热管蒸发冷却式室内供冷系统的制作方法

1.本发明涉及空调制冷系统节能改造技术领域，具体涉及一种热管蒸发冷却式室内供冷系统。


背景技术：

2.信息技术、工业革命、大数据、人工智能等均离不开数据中心的支持，数据中心的规模、功率也因此不断扩大。由此，对数据中心机房的室内供冷需求也在不断增加。传统的数据机房空调制冷系统采用组合式空调机组供冷，具体为，通过冷水机组提供的冷水输送到组合式空调机组中，组合式空调机组产生冷风吹入到机房内，同时升温的水再从组合式空调机组输送回冷水机组进行冷却，完成循环。组合式空调机组及机械冷源(包括冷水机组和冷却塔)的耗能高，传统的数据机房空调制冷系统全年均在机械冷源下运行，空调系统在数据中心的能耗占比高达40％，在大城市中，数据中心机房往往存在能源紧张的问题。可见，对数据中心机房的室内供冷需求不断增加的背景下，极其有必要进行传统数据机房空调制冷系统的节能改造。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：数据机房空调制冷系统全年均在机械冷源下运行，耗能高，在大城市中存在能源紧张的问题。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.本发明提供了一种热管蒸发冷却式室内供冷系统，包括热管冷凝器、热管蒸发器、中间换热器、冷水机组、冷却塔，所述热管冷凝器与热管蒸发器之间通过气体管道、液体管道形成回路连接；所述气体管道通过第一三通连接中间换热器的热流体管路进口，液体管道通过第二三通连接中间换热器的热流体管路出口；所述冷水机组与中间换热器的冷流体管路之间通过冷冻水管道、回水管道形成回路连接；所述冷水机组与冷却塔之间通过冷却水管道形成回路连接。
6.本发明的有益效果是：实现了数据机房空调制冷系统大幅度节能。适合用于数据机房空调制冷系统节能改造，无需拆改原机房空调机组、不减小原机房有效空间、不破坏原机房空气品质，最大限度利用室外自然冷源，且与原机房空调互为备用，确保机房安全、稳定、高效运行。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步的，还包括组合式空调机组，组合式空调机组通过第三三通连接所述冷冻水管道，组合式空调机组还通过第四三通连接所述回水管道，使冷冻水管道内的水能经组合式空调机组流至回水管道。
9.上述进一步的方案的有益效果是：增加了系统冗余度，便于紧急维护，提高了安全性。
10.进一步的，所述第三三通、第四三通为三通阀。
11.上述进一步的方案的有益效果是：无需增加阀门，便于控制冷水、回水流动方向以切换运行模式，操作方便。
12.进一步的，所述第一三通、第二三通为三通阀。
13.上述进一步的方案的有益效果是：无需增加阀门，便于控制制冷剂的流动方向以切换运行模式，操作方便。
14.进一步的，所述热管冷凝器的冷凝端上方还安装有喷淋器。
15.上述进一步的方案的有益效果是：便于启动模式
②‑
自然冷源-热管末端(湿工况)运行模式，在该模式下，室外空气湿球温度ts≤16℃，通过喷淋器对热管冷凝器进行喷淋，即可使得热管冷凝器在湿工况下工作，有效对制冷剂冷凝。
16.进一步的，所述液体管道上还安装有制冷剂泵，制冷剂泵安装于第二三通与热管蒸发器之间。
17.上述进一步的方案的有益效果是：当热管冷凝器与热管蒸发器的安装距离较远时，采用制冷剂泵提供动力，便于输送制冷剂。解决热管冷凝器安装距离较远和安装高度不够问题。
18.进一步的，所述热管冷凝器的安装位置高于热管蒸发器的安装位置。
19.上述进一步的方案的有益效果是：使制冷剂在热管冷凝器中冷凝后可利用自身重力流至热管蒸发器，便于节能。
20.进一步的，所述回水管道上安装有冷冻水循环泵，冷冻水循环泵安装于冷水机组与第四三通之间。
21.上述进一步的方案的有益效果是：便于平衡中间换热器或组合式空调机组的阻力，使冷冻水在中间换热器或组合式空调机组中升温后回到冷水机组。
22.进一步的，所述冷却水管道上安装有冷却水循环泵。
23.上述进一步的方案的有益效果是：提供动力，保证冷水机组内的冷却水流至冷却塔冷却。
24.进一步的，所述中间换热器为冷凝换热器。
25.上述进一步的方案的有益效果是：可使制冷剂有效冷凝。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图。
27.图2为本发明的自然冷源-热管末端(干工况)运行模式示意图。
28.图3为本发明的自然冷源-热管末端(湿工况)运行模式示意图。
29.图4为本发明的机械冷源-热管末端运行模式示意图。
