CN114071948A - 一种集装箱数据中心空调***及一体式空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱数据中心空调***及一体式空调机组，包括安装在箱体顶部的一体式空调机组，在所述空调机组上集成有新风引入装置，引入的新风被送入箱体内，在空调机组的控制器内设置有室外温度监控模块，当室外温度满足设定条件时，控制空调机组的压缩机和冷凝风机停机，同时控制新风引入装置打开，利用引入的新风为机柜降温。本发明不占用箱体内空间，易于安装及日常维护，且可降低空调***能耗，提升节能效果。

Description

一种集装箱数据中心空调***及一体式空调机组

技术领域

本发明涉及一种数据中心空气调节技术领域，特别涉及一种集装箱数据中心空调***及一体式空调机组。

背景技术

目前微型化集装箱数据中心已经得到认可和接受，其独有的小型化设计适用于中小型企事业单位的应用。现阶段40英尺集装箱数据机房内部IT设备多采用标准列间空调进行降温，该列间空调占用IT设备机柜空间，且需要同IT机柜设备同时布置，浪费机房空间和设备安装时间，并且在后续设备维护因空间狭小，存在难操作的问题，设备故障维护困难。另外，为了确保集装箱数据中心内保持IT设备正常工作所需温度，空调需要全年不间断运行，导致集装箱数据中心能耗大幅增加。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种不占用箱体内空间，易于安装及日常维护，且可降低空调***能耗，提升节能效果的集装箱数据中心空调***。

本发明另一个主要解决的技术问题是，提供一种结构简单，布局合理，可满足数据中心控温需求的一体式空调机组。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种集装箱数据中心空调***，包括安装在箱体顶部的一体式空调机组，在所述空调机组上集成有新风引入装置，引入的新风被送入箱体内，在空调机组的控制器内设置有室外温度监控模块，当室外温度满足设定条件时，控制空调机组的压缩机和冷凝风机停机，同时控制新风引入装置打开，利用引入的新风为机柜降温。

进一步，所述设定条件为室外温度小于或等于第一设定温度和/或室外温度与箱内温度的差值大于或等于第二设定温度。

进一步，所述新风引入装置为开设在空调机组壳体上的新风口，在新风口处安装有新风风阀，引入的新风利用空调机组的送风路径送至箱体内。

进一步，在空调机组上集成安装有用于向外排风的排风装置，所述排风装置为开设在空调机组壳体上的排风口，在所述排风口处安装排风风阀和排风风机，所述排风口通过空调机组的回风口与箱体连通，或通过在壳体上单独设置的风口与箱体连通。

进一步，在空调机组的控制器中设置有用于监控箱体内压力的压力监控模块，当箱体内压力达到设定压力时，控制排风装置打开向外排风。

进一步，将箱体内机柜的两侧配置成相对独立的冷通道和热通道，冷通道与空调机组的送风口连通，热通道与空调机组的回风口连通。

本发明的另一个技术方案是：

一种一体式空调机组，包括壳体，在壳体内通过中隔板隔成室内侧和室外侧，所述室内侧和室外侧沿箱体长度方向排布，在所述室内侧内沿箱体的宽度方向依次设置送风腔、新风腔和回风腔，在送风腔的壳体上开设送风口，在送风腔内安装蒸发器和送风机，在新风腔的壳体上开设新风口，在新风口处安装有新风风阀，在回风腔的壳体上开设回风口，在所述回风口与新风腔之间设置有用于控制回风通路通断的回风控制装置，在所述壳体上设置有排风口，在排风口处安装有排风风阀和排风风机。

进一步，所述回风控制装置包括安装在新风腔与回风腔之间的回风腔隔板，在回风腔隔板上开有将回风腔与新风腔连通的开口，在开口处安装有用于控制开口通断的回风风阀；或，所述回风控制装置为安装在回风口处的回风风阀。

