数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站

1.本实用新型属于空调设备技术领域，具体涉及一种数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站。


背景技术：

2.数据中心作为“新基建”的重要组成部分，其发展备受瞩目。近年来，我国数据中心的存量、建设量和建设规模快速增长，数据中心的电、水、土地、材料等资源消耗量及其在社会整体消耗量中占比逐年攀升。目前，数据中心的节能降耗问题受到高度关注，因此针对数据中心高能耗问题，目前最为关键的就是如何进行节能降耗，数据中心的空调系统是提高能源利用效率的重要环节。
3.同时，数据中心传统的冷冻机房系统采用“水冷冷水机组+冷却塔”形式，但是需要设置专门的冷冻机房，其土建投资巨大，并且冷却塔需要放置在地面或屋顶，占地面积大，对于寸土寸金的数据中心来说是种资源浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，有利于降低数据中心的能源消耗。
5.本实用新型所采用的技术方案是，数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，包括壳体，壳体相对的两侧壁上分别设置有一次空气进风口，壳体内中段设有直接蒸发冷却制取冷水器，两个一次空气进风口与直接蒸发冷却制取冷水器之间分别设置有表冷器和立管间接蒸发冷却预冷器，与立管间接蒸发冷却预冷器相对应的壳体顶壁设有二次空气排风口，立管间接蒸发冷却预冷段壳体壁上开有二次空气进风口，壳体内还设置有机械制冷模块、定压补水模块和水管路模块，机械制冷模块、定压补水模块和水管路模块通过管路连接并构成闭合回路。
6.本实用新型的特点还在于，
7.直接蒸发冷却制取冷水器顶部设有直接段排风口，直接段排风口处设有直接段排风机。
8.一次空气进风口和表冷器之间设有空气过滤器。
9.立管间接蒸发冷却预冷段包括立管间接蒸发冷却器，立管间接蒸发冷却器顶部设有布水器，立管间接蒸发冷却器底部设有间接段水箱，间接段水箱内设有间接段水泵，间接段水泵与布水器通过管道连通，二次空气进风口设置于间接段水箱顶部。
10.直接蒸发冷却制取冷水器包括填料，填料顶部依次设有直接段布水器和挡水板，填料底部设有直接段水箱，直接段水箱内设有一次水泵。
11.机械制冷模块包括连接构成闭合回路的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器盘管，冷凝器盘管位于直接段布水器和填料之间，蒸发器通过管路连通板式换热器和数据中心且形成闭合回路。
12.定压补水模块包括板式换热器和定压补水水处理装置，板式换热器通过管路分别与一次水泵和直接段布水器连通，定压补水水处理装置通过管路与外部水源连通。
13.表冷器通过管道与板式换热器连通且构成闭合回路。
14.水管路模块包括安装在出水管路上的二次水泵、位于板式换热器进水管路上的阀门a、位于板式换热器和蒸发器连接管路上的阀门b、位于蒸发器出水管路上的阀门c和位于板式换热器出水管路上的阀门d。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，采用集装箱式的结构，基于间接-直接蒸发冷却冷水机组集成机械制冷模块、定压补水水处理模块、水管路模块等。高度集成化的设计，一体式结构，减少了空调设备的占地面积，使得系统的运行维护管理更加高效，运输更加方便。
17.2.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，将蒸发冷却、机械制冷和乙二醇自然冷却技术协同耦合，以蒸发冷却为主，机械制冷为辅，乙二醇自然冷却技术充分利用自然冷源，解决冬季防冻问题，满足数据中心全年安全可靠运行，同时可有效降低数据中心的能耗；采用淋水型的蒸发式冷凝器，相比于传统机械制冷水冷冷凝器，冷凝温度及功耗都更低，同时蒸发式冷凝器能够充分利用水的汽化潜热，节水效果显著。
18.3.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，可以根据用户需求定制，实现工厂预制化、产品化，满足快速交付的需求，在室外安装，现场即接即用，无需专门土建机房，从而取代传统的冷冻机房，节省安装时间和机房土建成本。
附图说明
