CN113108389A - 一种使用自然冷源的冷却***及其机房 - Google Patents

一种使用自然冷源的冷却***及其机房 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种使用自然冷源的冷却***及其机房，该使用自然冷源的冷却***包括：机房冷却设备，恒温层，室外冷却设备和控制器，恒温层内置有冷介质，机房冷却设备通过地埋水管能够与冷介质进行换热；机房冷却设备通过自然水管能够与室外冷却设备进行换热，自然水管能够与地埋水管连通；控制器根据室外空气温度传感器控制机房冷却设备与冷介质和/或室外冷却设备换热。本方案中，控制器根据室外空气温度传感器控制机房冷却设备与冷介质和/或室外冷却设备换热，地下恒温冷能和风冷自然冷却技术联合起来，供给数据中心的冷却***使用，保证冷源的温度可靠，无需电制冷可以降低耗电量，且结构简单。

Description

一种使用自然冷源的冷却***及其机房
技术领域
本发明涉及数据机房技术领域，尤其是涉及一种使用自然冷源的冷却***及其机房。
背景技术
数据机房建设规模及数量逐年增涨，由于机房本身的特性，热量比较集中，有很高的显热比，且全年运行机房空调的能耗占了总能耗约40％，如何降低电源使用效率，是当前努力的一个方向。
常规的冷却***包括电力驱动制冷，或者自然冷却与机械制冷联合的数据中心空调，电力驱动制冷能耗大，投资高。利用自然冷却技术的复合制冷空调***，虽然能利用一部分自然冷能，减少机械制冷的能耗，但是在夏季高温时段仍有一段时间必须开启电制冷，初期投入成本比较高，***也相对比较复杂。
现有的数据机房的冷却***需要电制冷，且比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供使用自然冷源的冷却***，以解决现有的数据机房的冷却***需要电制冷，且比较复杂的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的使用自然冷源的冷却***，包括：
机房冷却设备，
恒温层，所述恒温层内置有冷介质，所述机房冷却设备通过地埋水管能够与所述冷介质进行换热；
室外冷却设备，所述机房冷却设备通过自然水管能够与所述室外冷却设备进行换热，所述自然水管能够与所述地埋水管连通；
控制器，所述控制器根据室外空气温度传感器控制所述机房冷却设备与所述冷介质和/或所述室外冷却设备换热。
在本发明的一些实施例中，所述室外冷却设备的数量为多个，每个所述室外冷却设备分别能够与所述机房冷却设备进行换热。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括数据机房和机房内空气温度传感器，所述机房冷却设备和所述机房内空气温度传感器分别设置于所述数据机房内，所述控制器根据所述机房内空气温度传感器控制一个所述室外冷却设备或多个所述室外冷却设备与所述机房冷却设备进行换热。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括闭式保温水箱，所述闭式保温水箱与换热后的所述地埋水管连通，所述闭式保温水箱能够与所述机房冷却设备连通。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供***温度传感器和热平衡循环泵，所述恒温直供***温度传感器设置于所述地埋水管上，所述热平衡循环泵设置于所述地埋水管与所述自然水管之间，所述控制器根据所述恒温直供***温度传感器控制所述热平衡循环泵的流量。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括自然冷却***传感器和自然冷却循环泵，所述自然冷却***传感器和所述自然冷却循环泵分别设置于所述自然水管上，所述控制器根据所述自然冷却***传感器控制所述自然冷却循环泵的流量。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供循环泵，所述恒温直供循环泵设置于所述地埋水管上。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括补水定压装置，所述补水定压装置设置于所述恒温直供循环泵的入口处。
本发明还提供了一种采用上述冷却***的机房。