进一步，所述排风口开设在回风腔的壳体上，利用回风口将箱体与排风口连通；或，所述排风口设置在室外侧的壳体上，对应所述排风口在室外侧的壳体上单独开设风口用于将箱体与排风口连通。

进一步，所述蒸发器为V形结构，蒸发器的折弯侧朝向进风侧，送风机安装在V形蒸发器包围的空间内部。

综上内容，本发明所述的一种集装箱数据中心空调***及一体式空调机组，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明采用一体式的空调机组安装在箱体的顶部，无需占用集装箱内部的空间，为机房扩容提供空间，且易于安装和日常维护。

(2)本发明在空调机组上集成新风引入装置，当室外温度较低时，利用新风直接给机柜降温，控制压缩机和冷凝风机停机，可大幅降低空调***的能耗，提升节能效果。

(3)本发明在机柜的两侧设置成相对独立的冷通道和热通道，冷空气只能经过中间的机柜才能进入另一侧的热通道，形成上送上回的空气循环，有利于提升机柜的换热效率，提高机柜设备的运行可靠性。

(4)本发明提供的一体式空调机组，结构简单，布局合理，集成有多种功能，送风腔、新风腔、回风腔采用一字型沿箱体横向布置，并集成安装有新风口和排风口，有利于提升制冷效率和节能效果，满足数据中心控温需求。

附图说明

图1是本发明空调***结构示意图；

图2是本发明顶置式空调机组结构示意图。

如图1和图2所示，箱体1，机柜2，顶置式空调机组3，进风口4，出风口5，冷通道6，热通道7，隔板8，壳体9，安装脚10，中隔板11，室内侧12，室外侧13，压缩机14，冷凝器15，冷凝风机16，节流元件17，送风腔18、新风腔19，回风腔20，新风口21，新风风阀22，送风机23，排风口24，排风风阀25，排风风机26，回风腔隔板27，回风风阀28，蒸发器29，电加热器30，电控盒31，过滤装置32，加湿装置33，电连接器34。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一

如图1所示，本实施例中提供一种集装箱数据中心空调***，用于调节集装箱数据中心的温度。集装箱数据中心包括箱体1，在箱体1内安装有机柜2，机柜2包括配电柜、服务器、交换机等。

空调***包括安装在箱体1顶部的一体式空调机组3，该一体式空调机组3整体安装在箱体1顶板的上方，以顶置式的方式安装。空调机组3开设有送风口和回风口(图中未标示)，在箱体1的顶板上设置进风口4和出风口5，进风口4和出风口5与空调机组3的送风口和回风口对应连接。进风口4和出风口5与空调机组3的送风口和回风口之间分别通过密封法兰盘固定连接，保证连接处的密封效果，保证空调机组3在雨雪天气的适用性，排除了因空调接口向机房内漏水的风险。

将箱体1内机柜2的两侧配置成相对独立的冷通道6和热通道7，冷通道6和热通道7通过在机柜2的四周与箱体1的内表面之间安装的隔板8隔开，冷通道6的顶部与进风口4连通，热通道7的顶部与出风口5连通，在隔板8上还可以安装有隔热棉等材料，用以避免在隔板8处的热量传递，减少能量损失。经空调机组3处理后的冷空气，通过顶部的进风口4进入右侧的冷通道6内，因为四周被隔板8隔开，冷空气只能经过中间的机柜2才能进入另一侧的热通道7，最后从热通道7顶部的出风口5流回至空调机组内，在箱体1内形成上送上回的空气循环，机柜2与冷空气进行充分的热交换，有利于提升机柜2的换热效率，提高机柜设备的运行可靠性。

空调***中还具有新风引入装置，用于在室外温度较低时，直接向箱体1内引入新风，利用温度较低的新风为箱体1内机柜2降温。新风引入装置可以采用开设在箱体1上的新风口，在该新风口处安装新风风阀和新风风机。本实施例中，为了简化箱体1和空调机组3的结构，将新风引入装置集成在一体式空调机组3上，利用空调机组3的送风路径将新风送入箱体1内，引入的新风在送风机的作用下通过空调机组3的送风口和箱体1上的进风口4送入箱体1内。

