CN106793691A - 一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***及方法，通过冷冻水组进行数据中心降温处理，采用自来水组辅助冷冻水组进行数据中心冷却降温，根据自来水水温不同，采用冷冻水组与自来水组两者交替的冷却方式进行数据中心的冷却降温，充分利用了自来水自身温度用以降低数据中心制冷能耗和制备生活热水能耗，从而达到节约能源的目的，在冷冻水组回水回路上通过冷却水组冷却，冷却水组热交换后通过自来水组二次冷却，充分利用自来水组进行降温以及余热回收，对冷却后自来水进行热量回收，实现能源再利用，从而达到节约能源的目的。
Description
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***及方法。
背景技术
随着互联网及通信技术的飞速发展，“云计算数据中心”的术语开始渐渐被大家熟知，由于数据中心建设规模以及容量不断地扩大，数据中心的能耗问题也日益突出。据统计：早在2010年时，Google的数据中心就已经拥有90万台服务器，年电力消耗量为19亿kW·h，而用于冷却数据机房所需消耗的电能大约占数据中心的总耗电的35％，Google服务器的数量占全球服务器数量的2.8％，但其电力消耗低于全球水平，仅1％。研究估计，2011年在我国，以三大电信运营商为首，以及众多互联网公司诸如阿里巴巴、百度、腾讯等等公司的数据中心消耗了500亿kW·h的电力，在2014年，美国数据中心消耗了700亿kW·h的电力，占美国电力消耗总量中的1.8％。同时建筑能耗占我国能源总消费的比例已达27.6％，在建筑能耗中，生活热水***耗能约为20％～30％。而目前数据中心常规的冷却技术有：①集中冷冻水+冷冻型空调***；②风冷型直接膨胀空调***；③水冷型直接膨胀空调***；④蒸发式冷却空调***，这些方法都造成能源浪费，得不到能源的回收利用；新兴的冷却技术有：⑤冬、春、秋过渡季节采用水侧、风侧自然冷却技术；以及⑥国内阿里巴巴在千岛湖建成的数据中心全部采用湖水自然冷却技术；⑦Google芬兰数据中心和近期微软建造的海底数据中心采用低温海水冷却技术冷却数据中心，而这些则受到条件限制，不适于大众数据中心冷却处理。然而数据中心产生的大量热能资源白白浪费，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***及方法，用以降低数据中心制冷能耗和制备生活热水能耗，达到节约能源的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，包括自来水组、用于数据中冷却的冷冻水组以及用于冷冻水组冷却的冷却水组，其中冷冻水组与冷却水组通过冷水机组进行冷热交换，冷却水组与自来水组通过第一板式热换器进行冷热交换。
进一步的，自来水组管路上设有用于数据中心冷却的第一自来水旁支管路以及用于与冷却水组进行冷热交换的第二自来水旁支管路，与第一自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第一自来水旁支管路上分别设有第一阀门和第二阀门，与第二自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第二自来水旁支管路上分别设有第三阀门和第四阀门。
进一步的，冷却水组管路上设有用于与自来水组进行冷热交换的冷却水旁支管路，与冷却水旁支管路并联的冷却水组管路段和冷却水旁支管路上分别设有第五阀门和第六阀门。
进一步的，其中冷冻水组管路上设有用于与自来水组进行冷热交换的冷冻旁支管路，冷冻水组与自来水组通过第二板式热换器进行热交换。
进一步的，与冷冻旁支管路并联的冷冻水组管路段和冷冻旁支管路上分别设有第七阀门和第八阀门，冷冻水组管路上与冷水机组并联部分设有截留管路，冷冻水组管路上与冷水机组并联部分和截留管路上分别设有第九阀门和第十阀门。
进一步的，自来水组、冷冻水组管路上和冷却水组管路上分别设有自来水水泵、冷冻水水泵和冷却水水泵。
进一步的，还包括安装于自来水组、冷冻水组与冷却水组的温度监控装置以及与温度监控装置连接的控制***。
一种数据中心利用自来水冷却与余热回收方法，具体包括以下步骤：
当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，则自来水经过第一板式换热器与冷却水组回水进行换热，将冷却水组冷凝热换出；当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，则自来水组先进行数据中心冷却后进入第二板式换热器与冷却水组回水换热，将冷凝热换出；当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，关闭冷却水组及冷冻水组，采用自来水组进行数据中心冷却。
