剂再进入冷却器。冷却器可以为风冷冷凝器或间接蒸发冷凝器。
29.作为进一步的技术方案，冷却器与机柜冷却背板连接的冷却液管路上设置储液罐、制冷剂泵，储液罐的液体出口与制冷剂泵连接，储液罐与制冷剂泵的出口之间设置分管路，分管路的入口与储液罐的液体出口连接，分管路与制冷剂泵所在的管路并联，分管路的出口与制冷剂泵出口分别通过冷却液管路与机柜冷却背板连接。储液罐用于暂时储存制冷剂。制冷剂泵用于给制冷剂的输送增加动力。
30.作为进一步的技术方案，分管路与制冷剂泵并联，储液罐的液体出口分别与分管路和制冷剂泵所在的管路连接。
31.作为进一步的技术方案，机柜冷却背板与第一压缩机连接的管路上设置气液分离器。机柜冷却背板出来的制冷剂经过气液分离，气体进入压缩机。
32.作为进一步的技术方案，第一压缩机与换热器的制冷剂进口连接的管路上设置第一电动密闭阀，第一压缩机与冷却器的进口连接的管路上设置第二电动密闭阀。两个电动密闭阀具有调节流量的作用。
33.作为进一步的技术方案，第一压缩机、换热器、冷却塔之间通过电动三通密闭阀连接。
34.第一压缩机、换热器、冷却塔之间通过电动三通密闭阀连接，或者第一压缩机和冷却塔之间设置第二电动密闭阀，或者不设置阀门。电动三通密闭阀可以设置在或者第一压缩机和换热器的进口、冷却塔进口之间的管路上，或者设置在第一压缩机、换热器出口、冷却塔进口的管路上。
35.作为进一步的技术方案，所述背板供冷系统还包括第二压缩机，第二压缩机位于第一压缩机与换热器的制冷剂进口连接的管路上。设置两个压缩机，相比于一个压缩机，可以降低一个压缩机的压缩比。
36.作为进一步的技术方案，机柜冷却背板的制冷剂进口的位置设置膨胀阀。
37.作为进一步的技术方案，冷却器为间接蒸发冷凝器或风冷冷凝器。可以为冷却塔，风冷冷却塔。
38.作为进一步的技术方案，循环系统设置为两个，每个循环系统的冷却器的制冷剂
出口与机柜冷却背板连接，机柜冷却背板的制冷剂出口与每个循环系统的第一压缩机连接。设置两个循环系统分别对一个机柜冷却背板进行制冷。适用于较大的机柜冷却背板。
39.下面结合实施例对本实用新型进一步说明
40.实施例1
41.如图1所示，背板供冷系统，包括循环系统和机柜冷却背板，循环系统包括第一压缩机1、换热器3、冷却器5、气液分离器11，换热器3的制冷剂出口与冷却器5连接，冷却器5的制冷剂出口与机柜冷却背板12连接，机柜冷却背板12的制冷剂出口与气液分离器11连接，气液分离器11的气体出口与第一压缩机1连接，第一压缩机1的冷却剂出口与换热器3的制冷剂进口连接。冷却器5与机柜冷却背板12连接的冷却液管路上设置储液罐7、制冷剂泵4。机柜冷却背板12与第一压缩机1连接的管路上设置气液分离器11。第一压缩机1与换热器3的制冷剂进口连接的的管路上设置第一电动密闭阀8，第一压缩机1与换热器3的制冷剂出口连接的管路上设置第二电动密闭阀9。机柜冷却背板的制冷剂进口的位置设置膨胀阀13。换热器3设置冷水进口和热水出口，冷水进口与冷水连通，热水出口与热水排出管路连接，热水排出管路或冷水管道上设置热水循环水泵10。
42.在热回收运行时，第二电动密闭阀9关闭，第一电动密闭阀8开启，热水循环水泵开启，高温高压制冷气体先经过换热器3与水换热，使冷水被加热成热水再由热水循环水泵10供至空调供热系统和生活热水加热系统，在换热器3中被冷凝变成液态的制冷剂再进入冷却塔5再冷却，再冷却可以提高制冷剂过冷度，降低节流损失，增大制冷量，被再冷却后的制冷剂进入数据机房机柜背板经膨胀阀13膨胀后和服务器设备的热空气换热，使之被冷却，而制冷剂吸热后完全变为气态再进入压缩机进行下一次循环。
43.本实施例中将第一电动密闭阀、第二电动密闭阀去掉即为图2所示情况。第一压缩机、换热器、冷却塔依次连接。