在空调机组3的控制器内设置有室外温度监控模块，室外温度监控模块与室外温度传感器连接，实时检测室外环境温度。当检测到室外温度T满足设定条件时，室外温度监控模块控制新风引入装置打开，此时，空调机组3内的送风机开启，利用送风机将新风引入箱体1内，同时控制空调机组3内的压缩机和冷凝风机停机，回风通路断开，只利用引入的温度较低的新风为机柜2降温，这样有利于大幅降低空调***运行所需的能耗。设定条件为室外温度T小于或等于第一设定温度Ts1，和/或室外温度T与箱内温度Tn的差值△T大于或等于第二设定温度Ts2，满足其中一个条件即打开新风引入装置。

利用新风降温时由于回风通路断开，此过程中，箱体1内的压力会随之升高，压力过高时会影响机柜2设备的正常运行。本实施例中，为了解决该问题，在空调机组3上还集成安装了排风装置。排风装置可以采用开设在箱体1上的排风口，在该排风口处安装排风风阀和排风风机。本实施例中，为了简化箱体1和空调机组3的结构，将排风装置集成在一体式空调机组3上，箱体1内的空气通过箱体1顶部的出风口5进入空调机组3内，再经过排风装置排出。

在控制器中设置有用于监控箱体1内压力的正压监控模块，正压监控模块与安装在箱体1内的压力传感器连接。当箱体1内压力P达到设定压力Ps时，正压监控模块控制正压排风装置打开向外排风，用以降低箱体1内的空气压力，在箱体1内的压力恢复至正常范围内后，停止排风，在保证箱体1内始终保持在工作压力范围内的同时，保证新风降温的效果。

具体地，第一设定温度Ts1可以根据不同地季节数据中心的降温需求而设定，如可以设定第一设定温度Ts1为10℃，设定第二设定温度Ts2也为10℃，即当室外温度T≤10℃，或当室外温度T与箱内温度Tn的差值△T大于或等于10℃，满足其中一个条件时，空调机组3内的控制器控制空调机组3的压缩机停机、冷凝风机停机，回风通路断开，送风机启动，将低温的新风经过空调机组3的送风口和箱体1上的进风口4送入箱体1内，为机柜2降温。

随着新风的引入，箱体1内的压力升高，当集装箱箱体1内的压力P≥设定压力Ps时，如设定压力Ps选定为20Pa，当P≥20Pa时，控制排风装置启动，箱体1内的空气通过箱体1顶部的出风口5进入空调机组3内，再经过排风装置排出。在箱体1内的压力恢复至正常范围内后，停止排风。

如图2所示，本实施例中还同时提供一种一体式空调机组3，整体安装于集装箱箱体1的顶板上方。空调机组3包括壳体9，壳体9由底板、四周的侧板及顶板(图中未示出)组成，底板与侧板焊接拼接，顶板与侧板之间密封连接，在侧板的顶部向外具有翻边，在翻边上具有密封凹槽，在密封凹槽内安装有密封胶条，顶板与侧板的翻边之间通过螺钉固定连接，顶板扣合后密封胶条被压紧实现密封连接，确保空调机组3在雨雪天气的适用性，排除了因空调接口向机房内漏水的风险。