进一步的，当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门、第四阀门、第五阀门，开启第一阀门、第三阀门、第六阀门，自来水水泵工作，冷冻水水泵工作，冷却水水泵工作，冷水机组工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出后利用，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门、第三阀门、第六阀门，关闭第一阀门、第四阀门、第五阀门，自来水水泵工作，冷冻水水泵工作，冷却水水泵工作，冷水机组工作，自来水组首先对数据中心进行冷却降温后冷却水组进行热交换，将冷凝热换出后利用；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门、第四阀门，关闭第一阀门、第三阀门，关闭冷冻水组和冷却水组，通过自来水组对数据中心进行冷却降温，从而实现数据中心冷却降温。
进一步的，具体包括以下步骤：
当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门、第四阀门、第五阀门，开启第一阀门、第三阀门、第六阀门，自来水水泵工作，冷冻水水泵工作，冷却水水泵工作，冷水机组工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门、第三阀门、第六阀门、第八阀门、第九阀门，关闭第一阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门、第十阀门，自来水水泵工作，冷冻水水泵工作，冷却水水泵工作，冷水机组工作，自来水组首先对冷冻水组回水进行冷却降温后再与冷却水组进行热交换，将冷凝热换出；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门、第四阀门、第十阀门、第八阀门，关闭第一阀门、第三阀门、第七阀门、第九阀门，关闭冷却水组，通过自来水组对冷冻水组回水进行冷却降温。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***及方法，通过冷冻水组进行数据中心降温处理，采用自来水组辅助冷冻水组进行数据中心冷却降温，依据自来水温度及冷冻水、冷却水供回水水温，采用冷冻水组与自来水组两者交替的冷却方式进行数据中心的冷却降温，充分利用了自来水自身温度用以降低数据中心制冷能耗和制备生活热水能耗，从而达到节约能源的目的，在冷冻水组回水回路上通过冷却水组冷却，冷却水组热交换后通过自来水组二次冷却，充分利用自来水组进行降温以及余热回收，对冷却后自来水进行热量回收，实现能源再利用，从而达到节约能源的目的。自来水不承担冷负荷时，自来水完全回收冷凝热，获得大量的较高温度的热水。自来水承担全部冷负荷时，可完全节约冷冻水组的运行能耗，并提高自来水温度，自来水承担部分冷负荷时，可节约部分冷冻水组的运行能耗，并提高自来水温度，自来水直接进入空调末端消除数据中心余热，减少了因中间通过换热器换热而产生的能源品位损失。
附图说明
图1为本发明第一实施例结构示意图。
图2为本发明第二实施例结构示意图。
其中，1、自来水水泵；2、冷冻水水泵；3、冷却水水泵；4、第二板式热换器；5、第一板式热换器；7、冷水机组；8、第一阀门；9、第二阀门；10、第四阀门；11、第三阀门；12、第八阀门；13、第七阀门；14、第六阀门；15、第五阀门；16、第十阀门；17、第九阀门；18、自来水组；19、冷冻水组；20、冷却水组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，包括自来水组18、用于数据中冷却的冷冻水组19以及用于冷冻水组冷却的冷却水组20，其中冷冻水组19与冷却水组20通过冷水机组7进行冷热交换，冷却水组20与自来水组18通过第一板式热换器5进行冷热交换；
自来水组18管路上设有用于数据中心冷却的第一自来水旁支管路以及用于与冷却水组进行冷热交换的第二自来水旁支管路，与第一自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第一自来水旁支管路上分别设有第一阀门8和第二阀门9，与第二自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第二自来水旁支管路上分别设有第三阀门10和第四阀门11，
冷却水组20管路上设有用于与自来水组18进行冷热交换的冷却水旁支管路，与冷却水旁支管路并联的冷却水组管路段和冷却水旁支管路上分别设有第五阀门15和第六阀门14；
如图2所示，其中冷冻水组19管路上设有用于与自来水组进行冷热交换的冷冻旁支管路，冷冻水组19与自来水组20通过第二板式热换器4进行热交换；与冷冻旁支管路并联的冷冻水组管路段和冷冻旁支管路上分别设有第七阀门13和第八阀门12，冷冻水组管路上与冷水机组7并联部分设有截留管路，冷冻水组19管路上与冷水机组7并联部分和截留管路上分别设有第九阀门17和第十阀门16；
