CN102878616A - 高热密度列间冷却空调机组及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热密度列间冷却空调机组，属于空调制冷机组，解决了现有技术中的中央空调***初期投入过大而节能效果不明显和新风***对设备密集的机房改造受限很大的问题。该高热密度列间冷却空调机组，包括控制该空调机组运行的控制***，由冷凝器和用于为冷凝器散热的轴流风机构成的室外机，以及主要由压缩机、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和用于与蒸发器换热的离心风机构成的室内机，其中，压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀和蒸发器通过传输管道依次连接构成回路。本发明还公开了上述空调机组的应用方法，通过冷却模式的转变，极大地节约了能量，实现了节能减排，并且不必对机房进行大规模改造，从而节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能空调***，具体地说，是涉及一种高热密度列间冷却空调机组及其应用方法。
背景技术
随着社会的发展，工业化进程的加快，资源的缺乏、环境的恶化成为人类所急需解决的问题，近年来世界各国均提出了“保护环境、节约能源”的口号，我国也大力提倡节能减排，空调作为能耗大户，自然成为所有行业的关注焦点，开发环保高能效空调机组成为了每一个空调企业孜孜不倦所追求的目标。
对于电信运营商而言，机房是耗能重点环节，占总耗能的50％以上。随着通信市场的迅速发展，大规模的通信机房新建、用户增加，导致用电量不断的上升。目前电力能源短缺现象日益突出，节能降耗已经成为全社会关注的热点，因此，降低通信机房的能耗已成为电信运营商节能减排的工作重点，另一方面节约用电成本也是节支的一个重要环节。
随着国家对节能减排工作的日益重视，近年来国内一些单位针对电信机房的节能技术展开了研究，并开发了相关的设备，比较典型的有：一类为对中央空调***采用变频节能技术进行供电***改造，采用数字变频技术实现空调主机的节能；另一类解决方案是采用新风控制***对机房环境控制***进行节能改造，实现方式是在机房内增加一套独立的新风***，与原有的空调***进行联动控制，利用机房室内外的温差效应减小中央空调的工作时间，进而达到节能的目的。但是，中央空调***的变频节能技术初期投入成本过大，节能效果不明显；而新风引入方案须对机房进行较大改造，尤其对于设备密集的机房进行改造往往受到较大的限制。
且现有的机房空调***采用机房整体降温式，即空调降低机房、机柜整体环境温度，计算机、服务器等热源通过自身风扇与环境空气对流进行降温。这样很大部分能耗用于降低机房、机柜、环境等的温度，而作用在计算机、服务器等降温的能耗相对较少。
且随着数据中心的高速发展，越来越高的处理数据能力、处理量的需求产生更大的热量密度，高热密度冷却的需求已经越来越强烈，现有的通过冷却环境温度的机房空调方案已经很难满足现在机房高热量、高集中的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高热密度列间冷却空调机组，解决现有技术中中央空调***初期投入过大而节能效果不明显和新风***对设备密集的机房改造受限很大导致机房空调的冷却能力难以满足现在机房高热量、高集中要求的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
高热密度列间冷却空调机组，包括控制该空调机组运行的控制***，还包括由冷凝器和用于为冷凝器散热的轴流风机构成的室外机，以及主要由压缩机、储液器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和用于与蒸发器换热的离心风机构成的室内机，其中，压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀和蒸发器通过传输管道依次连接构成回路。