在壳体9上安装有四个安装脚10，安装脚10通过螺栓固定在集装箱箱体1的顶部横梁上。安装脚10内置橡胶减震器，用以提高空调机组3的抗震能力。

在壳体9内通过中隔板11隔成室内侧12和室外侧13，室内侧12和室外侧13沿箱体1的长度方向排布。在室外侧13内安装压缩机14、冷凝器15和多台冷凝风机16，在壳体的侧板上开设冷凝进风口(图中未标示)，靠近冷凝进风口的位置安装冷凝器15，冷凝器15沿箱体1的宽度方向延伸设置，冷凝出风口设置在壳体9的顶板上，冷凝风机16优选采用三台，三台冷凝风机16安装在冷凝器15与中隔板11之间，三台冷凝风机16同样沿箱体1的宽度方向延伸设置，压缩机14安装在两个冷凝风机16之间下方的空间内。本实施例中，压缩机14和冷凝风机16均采用变频电机，大大提高空调节能效果，但不限于变频型式电机。

在室内侧12内沿箱体1的宽度方向依次设置送风腔18、新风腔19和回风腔20，送风腔18、新风腔19和回风腔20呈“一”字型布置。在送风腔18的底板上开设送风口，该送风口与箱体1顶部的进风口4通过密封法兰固定连接。在新风腔19的侧板上开设新风口21，在新风口21上安装新风风阀22和雨水分离器，新风风阀22控制新风口21的开闭，雨水分离器可以有效避免室外的雨水进入新风腔19内，新风口21、新风风阀以及送风机23组成新风引入装置。

在回风腔20的底板上开设回风口，该回风口与箱体1顶部的出风口5通过密封法兰固定连接。同时在回风腔20的侧板上开设排风口24，在排风口24处安装排风风阀25和和雨水分离器，排风风阀25控制排风口24的开闭，雨水分离器可以有效避免室外的雨水进入回风腔20内，新风口21与排风口24分别设置在两个相邻的侧板上。在排风口24处还安装有排风风机26，排风风机26安装在排风风阀25和和雨水分离器的内侧。排风口24、排风风阀25及排风风机26组成排风装置。

在回风口与新风腔19之间设置有用于控制回风通路通断的回风控制装置，本实施例中，回风控制装置包括在新风腔19与回风腔20之间安装的回风腔隔板27，在回风腔隔板27上开有将回风腔20与新风腔19连通的开口，开口与排风口24相对设置，在开口处安装有用于控制开口通断的回风风阀28。本实施例中，将排风口24和回风口均设置在回风腔20内，并将回风风阀28内置在回风腔20的内部，打开回风风阀28，关闭排风风阀25即可将回风口与新风腔19、送风腔18连通，形成箱体1内的空气循环，而打开排风风阀25，关闭回风风阀28即可将回风口与排风口24连通，形成正压排风的空气流路，既可实现回风和排风的功能，同时又简化了空调机组3的结构。

在送风腔18内安装蒸发器29、送风机23及节流元件17，本实施例中优选，蒸发器29采用V形结构，蒸发器29的折弯侧朝向新风或回风的进风侧。蒸发器29采用V形结构，大大增加了蒸发器29的换热面积，提高了空调制冷量，可实现高热密度IT机柜2的使用，提高空调负荷设计冗余量，提高机柜2内部设备运转环境的高可靠性。送风机23安装在V形蒸发器29包围的空间内部，且在送风机23与蒸发器29之间(即送风机23的进风侧)安装有电加热器30，用于冬季时为箱体1内加温。

在新风腔19内安装电控盒31，电控盒31正对新风口21，同时也正对回风腔隔板27上的回风风阀28，在引入新风时利用新风为电控盒31降温，同新风关闭利用空调机组3降温时，利用箱体1内的回风为电控盒31降温。在壳体12的侧板上安装有电连接器34，电连接器34采用高密封性能电连接器，直接给空调的电控盒31供电，不但易于操作，而且不会造成空调漏水、漏电风险。

在送风腔18与新风腔19之间安装有过滤装置32，保证全部的新风或回风均能通过过滤装置32过滤后才通过进风口4送入箱体1内。过滤装置32采用G4等级空气过滤网，保证集装箱内部空气清洁，防止设备因灰尘造成短路。