进一步地，所述机房还包括灭火***；灭火***包括灭火装置以及所述控制器。
进一步地，所述灭火装置包括排气管、设置在所述排气管上的阀门、感烟探测器以及感温探测器；所述阀门、所述感烟探测器与所述感温探测器均与所述控制器电连接；当所述感烟探测器或者所述感温探测器检测到机房的烟雾浓度或温度大于预设数值时，所述控制器能够控制打开所述阀门以启动灭火。
进一步地，所述灭火装置还包括控制气瓶和灭火剂瓶；灭火剂瓶用于储存七氟丙烷等气态灭火剂；控制气瓶内存储有氮气或者惰性气体等控制气体；
所述阀门包括气控阀；气控阀设置在所述排气管上；气控阀的控制口通过控制管路与控制气瓶连接，控制管路上设置有电磁阀，电磁阀与所述控制器连接，控制器感知到火情时通过电磁阀开启控制气瓶，控制气体通过控制管路进而开启灭火剂瓶进行灭火作业。
进一步地，所述阀门还包括所述排气管上的单向阀，排气管在机房内设置有喷嘴。
进一步地，包括n个并联设置的所述灭火剂瓶，n为大于等于2的自然数；其中，第i灭火剂瓶通过第i并联支路与所述排气管连通，n＞i≥1；第i并联支路上设置有第i气阀，第i+1并联支路上设置有第i+1阀；第i气阀和第i+1阀均为气控阀；
第i+1阀的控制端口通过管路与第i并联支路上的第i三通连接；第i三通设置在第i灭火剂瓶与第i气阀之间，当第i灭火剂瓶内压力值大于等于设定阈值时，第i并联支路内的气压迫使第i+1阀处于关闭状态；当第i灭火剂瓶内压力值小于设定阈值时，第i+1阀(内的复位件)克服第i并联支路内的气压恢复至开启状态(进而打开第i+1灭火剂瓶)；
第i气阀的控制端口通过管路与第i+1并联支路至第n并联支路上的节点连通；所述节点设置在第i+1阀与所述排气管之间的第i+1并联支路上；第i+1灭火剂瓶至第n灭火剂瓶中任何一个开启时，第i气阀均被迫关闭。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的使用自然冷源的冷却***中，所述控制器根据室外空气温度传感器控制所述机房冷却设备与所述冷介质和/或所述室外冷却设备换热，地下恒温冷能和风冷自然冷却技术联合起来，供给数据中心的冷却***使用，保证冷源的温度可靠，无需电制冷可以降低耗电量，且结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种使用自然冷源的冷却***的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的机房灭火***的工作原理图。
附图标记：
1-冷介质，2-恒温直供循环泵，3-补水定压装置，4-闭式保温水箱，5-自然冷却循环泵，6-热平衡循环泵，7-数据机房，8-机房冷却设备,9-第一室外冷却设备，10-第二室外冷却设备，11-控制器,F1-第一电动阀,F2-第二电动阀，F3-第三电动阀,F4-第四电动阀,F5-第五电动阀，F6-第六电动阀,F7-第七电动阀,F8-第八电动阀,F9-第九电动阀,F10-第十电动阀,F11-第十一电动阀,F12-第十二电动阀,t1-恒温直供***供水温度传感器，t2-恒温直供***回水温度传感器，t3-室外空气温度传感器，t4-机房内空气温度传感器，t5-自然冷却***供水温度传感器，t6-自然冷却***回水温度传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的本发明提供的使用自然冷源的冷却***，包括：机房冷却设备8，恒温层，室外冷却设备和控制器11，所述恒温层内置有冷介质1，所述机房冷却设备8通过地埋水管能够与所述冷介质1进行换热；所述机房冷却设备8通过自然水管能够与所述室外冷却设备进行换热，所述自然水管能够与所述地埋水管连通；所述控制器11根据室外空气温度传感器t3控制所述机房冷却设备8与所述冷介质1和/或所述室外冷却设备换热。
具体地，在室温干球温度低于机房设定温度时就可以考虑采用风冷自然冷却技术。在室温干球温度较高时，需开启电制冷时，若能直接利用地下恒温冷能，则可替代电制冷。而相关研究表明地下恒温层(包含水或土壤)温度，与当地的年平均温度相近，查阅全国各地区的年平均温度，绝大部分地区的平均温度在16℃左右。
将地下恒温冷能和风冷自然冷却技术联合起来，供给数据中心的空调***使用，保证冷源的温度可靠，从而降低空调耗电量，提高能源利用效率。
在本发明的一些实施例中，所述室外冷却设备的数量为多个，每个所述室外冷却设备分别能够与所述机房冷却设备8进行换热。