在上述设备中，冷凝器和轴流风机安装于室外机内，其中，冷凝器用于冷却通过传输管道输送来的制冷剂蒸汽，使其冷却为液体，轴流风机用于对冷凝器散热，带走制冷剂放出的热量，使其温度达到适合与室内空气进行换热的程度；而压缩机、蒸发器、储液器、干燥过滤器、膨胀阀和离心风机均安装于室内机内，其中，压缩机为制冷机组的动力来源，储液器用于存储***中多余的制冷剂，保证***工作时拥有足量的制冷剂使用，干燥过滤器用于对通过的制冷剂进行干燥和过滤，膨胀阀用于降低制冷剂压力，蒸发器是完成制冷剂与室内空气进行换热的主要设备，离心风机则吸入室内高温空气并将冷却后的空气送出。
为了防止制冷机组工作时制冷剂回流，所述储液器与冷凝器之间的传输管道上设置有单向阀。
进一步地，所述干燥过滤器与膨胀阀之间的传输管道上依次设置有电磁阀和视液镜。
再进一步地，所述压缩机输出端的传输管道上设有高压保护开关，其输入端的传输管道上设有低压保护开关。
更进一步地，所述压缩机为变频压缩机，冷凝器为冷凝盘管，膨胀阀为热力膨胀阀。
为了实现温度实时控制，本发明还包括用于监测目标温度并与控制***连接的温度传感器。
为了调节室内空气湿度，在所述蒸发器和离心风机之间设有加湿器。
在上述硬件***的基础上，本发明还提供了该高热密度列间冷却空调机组的应用方法，包括以下步骤：
（1）将包括轴流风机的室外机安装于机房外部，将包括离心风机的室内机安装并紧靠机房的服务器机柜，使离心风机的进风口与服务器机柜的出风口、离心风机的出风口与服务器机柜的进风口分别对应；
（2）温度传感器将检测到的温度信号传递至控制***，控制***按预算参数调节压缩机、离心风机、轴流风机的运行功率与之相匹配；
（3）压缩机将制冷剂形成的低压蒸汽吸入并压缩为高压蒸汽输送至冷凝器，外界空气被轴流风机吸入与冷凝器进行热交换，带走制冷剂放出的热量，使高压蒸汽凝结为高压液体；
（4）高压液体流经单向阀进入储液器缓冲，经干燥过滤器干燥过滤后依次流过电磁阀和视液镜，再进入膨胀阀节流，转化为低温低压液体，并回到蒸发器；
（5）离心风机将服务器机柜内产生的热空气由离心风机的进风口吸入，经过蒸发器，与其内的低温低压液态制冷剂进行热交换，放热后的冷空气经离心风机的出风口进入服务器机柜内对服务器机柜进行降温，而制冷剂吸热后变为低压蒸汽，完成一个循环；
（6）重复执行步骤（3）～（5），离心风机和服务器机柜之间形成冷热空气循环通道。
具体来讲，在运行过程中，所述温度传感器实时检测服务器机柜内的温度，并将检测到的温度信号传输至控制***，控制***统计预设时间段内的温度信号并计算平均温度，将压缩机、离心风机、轴流风机的功率调节至与平均温度对应的功率。
为了提高制冷效果，所述步骤（1）中，如果服务器机柜的数量超过一台，则在每两台服务器机柜之间安装一台室内机，并使室内机和服务器机柜均紧靠排列。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明原理简单，设计巧妙，实现方便，适合推广应用。
（2）本发明体积适中，移动和放置均十分方便，安装于电信机房中时不必对机房进行过大的改造，随时安装，随时使用，从而节约了前期投入。
（3）本发明的室内机紧靠服务器机柜安装，对服务器机柜本身直接进行降温，跳出了传统机房空调的整体降温思路，实现了点对点冷却模式，通过降温模式的转变，极大地节约了能量，降低运行成本。
（4）本发明安装于服务器机柜之间，离心风机的进风口和出风口分别正对服务器机柜的出风口和进风口，在离心风机的送风方位形成冷通道，在离心风机的吸风方位形成热通道，通过进风口和出风口的分离实现了冷热通道的分离，避免了冷量的浪费，从而节约了能量。
（5）由于本发明的离心风机直接将冷空气送入服务器机柜，极大地缩短了风道的长度，通过服务器机柜内的发热状态迅速反馈，使本发明的送风大小和送风温度对于服务器机柜的响应时间大大缩短，从而极大地提高了本发明对温度调节的控制精度。
（6）本发明设有加湿器并通过室内湿度检测，实现了室内湿度的有效控制。
（7）本发明通过机柜热点检测，检测服务器机柜的内部温度，控制本发明的制冷机组和风机运行，使本发明达到最佳送风状态。
附图说明
图1为本发明的***原理框图。
图2为本发明的安装示意图。