自来水组18、冷冻水组19管路上和冷却水组20管路上分别设有自来水水泵1、冷冻水水泵2和冷却水水泵3，分别为自来水组、冷冻水组与冷却水组的动力来源；其中上述所有水泵以及阀门均为与控制***连接的自动控制水泵和自动控制阀门，其中自来水组、冷冻水组与冷却水组均安装有温度监控装置,控制***用于温度监控以及控制各回路阀门开启与关闭。
一种数据中心利用自来水冷却与余热回收方法，具体包括以下步骤：
自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，则自来水经过第一板式换热器与冷却水组回水进行换热，将冷却水组冷凝热换出后利用，自来水不承担冷负荷；当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，则自来水组先进行数据中心冷却后进入第二板式换热器与冷却水组回水换热，将冷凝热换出后利用，自来水承担部分冷负荷；当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，关闭冷却水组及冷冻水组，采用自来水组进行数据中心冷却，进行余热回收，自来水承担全部冷负荷，对于自来水组冷却后自来水进行余热回收利用。
具体的，当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门9、第四阀门10、第五阀门15，开启第一阀门8、第三阀门11、第六阀门14，自来水水泵1工作，冷冻水水泵2工作，冷却水水泵3工作，冷水机组7工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出后利用，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门9、第三阀门11、第六阀门14，关闭第一阀门8、第四阀门10、第五阀门15，自来水水泵1工作，冷冻水水泵2工作，冷却水水泵3工作，冷水机组7工作，自来水组首先对数据中心进行冷却降温后冷却水组进行热交换，将冷凝热换出后利用；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门9、第四阀门10，关闭第一阀门8、第三阀门11，关闭冷冻水组和冷却水组，通过自来水组对数据中心进行冷却降温，从而实现数据中心冷却降温。
当冷冻水组管路与自来水组通过第二板式热换器进行热交换时，
当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门9、第四阀门10、第五阀门15，开启第一阀门8、第三阀门11、第六阀门14，自来水水泵1工作，冷冻水水泵2工作，冷却水水泵3工作，冷水机组7工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门9、第三阀门11、第六阀门14、第八阀门12、第九阀门17，关闭第一阀门8、第四阀门10、第五阀门15、第七阀门13、第十阀门16，自来水水泵1工作，冷冻水水泵2工作，冷却水水泵3工作，冷水机组7工作，自来水组首先对冷冻水组回水进行冷却降温后再与冷却水组进行热交换，将冷凝热换出；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门9、第四阀门10、第十阀门16、第八阀门12，关闭第一阀门8、第三阀门11、第七阀门13、第九阀门17，关闭冷却水组，通过自来水组对冷冻水组回水进行冷却降温，承担全部冷负荷。
Claims (10)
1.一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，包括自来水组(18)、用于数据中冷却的冷冻水组(19)以及用于冷冻水组冷却的冷却水组(20)，其中冷冻水组(19)与冷却水组(20)通过冷水机组(7)进行冷热交换，冷却水组(20)与自来水组(18)通过第一板式热换器(5)进行冷热交换。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，自来水组(18)管路上设有用于数据中心冷却的第一自来水旁支管路以及用于与冷却水组进行冷热交换的第二自来水旁支管路，与第一自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第一自来水旁支管路上分别设有第一阀门(8)和第二阀门(9)，与第二自来水旁支管路并联的自来水组管路段和第二自来水旁支管路上分别设有第三阀门(10)和第四阀门(11)。
3.根据权利要求2所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，冷却水组(20)管路上设有用于与自来水组(18)进行冷热交换的冷却水旁支管路，与冷却水旁支管路并联的冷却水组管路段和冷却水旁支管路上分别设有第五阀门(15)和第六阀门(14)。