具体地，设置多个室外冷却设备能够根据需求开启单个或多个室外冷却设备进行冷却。通过第一电动阀F11和第二电动阀F12可以开启第二室外冷却设备10。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括数据机房7和机房内空气温度传感器t4，所述机房冷却设备8和所述机房内空气温度传感器t4分别设置于所述数据机房7内，所述控制器11根据所述机房内空气温度传感器t4控制一个所述室外冷却设备或多个所述室外冷却设备与所述机房冷却设备8进行换热。
具体地，机房内空气温度传感器t4用于检测数据机房7温度，数据机房7温度设定在20～26℃，相对湿度≤60％。当室外温度t3＞16℃时，利用恒温层的冷介质1的冷能供给数据机房7内的机房冷却设备8做冷源使用，保证数据机房7温度稳定。此时，第一电动阀F1，第二电动阀F2和第三电动阀F3打开，地埋水管全部连通。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括闭式保温水箱4，所述闭式保温水箱4与换热后的所述地埋水管连通，所述闭式保温水箱4能够与所述机房冷却设备8连通。
具体地，恒温层的冷能通过地埋水管换热后存储在闭式保温水箱4中，在最极端情况下，地下恒温层和室外自然冷却设备均出故障时，***切换到应急状态，利用闭式保温水箱4中储备的冷量供给到机房冷却设备8中，保证数据机房7应急需求。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供***温度传感器和热平衡循环泵6，所述恒温直供***温度传感器设置于所述地埋水管上，所述热平衡循环泵6设置于所述地埋水管与所述自然水管之间，所述控制器11根据所述恒温直供***温度传感器控制所述热平衡循环泵6的流量。
具体地，恒温直供***温度传感器包括恒温直供***供水温度传感器t1和恒温直供***回水温度传感器t2，控制器11通过监测恒温直供***供水温度传感器t1和恒温直供***回水温度传感器t2调整热平衡循环泵6的流量，保持地下温度的稳定。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括自然冷却***传感器和自然冷却循环泵5，所述自然冷却***传感器和所述自然冷却循环泵5分别设置于所述自然水管上，所述控制器11根据所述自然冷却***传感器控制所述自然冷却循环泵5的流量。
具体地，自然冷却***传感器包括自然冷却***供水温度传感器t5和自然冷却***回水温度传感器t6，在冷量还有充裕时，调整室外冷却设备的风机转速或者降低自然冷却循环泵5的流量。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供循环泵2，所述恒温直供循环泵2设置于所述地埋水管上。设置恒温直供循环泵2，能够将地埋管水进行循环。
在本发明的一些实施例中，所述使用自然冷源的冷却***还包括补水定压装置3，所述补水定压装置3设置于所述恒温直供循环泵2的入口处。
设置补水定压装置3可以维持循环***的压力恒定。
新型实施例提供的一种使用自然冷源的冷却***中，数据机房7温度设定在20～26℃，相对湿度≤60％。当用于测量室外温度的室外空气温度传感器t3测量到温度＞16℃时，利用恒温层的冷介质1供给数据机房7内的机房冷却设备8做冷源使用，保证数据机房7温度稳定。此时除第一电动阀F1、第二电动阀F2和第三电动阀F3打开，其他电动阀均关闭。恒温层的冷能通过U型的地埋水管换热后存储在闭式保温水箱4中，并通过管道输送到机房冷却设备8中，与机柜换热后在恒温直供循环的作用下回到地埋水管中。控制器11通过监测恒温直供***供水温度传感器t1，恒温直供***回水温度传感器t2和机房内空气温度传感器t4调整***的流量。
当室外温度≤16℃时，利用室外自然冷能供给数据机房7内的机房冷却设备8做冷源使用，保证数据机房7温度稳定。此时除第五电动阀F5至第十电动阀F10(包括第六电动阀F6、第七电动阀F7、第八电动阀F8、第九电动阀F9)打开，其他电动阀均关闭。利用第一室外冷却设备9和第二室外冷却设备10将室外自然冷能收集后通过载冷剂，在自然冷却循环泵5的作用下通过管道送至机房冷却设备8中，与机柜换热后再通过管道回到室外冷却设备中，形成循环。控制器11通过监测机房内空气温度传感器t4，自然冷却***供水温度传感器t5和自然冷却***回水温度传感器t6调整***的流量，随着室外空气温度传感器t3的逐步降低，***自动计算机房需求的冷量，并自动关闭室外冷却设备的个数，在只需运行一台室外冷却设备时，冷量还有充裕时，调整室外冷却设备的风机转速或者降低自然冷却循环泵5的流量。在室外温度过低，载冷剂容易冻结时，自然冷却循环泵5流量已至最小值时，关闭室外自然冷却设备，自动切换至利用地下恒温层的冷能的运行模式。