本实施例中，在送风腔18内还集成安装有加湿装置33，加湿装置33安装在送风腔18内，可以采用现有技术中的任意一种加湿器，在箱体1内安装的湿度传感器，当箱体1内的湿度低于设定值时，启动加湿器，湿气在送风机23的作用下送入箱体1内，使箱体1内的环境保持在规定的湿度范围内，确保机柜2内的设备正常运行。

下面详细描述空调***的工作过程：

空调机组3控制器内的室外温度监控模块实时监控室外温度，当室外温度T大于第一设定温度Ts1(10℃)时，或当室外温度T与箱内温度Tn的差值△T小于第二设定温度Ts2(10℃)时，控制空调机组3按正常模式工作。

正常模式下，根据箱内温度与设定温度的差值控制空调机组3的正常制冷运行，此过程中，控制器控制压缩机14、冷凝风机16、送风机23启动工作，同时控制新风风阀22、排风风阀25关闭，排风风机26停机，回风风阀28打开。箱体1内的回风在送风机23的作用下，经过箱体1顶部的出风口5和空调机组3的回风口进入回风腔20，再通过回风风阀28进入新风腔19，再经过过滤装置32进入送风腔18内，在送风机23的作用下再依次经过空调机组3的送风口和箱体1顶部的进风口4送入箱体1的冷通道6内，冷空气经过机柜2，为机柜2降温，进入另一侧的热通道7，最后从顶部的出风口5流加空调机组3的内部，形成空气循环。

当室外温度T≤10℃，或室外温度T与箱内温度Tn的差值△T大于或等于10℃时，空调机组3内的控制器控制空调机组3的压缩机14停机、冷凝风机16停机，送风机23依然正常工作，同时控制新风风阀22打开，排风风阀25和回风风阀28关闭，排风风机26停机。在送风机23的作用下，室外环境中的低温空气通过新风口21进入新风腔19内，再经过过滤装置32进入送风腔18内，在送风机23的作用下再依次经过空调机组3的送风口和箱体1顶部的进风口4送入箱体1的冷通道6内，新风经过机柜2，为机柜2降温。

随着新风的引入，箱体1内的压力升高，当集装箱箱体1内的压力P≥20Pa时，启动排风风机26和打开排风风阀25，箱体1内的空气通过箱体1顶部的出风口5进入空调机组3的回风腔20内，再经一侧的排风口24和排风风阀25排出。当箱体1内的压力恢复至正常范围内后，控制排风风机26停机，关闭排风风阀25。

本发明具有如下优点：

(1)本发明采用顶置式的空调机组安装在箱体的上方，无需占用集装箱内部的空间，使箱体1内可以布置更多的机柜，为机房扩容提供空间，同时也易于安装和日常维护，可实现空调机组提前预装，减少与IT设备安装冲突的风险，而且在维护时对箱体内的设备不会产生影响。

(2)本发明在空调机组上集成新风引入装置，实现新风降温功能，而且可以实现新风降温和间接蒸发降温两种功能的自由切换，当室外温度较低时，利用新风直接给机柜降温，控制压缩机和冷凝风机停机，当室外温度高时利用空调机组降温，可大幅降低空调***的能耗，提升节能效果。

(3)本发明在机柜的两侧设置成相对独立的冷通道和热通道，使冷热通道分离，冷空气只能经过中间的机柜才能进入另一侧的热通道，形成上送上回的空气循环，有利于提升机柜的换热效率，提高机柜设备的运行可靠性。

(4)本发明提供的顶置式空调机组，结构简单，布局合理，集成有多种功能，送风腔、新风腔、回风腔采用一字型沿箱体横向布置，并集成安装有新风口和排风口，有利于提升制冷效率和节能效果，满足数据中心控温需求。