19.图1是本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站的结构示意图；
20.图2是本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站中表冷器一级预冷制取冷水模式的工作原理图；
21.图3是本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站中表冷器-蒸发冷却二级预冷制取冷水模式的工作原理图；
22.图4是本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站中蒸发冷却与机械制冷联合制取冷水模式的工作原理图；
23.图5是本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站中乙二醇自然冷却模式的工作原理图。
24.图中，1.一次空气进风口，2.空气过滤器，3.表冷器，4.立管间接蒸发冷却器，5.布水器，6.二次空气排风口，7.二次空气排风机，8.二次空气进风口，9.间接段水泵，10.间接段水箱，11.冷凝器盘管，12.直接段排风机，13.直接段排风口，14.挡水板，15.直接段布水器，16.填料，17.一次水泵，18.直接段水箱，19.板式换热器，20.定压补水水处理装置，21.节流阀，22.蒸发器，23.压缩机，24.二次水泵，25.阀门a，26.阀门b，27.阀门c，28.阀门d。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
26.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站，其结构如图1所示，包括壳体，壳体相对的两侧壁上分别设置有一次空气进风口1，壳体内中段设有直接蒸发冷却制取冷水器，两个一次空气进风口1与直接蒸发冷却制取冷水器之间分别设置有表冷器3和立管间接蒸发冷却预冷器，与立管间接蒸发冷却预冷器相对应的壳体顶壁设有二次空气排风口6，立管间接蒸发冷却预冷段壳体壁上开有二次空气进风口8，壳体内还设置有机械制冷模块、定压补水模块和水管路模块，机械制冷模块、定压补水模块和水管路模块通过管路连接并构成闭合回路。
27.直接蒸发冷却制取冷水器顶部设有直接段排风口13，直接段排风口13处设有直接段排风机12。
28.一次空气进风口1和表冷器3之间设有空气过滤器2。
29.立管间接蒸发冷却预冷段包括立管间接蒸发冷却器4，立管间接蒸发冷却器4顶部设有布水器5，立管间接蒸发冷却器4底部设有间接段水箱10，间接段水箱10内设有间接段水泵9，间接段水泵9与布水器5通过管道连通，二次空气进风口8设置于间接段水箱10顶部。
30.直接蒸发冷却制取冷水器包括填料16，填料16顶部依次设有直接段布水器15和挡水板14，填料16底部设有直接段水箱18，直接段水箱18内设有一次水泵17。
31.机械制冷模块包括连接构成闭合回路的压缩机23、蒸发器22、节流阀21和冷凝器盘管11，冷凝器盘管11位于直接段布水器15和填料16之间，蒸发器22通过管路连通板式换热器19和数据中心且形成闭合回路。
32.定压补水模块包括板式换热器19和定压补水水处理装置20，板式换热器19通过管路分别与一次水泵17和直接段布水器15连通。
33.定压补水模块包括板式换热器19和定压补水水处理装置20，板式换热器19通过管路分别与一次水泵17和直接段布水器15连通，定压补水水处理装置20通过管路与外部水源连通。
34.表冷器3通过管道与板式换热器19连通且构成闭合回路。
35.水管路模块包括安装在出水管路上的二次水泵24、位于板式换热器19进水管路上的阀门a25、位于板式换热器19和蒸发器22连接管路上的阀门b26、位于蒸发器22出水管路上的阀门c27和位于板式换热器19出水管路上的阀门d28。
36.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站的工作过程具体如下：
37.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站制取冷水时，室外一次空气通过一次空气进风口1进入冷冻站，经空气过滤器2过滤净化后，一次空气或在表冷器3中被数据中心机房回水预冷后直接进入直接蒸发冷却制取冷水器的填料16；或首先在表冷器3中被数据中心机房回水预冷后，再进入立管间接蒸发冷却预冷段，被立管间接蒸发冷却器4等湿冷却，两种预冷方式都可以降低进入填料16一次空气的湿球温度。
