一种绿色节能微模块数据中心的制作方法

本实用新型涉及数据中心节能技术领域，具体涉及一种绿色节能微模块数据中心。

背景技术：

蒸发冷却技术是具有我国自主知识产权的新型电气设备冷却技术，它采用环保高绝缘的液体作为冷却介质，依靠冷却介质的气化吸热带走发热设备的热量，实现对设备的冷却。蒸发冷却技术用于IT设备有多种形式，如表贴式和浸润式，表贴式蒸发冷却技术应用于IT设备的具体技术细节详见中国专利“超级计算机表贴式蒸发冷却装置”(申请公布号：CN101751096A)，浸润式蒸发冷却技术应用于IT设备的技术细节详见中国专利“一种集成一体化冷却装置”(申请号：201620390096.1)，相关技术还可参考专利“汽轮发电机定子全浸式蒸发冷却自循环回路”(申请公布号：CN1416201)，这些应用形式均无需外界添加辅助动力，完全依靠冷却系统的自身建立自驱循环。将自驱动蒸发冷却技术应用于数据中心，可为数据中心的安全运行提供有力保障，同时可实现节能、降噪等效果。

现今大数据发展速度越来越快，除大型企业之外的越来越多的中小型企业对数据中心建设的关注与需求也日益增多。考虑到自身的信息安全与隐私保护，中小型企业往往更倾向于构建独立的数据中心，但常规数据中心机房建设的占地和投资均较大，建设周期也较长，因此微数据中心凭借其敏捷性、实时性、数据优化、隐私保护等特点成为了中小企业的优先选择。

当前，数据中心机房一般采用空气冷却的方式实现对发热设备的冷却，机房内部存在冷却不均、噪音较大等现象，且冷却系统能耗水平也有待进一步降低，而当前中国数据中心的PUE值普遍大于2.0；而现有的微数据中心采用的冷却方式仍为传统的空气冷却技术，其在节能性和冷却效果等方面还存在较大不足。

申请号为201510022151.1的实用新型专利申请公开了一种微数据中心的设计方法，其设备整合形式为机柜级，机柜内所采用的冷却方式为风冷式，需要风机驱动风路循环。该微数据中心的设计方法中的冷却系统实质为蒸汽压缩式制冷循环系统，常规制冷系统运行压力较高，能耗较大。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种绿色节能微模块数据中心将IT设备、供电系统、冷却系统、控制模块等集成于单个机柜中，利用自驱动蒸发冷却技术对发热部件进行冷却，选用环保、高绝缘的液体作为冷却介质，充分保障了IT设备运行的安全性，并由于省去了传统空冷机房内的风机设置，实现了数据中心运行能耗的大幅降低，达到了显著的机房降噪效果。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种绿色节能微模块数据中心，包括依次布置于独立机柜中的冷凝器、ICT(信息和通信技术)设备模块、电源模块、电池模块和储液箱；

其中：冷凝器，用于对冷却介质进行冷却；ICT设备模块，其内部设置有IT设备和交换机；电源模块，其内部设置有电源装置；电池模块，其内部设有电池包，所述电池包与所述ICT设备模块连接并为所述ICT设备模块提供电能，所述电源装置连接所述电池包并为所述电池包充电；所述电源模块和电池模块内均设有内置冷凝器，且所述电源模块、电池模块和冷凝器均设有冷却水出口和冷却水入口；储液箱，用于储存冷却介质，且位于所述独立机柜的底部；

所述冷凝器的冷却介质出口通过阀门A连接至所述储液箱的第一进液口，所述储液箱的第一出液口通过阀门B连接至ICT设备模块的冷却介质入口，所述ICT设备模块的冷却介质出口连接至所述冷凝器的冷却介质入口。

进一步的，所述储液箱还设有第二进液口和第二出液口，所述电源模块和电池模块还分别设有冷却介质出口和冷却介质入口，所述第二出液口经输液泵分别连接所述电源模块和电池模块的冷却介质入口，所述电源模块和电池模块的冷却介质出口均连接至所述第二进液口。