30.图5为本发明的机械冷源-组空末端运行模式示意图。
31.附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：
32.1-热管冷凝器；2-热管蒸发器；3-中间换热器；4-冷水机组；5-冷却塔；6-气体管道；7-液体管道；8-第一三通；9-第二三通；10-冷冻水管道；11-回水管道；12-冷却水管道；13-喷淋器；14-组合式空调机组；15-第三三通；16-第四三通；17-制冷剂泵；18-冷冻水循环泵；19-冷却水循环泵。
具体实施方式
33.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.本发明参见图1-5。
35.实施例一，如图1-4所示：
36.本发明提供了一种热管蒸发冷却式室内供冷系统，包括热管冷凝器1、热管蒸发器2、中间换热器3、冷水机组4、冷却塔5，所述热管冷凝器1与热管蒸发器2之间通过气体管道6、液体管道7形成回路连接；所述气体管道6通过第一三通8连接中间换热器3的热流体管路进口，液体管道7通过第二三通9连接中间换热器3的热流体管路出口；所述冷水机组4与中间换热器3的冷流体管路之间通过冷冻水管道10、回水管道11形成回路连接；所述冷水机组4与冷却塔5之间通过冷却水管道12形成回路连接。
37.原理：本发明适用于传统数据机房空调制冷系统的节能改造，且冷水机组4、冷却塔5是原机房空调系统已有设备，因此不拆改原机房空调机组、不减小原机房有效空间、不破坏原机房空气品质，最大限度利用室外自然冷源，且与原机房空调互为备用，确保机房安全、稳定、高效运行。安装时，热管蒸发器2设于数据中心机房中，热管冷凝器1、冷却塔5设于室外，中间换热器3、冷水机组4设于冷源机房中。
38.关于中间换热器3：气体管道6通过第一三通8连接中间换热器3的热流体管路进口，液体管道7通过第二三通9连接中间换热器3的热流体管路出口，使气体管道6内的制冷剂能经中间换热器3冷凝后流至液体管道7。冷水机组4与中间换热器3的冷流体管路之间通过冷冻水管道10、回水管道11形成回路连接，使冷水机组4的冷冻水能经冷冻水管道10进入中间换热器用于冷凝制冷剂，然后从冷流体管路出口经过回水管道11流至冷水机组4，冷却塔5用于循环冷却冷水机组4的工作介质(冷却水)。冷水机组4是用于热交换为回水降温并提供动力的机组(商品通用名称)。中间换热器3为换热器，换热器有热流体管路、冷流体管路并分别有进口和出口，所述热流体为换热时温度下降的流体，所述冷流体为换热时温度上升的流体，冷热为相对温度，而不是绝对温度。
39.注：本领域通用术语中，冷冻水是给中间换热器3或组合式空调机组14提供冷能的水，其消耗冷能后成为冷冻水回水(简称回水)；冷却水是冷水机组4和冷却塔5之间的循环水。
40.本发明的运行为机房供冷，有如下几种运行模式：
①
当室外空气干球温度tw≤16℃时，启动自然冷源-热管末端(干工况)运行模式，如图2所示，热管冷凝器1与热管蒸发器2开启，室外温度较室内温度低，制冷剂在热管蒸发器2中吸收室内热量并蒸发，沿气体管道6进入热管冷凝器1与室外风换热并冷凝，形成循环；
②
当室外空气干球温度tw≥16℃，室外空气湿球温度ts≤16℃时，启动自然冷源-热管末端(湿工况)运行模式，如图3所示，热管冷凝器1与热管蒸发器2开启，并且用水喷淋热管冷凝器1，保证制冷剂冷凝；
③
当室外空气湿球温度ts＞16℃时，启动机械冷源-热管末端运行模式，如图4所示，开启冷水机组4、冷却塔5、中间换热器3、热管蒸发器2，由冷水机组4、冷却塔5提供冷水，经中间换热器3将制冷剂冷凝，并经液体管道7流回热管蒸发器2，形成循环。其中，以上提到的温度是推荐操作温度，不应理解为唯一限制。(图2-4只示出启动的设备)
41.与机房精密空调系统相比，以北京市为例，一年中以上工况的运行时间统计如下：
[0042][0043]
如上表，传统的精密空调，全年均采用机械冷源(即开启冷水机组4、冷却塔5)；而本发明，自然冷源运行时长约为6144h(≈256天)，较机房精密空调节能30％-40％。
[0044]
本发明的有益效果是：实现了数据机房空调制冷系统大幅度节能。适合用于数据机房空调制冷系统节能改造，无需拆改原机房空调机组、不减小原机房有效空间、不破坏原机房空气品质，最大限度利用室外自然冷源，且与原机房空调互为备用，确保机房安全、稳定、高效运行。
[0045]
实施例二：
[0046]
在以上实施例中，还可做如下改进，如图1-5所示：
[0047]