(5)本发明提供的空调机组，即可实现目前数据机房行业冷却所需的加湿、加热、送风等所有功能，同时设备室内外机融为一体，方便预装配，节省人工成本。

实施例二：

与实施例一不同之处在于，本实施例中，将用于向外排风的排风口24设置在室外侧的壳体9上，对应排风口24在室外侧的壳体的底板上单独开设风口，对应在箱体1的顶部也开有风口，用于将箱体1与排风口24连通。此结构中，回风腔20的壳体不再设置排风口，控制回风通路通断的回风风阀可以直接安装在回风口处。

实施例三：

与实施例一不同之处在于，本实施例中，一体式空调机组3可以采用嵌入式的安装方式，即空调机组3有部分嵌入在箱体1的顶部内部，即机柜2的上方，空调机组3的顶盖安装在箱体1的外部，这种安装方式有利用降低空调机组3的安装高度。

此结构中，新风口21和排风口24安装在空调机组3的顶盖上，在空调机组3的底板上设置有雨水收集腔，雨水收集腔连接有排水管，排水管接至箱体外部。从新风口21和排风口24进入的雨水被收集在雨水收集腔内，通过排水管接入箱体外。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：包括安装在箱体顶部的一体式空调机组，在所述空调机组上集成有新风引入装置，引入的新风被送入箱体内，在空调机组的控制器内设置有室外温度监控模块，当室外温度满足设定条件时，控制空调机组的压缩机和冷凝风机停机，同时控制新风引入装置打开，利用引入的新风为机柜降温。

2.根据权利要求1所述的一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：所述设定条件为室外温度小于或等于第一设定温度和/或室外温度与箱内温度的差值大于或等于第二设定温度。

3.根据权利要求1所述的一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：所述新风引入装置为开设在空调机组壳体上的新风口，在新风口处安装有新风风阀，引入的新风利用空调机组的送风路径送至箱体内。

4.根据权利要求3所述的一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：在空调机组上集成安装有用于向外排风的排风装置，所述排风装置为开设在空调机组壳体上的排风口，在所述排风口处安装排风风阀和排风风机，所述排风口通过空调机组的回风口与箱体连通，或通过在壳体上单独设置的风口与箱体连通。

5.根据权利要求4所述的一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：在空调机组的控制器中设置有用于监控箱体内压力的压力监控模块，当箱体内压力达到设定压力时，控制排风装置打开向外排风。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种集装箱数据中心空调***，其特征在于：将箱体内机柜的两侧配置成相对独立的冷通道和热通道，冷通道与空调机组的送风口连通，热通道与空调机组的回风口连通。

7.一种一体式空调机组，包括壳体，在壳体内通过中隔板隔成室内侧和室外侧，其特征在于：所述室内侧和室外侧沿箱体长度方向排布，在所述室内侧内沿箱体的宽度方向依次设置送风腔、新风腔和回风腔，在送风腔的壳体上开设送风口，在送风腔内安装蒸发器和送风机，在新风腔的壳体上开设新风口，在新风口处安装有新风风阀，在回风腔的壳体上开设回风口，在所述回风口与新风腔之间设置有用于控制回风通路通断的回风控制装置，在所述壳体上设置有排风口，在排风口处安装有排风风阀和排风风机。

8.根据权利要求7所述的一种一体式空调机组，其特征在于：所述回风控制装置包括安装在新风腔与回风腔之间的回风腔隔板，在回风腔隔板上开有将回风腔与新风腔连通的开口，在开口处安装有用于控制开口通断的回风风阀；或，所述回风控制装置为安装在回风口处的回风风阀。

9.根据权利要求7所述的一种一体式空调机组，其特征在于：所述排风口开设在回风腔的壳体上，利用回风口将箱体与排风口连通；或，所述排风口设置在室外侧的壳体上，对应所述排风口在室外侧的壳体上单独开设风口用于将箱体与排风口连通。

10.根据权利要求7所述的一种一体式空调机组，其特征在于：所述蒸发器为V形结构，蒸发器的折弯侧朝向进风侧，送风机安装在V形蒸发器包围的空间内部。

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