进一步的，所述数据中心还设置有控制模块，所述控制模块控制所有电磁阀的开启和关闭，并监测所述独立机柜内部的温度、湿度、压力、冷却水水量、及烟雾报警信号。

进一步的，所述数据中心还设置有UPS(不间断电源)模块，所述UPS模块连接电池包并提供电能给ICT设备模块、控制模块和输液泵。

进一步的，所述电源装置连接并供给电能给所述控制模块、ICT设备模块和UPS模块。

进一步的，所述冷凝器的冷却介质出口还通过电池阀H连接至所述储液箱的第二进液口；所述输液泵还连接至ICT设备模块的冷却介质入口。

进一步的，所述独立机柜上设置有外接电源接口、网络接口和冷却水进出口，分别连接外部电源、通讯装置和冷却水供给装置，所述外接电源接口还连接所述电源装置，所述网络接口连接控制模块，所述冷却水进出口分别连接电源模块、电池模块和冷凝器的冷却水进口和冷却水入口。

进一步的，所述控制模块和UPS模块产生热量较小，均采用自然散热方式。

进一步的，所述ICT设备模块采用液盒表贴式的自驱动蒸发冷却方式，或采用浸润式的自驱动蒸发冷却方式。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的绿色节能微模块数据中心，体积小巧紧凑，功能齐备，以成品化的形式迎合了中小企业对微数据中心的需求，该技术成果易于推广。绿色节能微模块数据中心充分利用了自驱动蒸发冷却技术的安全、节能、可靠等优势，使得数据中心达到了绿色节能的效果。

同时本实用新型实现了蒸发冷却技术在微数据中心的合理应用，并将IT设备、控制系统、供电、蒸发冷却系统等资源集成于单个机柜中，形成了具有安全、节能等优势的绿色节能微模块数据中心，可满足目前中小企业等对微数据中心的市场需求。

另外，本实用新型的绿色节能微模块数据中心机柜采用自驱动蒸发冷却技术，在未增加任何动力装置和运行压力为常压的情况下有效降低了噪音；而且满足中小企业对数据中心的微型化、可扩展化、操作便捷、部署简易等需求，并实现了数据中心的绿色节能总体发展目标。

附图说明

图1为本实用新型所述的绿色节能微模块数据中心各个模块的分布示意图；

图2为本实用新型所述的绿色节能微模块数据中心的冷却系统示意图；

其中，1-电磁阀A，2-电磁阀B，3-电磁阀C，4-电磁阀D，5-电磁阀E，6-电磁阀F，7-电磁阀G，8-电磁阀H，9-电磁阀J，10-电磁阀K，11-电磁阀L，12-冷凝器，13-控制模块，14-ICT设备模块，15-电源模块，16-UPS模块，17-电池模块，18-储液箱，19-IT设备，20-多个液盒，21-冷凝器冷却水入口，22-冷凝器冷却水出口，23-电源模块冷却水入口，24-电源模块冷却水出口，25-电池模块冷却水入口，26-电池模块冷却水出口，27-电源模块内置冷凝器，28-电源装置，29-电池模块内置冷凝器，30-电池包，31-输液泵。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种绿色节能微模块数据中心，如图1和图2所示，设置于一个独立机柜中，包括：

冷凝器12，其为吸收冷却介质中热量的设备，本实施例中所述冷凝器12选择水冷式冷凝器，利用冷却水带走冷却介质的热量；所述冷凝器12设置于所述独立机柜内的顶部，并高于其他模块的高度；所述冷凝器12设置有冷凝器冷却水入口21和冷凝器冷却水出口22，以及冷凝器介质入口和冷凝器介质出口；所述冷凝器12的内部腔体中还设置有压力计，以监测该密闭腔体中的气体压力；所述冷凝器12顶部设置有一个出口，并连接电磁阀J9，该电磁阀一般处于关闭状态。

ICT设备模块14，其内部设置有IT设备19、多个液盒20和交换机等设备，所述IT设备19竖直设置，多个液盒20分别紧密贴合在所述IT设备19上，所述多个液盒20中设置有冷却介质，吸收所述IT设备19产生的热量；所有的所述液盒并联连接后，其共同的输入端和输出端分别连接到所述ICT设备模块14的冷却进口和冷却出口；冷却介质经冷却进口流入所述ICT设备模块14中，吸收所述IT设备19产生的热量后产生气化现象，冷却介质转变为气-液两相介质，并从冷却出口排出。