上述附图中，附图标记对应名称为：1-压缩机，2-高压保护开关，3-冷凝器，4-单向阀，5-储液器，6-干燥过滤器，7-电磁阀，8-视液镜，9-膨胀阀，10-蒸发器，11-低压保护开关，12-离心风机，13-轴流风机，14-加湿器，15-室内机，16-服务器机柜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，该高热密度列间冷却空调机组，包括由通过传输管道依次连接为回路的压缩机1、高压保护开关2、冷凝器3、单向阀4、储液器5、干燥过滤器6、电磁阀7、视液镜8、膨胀阀9、蒸发器10和低压保护开关11组成的制冷机组，与冷凝器一同安装于室外机内的轴流风机13，与蒸发器一同安装于室内机内的离心风机12，控制该空调机组运行的控制***，用于监测目标温度并与控制***连接的温度传感器，以及安装于蒸发器和离心风机之间的加湿器14。下面对整个***的连接关系和工作过程进行详细描述。
在上述设备中，冷凝器3和轴流风机13安装于室外机内，其中，冷凝器3用于冷却通过传输管道输送来的制冷剂蒸汽，使其冷却为液体，为了提高冷凝效果，通常选用冷凝盘管；轴流风机13用于对冷凝器散热，带走制冷剂放出的热量，使其温度达到适合与室内空气进行换热的程度。而其他部件均安装于室内机内，其中，压缩机1为制冷机组的动力来源，为了实现能量调节，压缩机具体选用变频压缩机，使本发明适应于更宽广的冷量控制范围，并在低冷量需求时降低能耗；高压保护开关2和低压保护开关11用于稳定压缩机的输入和输出；单向阀4用于防止工作时制冷剂回流；储液器5用于存储***中多余的制冷剂，保证***工作时拥有足量的制冷剂使用；干燥过滤器6用于对通过的制冷剂进行干燥和过滤；电磁阀7和视液镜8分别用于控制和观察液路状况，保证***运行稳定；膨胀阀9用于降低制冷剂的温度和压力，通常选用热力膨胀阀；蒸发器10是完成制冷剂与室内空气进行换热的主要设备；离心风机则吸入外部高温空气并将冷却后的空气送出；控制***则采用现有空调的控制***，本实施例中不再赘述；温度传感器安装于服务器机柜16内实时检测机柜内的温度并将温度信号传输至控制***；加湿器14用于调节控制室内的空气湿度。
在上述硬件***的基础上，本发明的应用方法，包括以下步骤：
（1）如图2所示，将本发明的室外机则安装于机房外部，室内机15安装并紧靠于机房的服务器机柜16之间，使离心风机12的进风口和出风口分别正对服务器机柜的出风口和进风口，如果有多个服务器机柜，则在每两个服务器机柜之间安装一部本发明的室内机，并使室内机和服务器机柜均紧靠排列；
（2）在运行过程中，温度传感器实时检测服务器机柜内的温度，并将检测到的温度信号传输至控制***，控制***统计两分钟内的温度信号并计算平均温度，将压缩机、离心风机、轴流风机的功率调节至与平均温度对应的功率；
（3）压缩机提供动力将制冷剂形成的低压蒸汽吸入并压缩为高压蒸汽通过管道输送至位于室外机内的冷凝器，轴流风机吸入外界空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压蒸汽凝结为高压液体；
（4）高压液体流经单向阀进入储液器中存储，由于储液器内部空间较大，还可以对高压液态的制冷剂起到缓冲作用，保护其他部件正常工作，并根据压力原理将液态制冷剂传输至干燥过滤器进行干燥过滤，然后依次流过电磁阀和视液镜，进入膨胀阀节流降温降压，转化为低温低压液体，并回到蒸发器中，继续对离心风机12吸入的热空气进行冷却处理；
（5）离心风机将服务器机柜内产生的热空气由进风口吸入，经过蒸发器，与其内的低温低压液态制冷剂进行热交换，出风口将放热后的冷空气吹出进入服务器机柜内，而制冷剂吸热后变为低压蒸汽，完成一个循环；
（6）重复执行步骤（3）～（5），不断地将服务器机柜内的热空气吸出并送入冷空气，在该高热密度列间冷却空调机组和服务器机柜之间形成冷热空气循环通道。
如此点对点的冷却模式跳出了传统机房空调对整个机房的降温模式，实现了对服务器机柜本身进行降温，降温模式的改变可以为服务器运营商节约大量的能量，从而达到国家提倡的节能减排的要求，也节约了投资运营成本。