4.根据权利要求3所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，其中冷冻水组(19)管路上设有用于与自来水组进行冷热交换的冷冻旁支管路，冷冻水组(19)与自来水组(20)通过第二板式热换器(4)进行热交换。
5.根据权利要求4所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，与冷冻旁支管路并联的冷冻水组管路段和冷冻旁支管路上分别设有第七阀门(13)和第八阀门(12)，冷冻水组管路上与冷水机组(7)并联部分设有截留管路，冷冻水组(19)管路上与冷水机组(7)并联部分和截留管路上分别设有第九阀门(17)和第十阀门(16)。
6.根据权利要求5所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，自来水组(18)、冷冻水组(19)管路上和冷却水组(20)管路上分别设有自来水水泵(1)、冷冻水水泵(2)和冷却水水泵(3)。
7.根据权利要求6所述的一种数据中心利用自来水冷却与余热回收***，其特征在于，还包括安装于自来水组(18)、冷冻水组(19)与冷却水组(20)的温度监控装置以及与温度监控装置连接的控制***，控制***用于温度监控以及控制各回路阀门开启与关闭。
8.一种基于权利要求7所述***的自来水冷却与余热回收方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，则自来水经过第一板式换热器与冷却水组回水进行换热，将冷却水组冷凝热换出；当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，则自来水组先进行数据中心冷却后进入第二板式换热器与冷却水组回水换热，将冷凝热换出；当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，关闭冷却水组及冷冻水组，采用自来水组进行数据中心冷却。
9.根据权利要求8所述自来水冷却与余热回收方法，其特征在于，当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门(9)、第四阀门(10)、第五阀门(15)，开启第一阀门(8)、第三阀门(11)、第六阀门(14)，自来水水泵(1)工作，冷冻水水泵(2)工作，冷却水水泵(3)工作，冷水机组(7)工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出后利用，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门(9)、第三阀门(11)、第六阀门(14)，关闭第一阀门(8)、第四阀门(10)、第五阀门(15)，自来水水泵(1)工作，冷冻水水泵(2)工作，冷却水水泵(3)工作，冷水机组(7)工作，自来水组首先对数据中心进行冷却降温后冷却水组进行热交换，将冷凝热换出后利用；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门(9)、第四阀门(10)，关闭第一阀门(8)、第三阀门(11)，关闭冷冻水组和冷却水组，通过自来水组对数据中心进行冷却降温，从而实现数据中心冷却降温。
10.根据权利要求8所述自来水冷却与余热回收方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
当自来水组进水水温高于冷冻水组回水水温时，关闭第二阀门(9)、第四阀门(10)、第五阀门(15)，开启第一阀门(8)、第三阀门(11)、第六阀门(14)，自来水水泵(1)工作，冷冻水水泵(2)工作，冷却水水泵(3)工作，冷水机组(7)工作，冷冻水组对数据中心进行冷却降温，冷却水组通过冷水机组对冷冻水组降温后回水进行热交换后，冷却水组回水与自来水组经过第一进行热交换，将冷凝热换出，从而实现数据中心冷却降温；
当自来水组进水水温低于冷冻水组回水水温时并高于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门(9)、第三阀门(11)、第六阀门(14)、第八阀门(12)、第九阀门(17)，关闭第一阀门(8)、第四阀门(10)、第五阀门(15)、第七阀门(13)、第十阀门(16)，自来水水泵(1)工作，冷冻水水泵(2)工作，冷却水水泵(3)工作，冷水机组(7)工作，自来水组首先对冷冻水组回水进行冷却降温后再与冷却水组进行热交换，将冷凝热换出；
当自来水组进水水温低于冷冻水组供水水温时，开启第二阀门(9)、第四阀门(10)、第十阀门(16)、第八阀门(12)，关闭第一阀门(8)、第三阀门(11)、第七阀门(13)、第九阀门(17)，关闭冷却水组，通过自来水组对冷冻水组回水进行冷却降温。
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