控制器11也密切监测一个运行周期内地下恒温层的温度变化情况，制定合适的运行策略。在冬季或过渡季或者夏季温度较低的晚上适当运行热平衡***，保证恒温直供***供水温度传感器t1温度稳定在16℃左右。此时第七电动阀F7和第八电动阀F8，及第一电动阀F1至第三电动阀F3处于关闭状态，避免机房冷却***与热平衡***发生冲突，地下恒温层利用地埋管中的载冷剂通过管道和热平衡循环泵6送至室外冷却设备中进行散热，控制器11通过监测恒温直供***供水温度传感器t1和恒温直供***回水温度传感器t2调整热平衡循环泵6的流量，保持地下温度的稳定。
在最极端情况下，地下恒温层和室外自然冷却设备均出故障时，***切换到应急状态，此时机房的备用电源只提供循环泵和机房冷却设备8的电量，第二电动阀F2和第四电动阀F4打开，恒温直供循环泵2运行，利用闭式保温水箱4中储备的冷量供给到机房冷却设备8中，保证数据机房7应急需求。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，机房50内设置有灭火***。
如图2所示，提供的灭火***包括灭火装置和控制器11；灭火装置包括排气管13、设置在排气管13上的阀门、设置在机房内的感烟探测器17以及感温探测器18；阀门、感烟探测器17与感温探测器18均与控制器11电连接；当感烟探测器17或者感温探测器18检测到机房的烟雾浓度或温度大于预设数值时，控制器11能够控制打开阀门、启动灭火装置进行灭火。
本实施例中，感烟探测器17和感温探测器18分别监测各机房内的烟气浓度和温度，当机房内的烟气浓度超过预设数值时或者机房内的温度超过预设数值时，说明此时存在火灾，此时控制器11控制打开灭火装置的排气管13上的阀门，以使得灭火气体(七氟丙烷)通过排气管13进入机房内进行灭火，实现及时灭火，提高安全性能。
具体地，灭火装置还包括控制气瓶15、以及用于储存七氟丙烷等气态灭火剂的灭火剂瓶14、喷嘴8等部件。喷嘴8设置在各机房50内，与排气管13连接。控制气瓶15内存储有氮气或者较为安全的惰性气体。
阀门可以是阀组或者单个控制阀，在本实施例中，包括单向阀12a和气控阀12b；气控阀设置在排气管13上以及灭火剂瓶14瓶口处，气控阀的进气口与灭火剂瓶14的瓶口密封连接，气控阀的出气口与排气管13连接，气控阀的控制口通过控制管路与控制气瓶15连接，控制管路上以及控制气瓶15的瓶口处设置有电磁阀12c，电磁阀与控制器11连接，控制器11通过感温探测器或感烟探测器感知到火情时，开启电磁阀，控制气瓶内的控制气体通过控制管路进而将灭火剂瓶14开启，灭火剂瓶14内的灭火剂通过排气管13以及喷嘴喷出，进行灭火作业。
本实施例中包括n个并联设置的灭火剂瓶14，n为大于等于2的自然数；其中，第i灭火剂瓶14i通过第i并联支路Bi与排气管13连通，n＞i≥1。
第i并联支路Bi上设置有第i气阀Qi，第i+1并联支路上设置有第i+1阀；第i气阀和第i+1阀均为气控阀；
第i+1阀Fi+1的控制端口通过管路与第i并联支路上的第i三通Si连接；第i三通设置在第i灭火剂瓶与第i气阀之间，当第i灭火剂瓶内压力值大于等于设定阈值时，第i并联支路内的气压迫使第i+1阀处于关闭状态；当第i灭火剂瓶内压力值小于设定阈值时，第i+1阀内的复位件克服第i并联支路内的气压恢复至开启状态,进而打开第i+1灭火剂瓶；第i+1灭火剂瓶接替第i灭火剂瓶向排气管13内供应灭火剂。
第i气阀一般处于常开状态，其的控制端口通过管路与第i+1并联支路至第n并联支路上的节点连通；第i+1并联支路上的所述节点设置在第i+1阀与所述排气管13之间(优选地，节点设置在第i+1阀的出口处)；第i+1灭火剂瓶至第n灭火剂瓶中任何一个开启时，第i气阀均会被迫关闭。