为了实现整体机柜热点监测，本发明在安装时还可以在服务器机柜上的不同位置分别设置与控制***相连的温度传感器，通过温度传感器检测服务器机柜的各点温度，根据检测温度的高低，控制***调节本发明中压缩机、离心风机、轴流风机的运行功率，从而控制送风大小，使本发明达到最佳的送风状态。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
Claims (10)
1.高热密度列间冷却空调机组，包括控制该空调机组运行的控制***，其特征在于，还包括由冷凝器（3）和用于为冷凝器（3）散热的轴流风机（13）构成的室外机，以及主要由压缩机（1）、储液器（5）、干燥过滤器（6）、膨胀阀（9）、蒸发器（10）和用于与蒸发器（10）换热的离心风机（12）构成的室内机，其中，压缩机（1）、冷凝器（3）、储液器（5）、干燥过滤器（6）、膨胀阀（9）和蒸发器（10）通过传输管道依次连接构成回路。
2.根据权利要求1所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，所述储液器（5）与冷凝器（3）之间的传输管道上还设置有单向阀（4）。
3.根据权利要求2所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，所述干燥过滤器（6）与膨胀阀（9）之间的传输管道上设置有电磁阀（7）和视液镜（8）。
4.根据权利要求3所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，所述压缩机（1）输出端的传输管道上设有高压保护开关（2），其输入端的传输管道上设有低压保护开关（11）。
5.根据权利要求4所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，所述压缩机（1）为变频压缩机，冷凝器（3）为冷凝盘管，膨胀阀（9）为热力膨胀阀。
6.根据权利要求1～5任一项所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，还包括用于监测目标温度并与控制***连接的温度传感器。
7.根据权利要求6所述的高热密度列间冷却空调机组，其特征在于，在所述蒸发器（10）和离心风机（12）之间设有加湿器（14）。
8.高热密度列间冷却空调机组的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将包括轴流风机的室外机安装于机房外部，将包括离心风机的室内机安装并紧靠机房的服务器机柜，使离心风机的进风口与服务器机柜的出风口、离心风机的出风口与服务器机柜的进风口分别对应；
（2）温度传感器将检测到的温度信号传递至控制***，控制***按预设参数调节压缩机、离心风机、轴流风机的运行功率与之相匹配；
（3）压缩机将制冷剂形成的低压蒸汽吸入并压缩为高压蒸汽输送至冷凝器，外界空气被轴流风机吸入与冷凝器进行热交换，带走制冷剂放出的热量，使高压蒸汽凝结为高压液体；
（4）高压液体流经单向阀进入储液器缓冲，经干燥过滤器干燥过滤后依次流过电磁阀和视液镜，再进入膨胀阀节流，转化为低温低压液体，并回到蒸发器；
（5）离心风机将服务器机柜内产生的热空气由离心风机的进风口吸入，经过蒸发器，与其内的低温低压液态制冷剂进行热交换，放热后的冷空气经离心风机的出风口进入服务器机柜内对服务器机柜进行降温，而制冷剂吸热后变为低压蒸汽，完成一个循环；
（6）重复执行步骤（3）～（5），离心风机和服务器机柜之间形成冷热空气循环通道。
9.根据权利要求8所述的高热密度列间冷却空调机组的应用方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述温度传感器实时检测服务器机柜内的温度，并将检测到的温度信号传输至控制***，控制***统计预设时间段内的温度信号并计算平均温度，将压缩机、离心风机、轴流风机的功率调节至与平均温度对应的功率。
10.根据权利要求8或9所述的高热密度列间冷却空调机组的应用方法，其特征在于，所述步骤（1）中，如果服务器机柜的数量超过一台，则在每两台服务器机柜之间安装一台室内机，并使室内机和服务器机柜均紧靠排列。
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