电源模块15，其由电源装置28、电源模块内置冷凝器27和电源模块壳体组成；所述电源模块壳体上设置有电源模块介质入口和电源模块介质出口；所述电源模块壳体的内部为封闭的空间，该结构也称为电源模块腔体；所属电源装置28是发热源且为封闭装置并设置于所述电源模块腔体的底面上，所述电源模块腔体中充注有冷却介质，充注量能够保证将整个电源装置28整体浸没。所述电源模块内置冷凝器27，其设置于所述电源模块腔体的上部且所述电源模块内置冷凝器27的底面设置于冷却介质的液面以上；所述电源模块内置冷凝器27的内部流过冷却水用来吸收热量，并且该装置的两端分别设置有电源模块冷却水入口23和电源模块冷却水出口24。所述电源模块腔体中还设置有压力计，以监测该密闭腔体中的气体压力；所述电源模块15的顶部设置有一个出口，并连接电磁阀K10，该电磁阀一般处于关闭状态。所述电源装置28与所述控制模块13、ICT设备模块14和输液泵31电连接，并提供动力电源，并且所述电源装置28还与所述电池包30电连接，以补充所述电池包30在特殊运行状态下消耗掉的电能，以及补充正常运行状态下电池包30的自放电所消耗的电能。

当所述电源装置28工作时，产生的热量通过对流换热的方式传递至浸没整个电源装置28的冷却介质，冷却介质吸收热量后产生气化现象，冷却介质变为两相介质。两相介质向上流动并被所述电源模块内置冷凝器27冷凝冷却为液相的状态，向下掉落回电源模块腔体底面的液体中，从而完成所述电源模块15的自驱循环流动。

电池模块17，其由电池包30、电池模块内置冷凝器29和电池模块壳体组成。所述电池包30与所述ICT设备模块14连接并为所述ICT设备模块14提供电能，所述电源装置28连接所述电池包30并为所述电池包30充电。所述电池模块壳体的内部为封闭的空间，该结构也成为电池模块腔体；所述电池包30是发热源且为封闭装置并设置于所述电池模块腔体的底面上，所述电池模块腔体中充注有冷却介质，充注量能够保证将整个电池包30的整体浸没。所述电池模块内置冷凝器29，其设置于所述电池模块腔体的上部且所述电池模块内置冷凝器29的底面位于冷却介质的液面以上；所述电池模块内置冷凝器29的内部流过冷却水用来吸收热量，并且该装置的两端分别设置有电池模块冷却水入口25和电池模块冷却水出口26。所述电池模块腔体中还设置有压力计，以监测该密闭腔体中的气体压力。所述电池模块17的顶部设置有一个出口，并连接电磁阀L11，该电磁阀一般处于关闭状态。

当所述电池包30工作时，产生的热量传递至浸没整个电池包30的冷却介质，冷却介质吸收热量后产生气化现象，冷却介质变为两相介质。两相介质向上流动并被所述电池模块内置冷凝器29冷凝冷却为液相的状态，向下掉落回电池模块腔体底面的液体中，从而完成所述电池模块17的自驱循环流动。

储液箱18，其为密封腔体，用来临时储存冷却介质；所述储液箱18设置有2个出液口和2个进液口。

控制模块13，其设置于独立机柜中冷凝器12的下侧，所述控制模块13具备温度监测、湿度监测、压力监测、冷却水水量监测、烟雾报警信号监测和各个电磁阀开启控制等功能。所述ICT设备模块14、所述电源模块15和所述电池模块17的冷却介质中均设置有温度监测装置，并均与所述控制模块13通讯连接，以监测并上传各模块内的冷却介质的温度；所述控制模块13还与冷凝器内部腔体中的压力计、电源模块腔体中的压力计和电池模块腔体中的压力计通讯连接，并监测冷凝器的内部腔体压力值、电池模块腔体压力值和电源模块腔体压力值，且均与设计值做比对；在冷却水的各个管道上设置有冷却水水量监测的装置，以及所述独立机柜中设置有烟雾报警装置，这些装置均与控制模块13通讯连接，并将监测信号传递到控制模块13中。

UPS模块16，其与所述电池包30电连接；所述UPS模块16监测所述电源模块15的电压，所述UPS模块16电连接所述IT设备19、控制模块13和输液泵31，并在所述数据中心动力电源供电中断时接通电池包30为所述ICT设备模块14和控制模块13供电，在所述数据中心的供电和冷却水同时中断时，接通电池包30为所述ICT设备模块14、控制模块13和所述输液泵31供电。