进而实现多个灭火剂瓶之间的接替工作。当设置多个相对独立的机房50时，每个机房50的喷嘴8分别通过独立的引入管路与排气管13连接，引入管路上设置阀体12d，当一个机房50内产生火情时，控制器11通过电磁阀12c，利用氮气将所有的灭火剂瓶的气控阀12b打开，同时开启着火机房50的引入管路上的阀体12d，使得灭火剂喷入该室内空间，进行灭火作业。
现有技术中，多个灭火剂瓶同时作业且同步快速向某一个机房输出灭火剂，而当其他机房被引燃或出现另外火情时，由于灭火剂的储备不足，则无法实现持续的灭火作业。
本实施例通过控制***，可有序地开启多个灭火剂瓶，在实现有效灭火的同时，实现了灭火剂的有效储备，可进行持续或者多次间断地对多个机房进行灭火作业。当某个灭火剂瓶用过后，可以进行更换，在更换过程中也不会影响整个***的持续灭火作业。
更为优选地，气控阀12b上同时具有手动开启开关，用于更换时手动关闭和开启管路。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种使用自然冷源的冷却***，其特征在于，包括：
机房冷却设备，
恒温层，所述恒温层内置有冷介质，所述机房冷却设备通过地埋水管能够与所述冷介质进行换热；
室外冷却设备，所述机房冷却设备通过自然水管能够与所述室外冷却设备进行换热，所述自然水管能够与所述地埋水管连通；
控制器，所述控制器根据室外空气温度传感器控制所述机房冷却设备与所述冷介质和/或所述室外冷却设备换热。
2.根据权利要求1所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述室外冷却设备的数量为多个，每个所述室外冷却设备分别能够与所述机房冷却设备进行换热。
3.根据权利要求2所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括数据机房和机房内空气温度传感器，所述机房冷却设备和所述机房内空气温度传感器分别设置于所述数据机房内，所述控制器根据所述机房内空气温度传感器控制一个所述室外冷却设备或多个所述室外冷却设备与所述机房冷却设备进行换热。
4.根据权利要求1所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括闭式保温水箱，所述闭式保温水箱与换热后的所述地埋水管连通，所述闭式保温水箱能够与所述机房冷却设备连通。
5.根据权利要求1所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供***温度传感器和热平衡循环泵，所述恒温直供***温度传感器设置于所述地埋水管上，所述热平衡循环泵设置于所述地埋水管与所述自然水管之间，所述控制器根据所述恒温直供***温度传感器控制所述热平衡循环泵的流量。
6.根据权利要求1所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括自然冷却***传感器和自然冷却循环泵，所述自然冷却***传感器和所述自然冷却循环泵分别设置于所述自然水管上，所述控制器根据所述自然冷却***传感器控制所述自然冷却循环泵的流量。
7.根据权利要求1所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括恒温直供循环泵，所述恒温直供循环泵设置于所述地埋水管上。
8.根据权利要求7所述的使用自然冷源的冷却***，其特征在于，所述使用自然冷源的冷却***还包括补水定压装置，所述补水定压装置设置于所述恒温直供循环泵的入口处。
9.一种采用权利要求1-8任一所述冷却***的机房，其特征在于，所述机房还包括灭火***；灭火***包括灭火装置以及所述控制器；所述灭火装置包括排气管、设置在所述排气管上的阀门、感烟探测器以及感温探测器；所述阀门、所述感烟探测器与所述感温探测器均与所述控制器电连接；当所述感烟探测器或者所述感温探测器检测到机房的烟雾浓度或温度大于预设数值时，所述控制器能够控制打开所述阀门以启动灭火。
10.一种采用权利要求9所述的机房，其特征在于，所述灭火装置还包括控制气瓶和灭火剂瓶；灭火剂瓶用于储存气态灭火剂；控制气瓶内存储有控制气体；所述阀门包括气控阀；气控阀设置在所述排气管上；气控阀的控制口通过控制管路与控制气瓶连接，控制管路上设置有电磁阀，电磁阀与所述控制器连接，控制器感知到火情时通过电磁阀开启控制气瓶，控制气体通过控制管路进而开启灭火剂瓶进行灭火作业。
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