38.被预冷降温后的一次空气进入直接蒸发冷却制取冷水器，在填料16中发生直接蒸发冷却，水温降低后落至直接段水箱18中，随后在板式换热器19中与数据中心机房回水进行换热，再通过填料16顶端的直接段布水器15进行喷淋以此循环不断制取冷水，而空气则在填料16被增焓加湿后在直接段排风机12的作用下从直接段排风口13排出。
39.本实用新型数据中心一体化蒸发冷却空调系统高效集成冷冻站有以下几种工作
模式，工作过程具体如下：
40.(1)表冷器一级预冷制取冷水模式
41.此模式下仅开启表冷器3，其工作原理图如图2所示。
42.风侧：一次空气通过一次空气进风口1进入冷冻站，经空气过滤器2过滤净化后，一次空气在表冷器3中被数据中心机房回水预冷后直接进入直接蒸发冷却制取冷水器的填料16，一次空气仅被冷却一次，随后在填料16上方直接段排风机12的作用下从直接段排风口13排出机组。
43.水侧：数据中心机房末端回水通过管路h0返回至冷冻站，此时一部分数据中心机房回水通过管路h1直接进入板式换热器19，另一部分数据中心机房回水通过管路h2、h3先进入一级预冷段在表冷器3中吸收部分室外空气热量，随后进入板式换热器19，在板式换热器19中被直接蒸发冷却段制取的冷水冷却降温，最终制得的冷水通过管路g2、g0送入数据中心机房末端，如此往复循环。
44.(2)表冷器-蒸发冷却二级预冷制取冷水模式
45.此模式下开启表冷器、蒸发冷却模块，其工作原理图如图3所示。
46.风侧：一次空气通过一次空气进风口1进入冷冻站，经空气过滤器2过滤净化后，一次空气首先在表冷器3中被数据中心机房回水预冷后，再进入立管间接蒸发冷却预冷段，被立管间接蒸发冷却器4等湿冷却，一次空气被冷却两次，随后在填料16上方直接段排风机12的作用下从直接段排风口13排出机组。
47.水侧：数据中心机房末端回水通过管路h0返回至冷冻站，此时一部分数据中心机房回水通过管路h1直接进入板式换热器19，另一部分数据中心机房回水通过管路h2、h3先进入一级预冷段在表冷器3中吸收部分室外空气热量，随后进入板式换热器19，在板式换热器19中被直接蒸发冷却段制取的冷水冷却降温，最终制得的冷水通过管路g2、g0送入数据中心机房末端，如此往复循环。
48.(3)蒸发冷却与机械制冷联合制取冷水模式
49.此模式下开启表冷器3、蒸发冷却模块、机械制冷模块，其工作原理图如图4所示。
50.风侧：一次空气通过一次空气进风口1进入冷冻站，经空气过滤器2过滤净化后，一次空气首先在表冷器3中被数据中心机房回水预冷后，再进入立管间接蒸发冷却预冷段，被立管间接蒸发冷却器4等湿冷却，一次空气被冷却两次，随后通过冷凝器盘管11在填料16上方直接段排风机12的作用下从直接段排风口13排出机组。
51.水侧：数据中心机房末端回水通过管路h0返回至冷冻站，此时一部分数据中心机房回水通过管路h1直接进入板式换热器19，另一部分数据中心机房回水通过管路h2、h3先进入一级预冷段在表冷器3中吸收部分室外空气热量，随后进入板式换热器19，在板式换热器19中被直接蒸发冷却段制取的冷水冷却降温，紧接着通过管路g2进入蒸发器再次被降温，最终制得的冷水通过管路g1、g0送入数据中心机房末端，如此往复循环。
52.(4)乙二醇自然冷却模式
53.此模式下仅开启表冷器3，其工作原理图如图5所示。
54.风侧：一次空气通过一次空气进风口1进入冷冻站，经空气过滤器2过滤净化后，一次空气在表冷器3中冷却数据中心机房末端产生的温度较高的乙二醇回水溶液，同时吸收热量温度升高的一次空气在填料16上方直接段排风机12的作用下从直接段排风口13排出
机组，
55.水侧：数据中心机房末端产生的温度较高的乙二醇回水溶液通过管路h0返回至冷冻站，再通过管路h2、h3分别进入表冷器被一次空气冷却，最终制得的满足温度要求的乙二醇供水溶液通过管路g2、g0送入数据中心机房末端，如此往复循环。
56.本实用新型采用模块化集成技术，集装箱式的结构，基于间接-直接蒸发冷却冷水机组将蒸发冷却、机械制冷和乙二醇自然冷却技术协同耦合，以蒸发冷却为主，机械制冷为辅，乙二醇自然冷却技术充分利用自然冷源，解决冬季防冻问题。从根本上实现一体化、集成化、模块化的高效集成冷冻站，降低数据中心的能耗，同时缩短建设周期，实现高效、快速、标准，推动数据中心朝着绿色、可持续的方向发展。