所述数据中心所在的独立机柜一般设置为立式，并在其底面设置多个支脚，使底面与地面保持一定的距离，如图1所示。所述独立机柜上设置有外接电源接口、网络接口和冷却水机柜进出口，分别与外界电源、控制线路和冷却水输送管路相连接，使得所述数据中心能够在用户提供供电电源、网络线路和冷却水的条件下直接工作；所述外接电源接口电连接所述电源装置28，所述网络接口与所述控制模块13通讯连接，所述冷却水机柜进出口，包括冷却水机柜输入口和冷却水机柜输出口，所述冷却水机柜输入口连接所述冷凝器冷却水入口21、电源模块冷却水入口23和电池模块冷却水入口25，并向其输送流动的冷却水以吸收两相介质携带的热量，所述冷却水机柜输出口连接冷凝器冷却水出口22、电源模块冷却水出口24和电池模块冷却水出口26。

在所述独立机柜中，所述冷凝器12的安装位置必须要高于所述ICT设备模块14；所述储液箱18的安装位置必须位于所述独立机柜的底部，以利用所述冷凝器12、电源模块15和电池模块17与所述储液箱18的高低落差更便捷有效的收集冷却介质。

所述数据中心内部的整个系统的连接示意图如图2所示；

其中，所述数据中心的冷却介质的输送管设置有一段输液公共段，该输液公共段的输入端通过电磁阀B2连接所述储液箱18的其中一个出液口，所述储液箱18的另一个出液口依次通过电磁阀C3和输液泵31也连接到所述输液公共段的输入端；所述输液公共段的输出端设置有3个分支，分别连接至ICT设备模块14的冷却进口，通过电磁阀F6连接电源模块介质入口，通过电磁阀D4连接电池模块介质入口。

所述ICT设备模块14的冷却出口连接所述冷凝器12的介质入口，所述冷凝器12的介质出口连接两条管路，并分别通过电磁阀H8连接储液箱18的一个进液口，通过电磁阀A1连接储液箱18的另一个进液口。所述ICT设备模块14气化产生的两相介质通过所述介质入口进入所述冷凝器12内，被冷却成冷却介质后，经所述介质出口流出并返回所述储液箱18中。

所述电源模块15的电源模块介质出口通过电磁阀G7连接到所述储液箱18的一个进液口。所述电池模块17的电池模块介质出口通过电磁阀E5连接到所述储液箱18的一个进液口。

本实施例中，所述数据中心的冷却系统设置有两种运行模式：常规模式和应急模式。

常规模式，为所述数据中心在正常工况下的运行模式。

在常规模式下，所述控制模块13控制电磁阀A1和电磁阀B2处于开启状态，同时控制电磁阀C3、电磁阀D4、电磁阀E5、电磁阀F6、电磁阀G7、电磁阀H8处于关闭状态，所述数据中心的整个冷却系统形成3个独立的冷却小系统，并且3个独立的冷却小系统的驱动形式均为自然循环，无需外接提供驱动力，该3个独立的小系统分别为：ICT设备模块冷却系统，电源模块冷却系统和电池模块冷却系统。

ICT设备模块冷却系统，其由冷凝器12、ICT设备模块14中的多个液盒20、储液箱18和相关导管组成。冷凝器12中，冷却水通过冷凝器冷却水入口21通入所述冷凝器12中，经过吸收两相介质中热量后从冷凝器冷却水出口22流出，完成带走热量的工作；所述ICT设备模块14工作过程中，所产生的热量通过热传导的方式传递给与其紧密贴合的多个液盒20，其中的冷却介质吸收热量后产生气化现象，液体冷却介质变成两相介质。两相介质向上流动至冷凝器12内并被冷却水吸收热量，两相介质被冷凝冷却成液相冷却介质，冷却介质自冷凝器12流出后，通过电磁阀A1流回储液箱18中，然后再从储液箱18中流出，并通过电磁阀B2回流至所述多个液盒20中，自此完成ICT设备模块冷却系统的自驱循环流动。

电源模块冷却系统，冷却水通过电源模块冷却水入口23流入电源模块15中，吸收热量后从电源模块冷却水出口24流出，完成带走热量工作；当电源装置28工作时，其产生的热量通过对流换热的方式传递至冷却介质吸热后，冷却介质产生气化现象变为两相介质。两相介质向上流动并被电源模块内置冷凝器27内的冷却水吸收热量，两相介质被冷凝冷却成为液相冷却介质，液相冷却介质向下掉落回至腔体底部的液体中，从而完成电源冷却系统的自驱循环流动。