44.本实施例中将第一电动密闭阀、第二电动密闭阀去掉，加上电动三通密闭阀19即为图3所示情况，电动三通密闭阀设置在第一压缩机出口、换热器入口、冷却塔进口的连接管路上。
45.本实施例中将第一电动密闭阀、第二电动密闭阀去掉，加上电动三通密闭阀19即为图4所示情况，电动三通密闭阀设置在第一压缩机出口、换热器出口、冷却塔进口的连接管路上。
46.实施例2
47.如图5所示，背板供冷系统，与实施例1的区别为还包括第二压缩机2，第二压缩机2位于第一压缩机1与换热器3的制冷剂进口连接的管路上。
48.在热回收运行时第二电动密闭阀9关闭，第一电动密闭阀8开启，热水循环水泵10开启、二级压缩机2开启，从第一压缩机1出来的高温高压制冷剂气体，进入第二压缩机2继续对制冷剂蒸汽加压，使制冷剂温度达到要求的温度后，再进入制冷剂—水热回收换热器与水换热，使冷水被加热成热水后，由热水循环水泵供至空调供热系统和生活热水加热系统，在热回收换热器3中被冷凝变成液态的制冷剂再进入冷却器5再冷却，再冷却可以提高制冷剂过冷度，降低节流损失，增大制冷量，被再冷却后的制冷剂进入数据机房机柜背板12经膨胀阀13膨胀后和服务器设备的热空气换热，使之被冷却，而制冷剂吸热后完全变为气态再进入第一压缩机8进行下一次循环。
49.冷却器5为风冷冷却塔。
50.如图5所示，实施1中采用一个压缩机，一个压缩机需要提供的压缩比较大，本实施例中采用两个压缩机，每个压缩机的压缩比较小。
51.制冷剂泵4可以辅助为供入数据机房的液态制冷剂提供流动动力，当制冷剂压力足够时，可以关闭制冷剂泵，制冷剂可通过和制冷剂并联的旁通管流至数据机房的机柜背板。
52.本实施例中将第一电动密闭阀、第二电动密闭阀去掉，加上电动三通密闭阀19即为图6所示情况，电动三通密闭阀设置在第一压缩机出口、换热器出口、冷却塔进口的连接管路上。
53.本实施例中将第一电动密闭阀、第二电动密闭阀去掉，加上电动三通密闭阀19即为图7所示情况，电动三通密闭阀设置在第一压缩机出口、换热器入口、冷却塔进口的连接管路上。
54.实施例3
55.如图8所示，与实施例1的区别为：循环系统设置为两个，每个循环系统的冷却器5的制冷剂出口与机柜冷却背板12连接，机柜冷却背板12的制冷剂出口与每个循环系统的第一压缩机1连接。
56.机柜冷却背板12的制冷剂出口与两个循环系统的连接管路上分别设置第四电动密闭阀16、第五电动密闭阀17，机柜冷却背板12的制冷剂进口与两个循环系统的连接管路上分别设置第三电动密闭阀15、第六电动密闭阀18。
57.整个管路上设置若干止回阀14，与机柜冷却背板12连接的制冷剂进口的管路上设置止回阀14，止回阀14设置在制冷剂泵4与第三电动密闭阀15连接的管道上，在储液7罐与第三电动密闭阀15连接的分管道上设置止回阀14。
58.实施例4
59.如图9所示，与实施例2的区别为：循环系统设置为两个，每个循环系统的冷却器的制冷剂出口与机柜冷却背板12连接，机柜冷却背板12的制冷剂出口与每个循环系统的第一压缩机1连接。
60.机柜冷却背板12的制冷剂出口与两个循环系统的连接管路上分别设置第五电动密闭阀17、第四电动密闭阀16，机柜冷却背板12的制冷剂进口与两个循环系统的连接管路上分别设置第三电动密闭阀15、第六电动密闭阀18。
61.实施例3和实施例4都是含有两个循环系统，两个循环系统共同给机柜冷却背板提供制冷剂，机柜冷却背板的制冷剂出口分别提供给两个循环系统。其中一套设备故障时，另一套设备启动为数据机房服务器设备供冷，同时向全年生活热水加热系统供热和在冬季为空调系统供热。第三电动开关阀15、第四电动密闭阀16和第五电动密闭阀17、第六电动密闭阀18可分别隔离两套设备。
62.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。