进一步的，还包括组合式空调机组14，组合式空调机组14通过第三三通15连接所述冷冻水管道10，组合式空调机组14还通过第四三通16连接所述回水管道11，使冷冻水管道10内的水能经组合式空调机组14流至回水管道11。
[0048]
注：组合式空调机组14、热管冷凝器1、热管蒸发器2、中间换热器3、冷水机组4、冷却塔5的名称均为市场商品名称，结合本发明提示的用途均可以直接从市场上直接锁定商品，其具体结构均为现有技术，无需赘述。
[0049]
原理：还包括第
④
种运行模式。当热管蒸发器2、中间换热器3等设备维护紧急备用时，启动机械冷源-组空末端运行模式，如图5所示，开启组合式空调机组14、冷水机组4、冷却塔5，为机房供冷。该模式即为传统的数据机房空调制冷系统运行模式，可作为一个备用保护工况。(图5只示出启动的设备)
[0050]
上述进一步的方案的有益效果是：增加了系统冗余度，便于紧急维护，提高了安全性。
[0051]
进一步的，所述第三三通15、第四三通16为三通阀。
[0052]
上述进一步的方案的有益效果是：无需增加阀门，便于控制冷水、回水流动方向以切换运行模式(模式
③
或模式
④
)，操作方便。
[0053]
进一步的，所述第一三通8、第二三通9为三通阀。
[0054]
上述进一步的方案的有益效果是：无需增加阀门，便于控制制冷剂的流动方向以切换运行模式(模式
①②
或模式
③
)，操作方便。
[0055]
进一步的，所述热管冷凝器1的冷凝端上方还安装有喷淋器13。
[0056]
上述进一步的方案的有益效果是：便于启动模式
②‑
自然冷源-热管末端(湿工况)运行模式，在该模式下，室外空气湿球温度ts≤16℃，通过喷淋器13对热管冷凝器1进行喷淋，即可使得热管冷凝器1在湿工况下工作，有效对制冷剂冷凝。
[0057]
进一步的，所述液体管道7上还安装有制冷剂泵17，制冷剂泵17安装于第二三通9与热管蒸发器2之间。
[0058]
上述进一步的方案的有益效果是：当热管冷凝器1与热管蒸发器2的安装距离较远
时，或者当热管冷凝器1的安装高度受限时，采用制冷剂泵17提供动力，便于输送制冷剂。解决热管冷凝器1安装距离较远和安装高度不够问题。
[0059]
进一步的，所述热管冷凝器1的安装位置高于热管蒸发器2的安装位置。
[0060]
上述进一步的方案的有益效果是：使制冷剂在热管冷凝器1中冷凝后可利用自身重力流至热管蒸发器2，便于节能。此时无需安装制冷剂泵。
[0061]
进一步的，所述回水管道11上安装有冷冻水循环泵18，冷冻水循环泵18安装于冷水机组4与第四三通16之间。
[0062]
上述进一步的方案的有益效果是：便于平衡中间换热器3或组合式空调机组14的阻力，使冷冻水在中间换热器3或组合式空调机组14中升温后回到冷水机组4。
[0063]
进一步的，所述冷却水管道12上安装有冷却水循环泵19。
[0064]
上述进一步的方案的有益效果是：提供动力，保证冷水机组4内的冷却水流至冷却塔5冷却。
[0065]
进一步的，所述中间换热器3为冷凝换热器。
[0066]
上述进一步的方案的有益效果是：可使制冷剂有效冷凝。
[0067]
在本发明的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便理解本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0068]
此外，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0069]
在本发明中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。
[0070]
在本发明中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。
[0071]
进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正
上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0072]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本发明所概括的范围之内。
[0073]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本技术文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。