电池模块冷却系统中，冷却水通过电池模块冷却水入口25流入电池模块17中，吸收热量后从电池模块冷却水出口26流出，完成带走热量工作；当电池包30工作时，其产生的热量传递至冷却介质，冷却介质吸热后产生气化现象，冷却介质变为两相介质。两相介质向上流动并被电池模块内置冷凝器29内的冷却水吸收热量两相介质被冷凝冷却成为液相冷却介质，液相冷却介质向下掉落回至腔体底部的液体中，从而完成电池冷却系统的自驱循环流动。

所述数据中心的冷却系统运行时中，当控制模块13监测到冷凝器的内部腔体压力、电源模块腔体压力或电池模块腔体压力的实际压力值超过设计值时，控制模块13将控制电磁阀J9、电磁阀K10或电磁阀L11开启直至实测压力恢复到设计范围内后再关闭。

应急模式，其为所述数据中心在供电中断、冷却水断水等特殊工况下的运行模式，应急模式的作用为应对实际工作过程中的突发情况：

情况1：当所述数据中心的供电中断时，所述UPS模块16启动，并和电池包30为所述ICT设备模块14和控制模块13提供15～30分钟的应急供电。

情况2：当冷却水发生断水现象时，控制模块13控制电磁阀A1和电磁阀B2关闭，并控制所述电磁阀C3、电磁阀D4、电磁阀E5、电磁阀F6、电磁阀G7和电磁阀H8开启，同时控制输液泵31启动运行，所述输液泵31将储液箱18内的冷却介质分别泵入电池模块17、电源模块15以及多个液盒20的内部，冷却介质通过对流换热的方式对发热部件进行冷却，然后自电池模块17、电源模块15和多个液盒20中流出的冷却介质汇流后流回至储液箱18中；随着冷却介质与电源模块15、电池模块17和ICT设备模块14的发热部件的循环换热，储液箱18内冷却介质的温度不断上升，当发热部件温度到达工作温度上限时，控制模块13控制整体数据中心停止工作。该应急模式下的运行时间长短可通过储液箱18内的储液量设计来实现。

情况3：当数据中心供电和冷却水同时中断时，UPS模块16和电池包30为数据中心内的ICT设备模块14、控制模块13和输液泵31提供应急供电，控制模块13控制电磁阀A1和电磁阀B2关闭，并控制电磁阀C3、电磁阀D4、电磁阀E5、电磁阀F6、电磁阀G7和电磁阀H8开启，同时控制输液泵31启动运行；输液泵31将储液箱18内的液态冷却介质分别泵入电池模块17、电源模块15以及多个液盒20的内部，液态冷却介质通过对流换热的方式对发热部件进行冷却，然后自电池模块17、电源模块15以及多个液盒20流出的液体汇流后流回至储液箱18内。当发热部件温度到达工作温度上限或者UPS供电时间达至续航时间上限，控制模块13控制整体数据中心停止工作。

本实施例中，所述数据中心所使用的冷却水可选择楼宇提供的基础设施供水。当楼宇无法提供冷却水时，可在室外增置冷却塔及冷水机组为所述数据中心提供冷却水。在全年湿球温度低于26℃的地区，绿色节能微模块数据中心所需的冷却水可仅由冷却塔全年提供，在这种实际工作条件下实验得到PUE值可降低至1.1；在其它地区，绿色节能微模块数据中心所需的冷却水可由风冷式冷水机组+风冷冷却器或者水冷式冷水机组+冷却塔提供，并采用自然冷却+夏季制冷的模式运行。

考虑到所述控制模块13和UPS模块16中所产生的热量较小，首先对其采用自然散热方式排放，即该部分热量自发热部件传递至独立机柜内的空气中，再由所述独立机柜内的空气经机柜外壳传递至环境中，这样设计增大了数据中心冷却系统的工作效率并减少冷却水的使用量。

本实用新型中冷凝器12同样也可选用机柜外置式的风冷冷凝器，当采用风冷冷凝器时，需注意其安装位置必须高于所述独立机柜；

本实用新型中ICT设备模块14的冷却方式不限于液盒表贴式的自驱动蒸发冷却技术，还可采用浸润式的自驱动蒸发冷却技术。

本实用新型所使用的冷却介质符合国家环保要求，并具有高绝缘性能，因而即使发生泄漏，也不会引起短路电气事故。

本实用新型提出的绿色节能微模块数据中心，体积小巧紧凑且功能齐备，以成品化的形式迎合了中小企业对微数据中心的需求，该技术成果易于推广。绿色节能微模块数据中心充分利用了自驱动蒸发冷却技术的安全、节能、可靠等优势，使得数据中心达到了绿色节能的效果。

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。