CN206572676U - 自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷*** - Google Patents

Abstract

一种自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***，离心式冷水机组冷凝器侧设有开式冷却塔，蒸发器侧设有与其并列的自然冷却机组，该自然冷却机组的出水口与离心式冷水机组蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧的出水口与供水环管进水侧相连，该供水环管的出水侧又与末端空调装置进水口相连。所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合，根据需要设置1‑N组，它们均并列在供水及回水环管上。该***在不同的室外温度下，采用不同的运行模式为末端空调装置提供满足设计参数要求的冷冻水。该***可在避免冷却塔冬季结冰的同时，实现业主投资少、运行费用低、对设备及管路无腐蚀、节水、节电等有益效果。

Description

自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***

技术领域

本实用新型涉及一种制冷***，尤其是应用于数据中心的制冷***。

背景技术

随着数据中心规模和集成度的发展，服务器等IT设备功率密度与日俱增，热密度急剧增长，为了确保数据中心设备的稳定运行，需要保持数据中心内部365天恒温恒湿，即数据中心需要常年冷却，通过空调***控制数据中心的温度、湿度、空气洁净度等环境参数满足设备的设计使用规范，由此产生的巨额能耗已然成为数据中心发展不可回避的问题。

为了降低数据中心能耗，一部分专家学者便提出了免费冷却(Free Cooling)的概念。目前，业内人士普遍看好换热效率高、***简单、投资少且节能效果好的水冷空调***。其中，离心式水冷空调***因其具有制冷量大且整个***的能效比高(一般能效比在4到6之间)等优点成为目前新一代大型数据中心的首选方案。而建设单位从投资费用角度考虑，多选用配开放式冷却塔的离心式水冷空调***。

《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中指出，超大型数据中心应该优先建设在气候寒冷、能源充足的地区。例如我国的北方地区，冬季夜间最低温度可达-20～-30℃，极端天气时甚至温度更低，且低温持续时间比较长，非常适合采用免费制冷技术。然而如此巨大的天然优势，却成为限制离心式水冷空调***使用的主要因素，只因离心式水冷空调***的开放式冷却塔在寒冷的冬季存在结 冰的高风险。如果在北方地区使用离心式水冷空调***，必须采取防冻措施，为此业主需向冷却塔循环水及管路内加入高浓度的防冻液，此举不仅增加业主的投资，对设备和管路也会产生腐蚀，最主要的是防冻效果并不理想，经常会因防冻液挥发严重，导致防冻液浓度不足，一旦补充不及时，不论是横流塔还是逆流塔，都必然会出现结冰现象，造成冷却塔无法正常运转，此时管路中的工作流体也会转变为冰，管路就会有膨胀裂损的危险，从而导致安全运行和操作风险。

除此之外，传统的离心式水冷空调***还存在以下缺点：(1)冷水机组和冷却塔全年365天不间断运行，耗电量大；(2)冷却塔呈开式，喷淋水与空气直接交换，喷淋水的飘逸、蒸发多，耗水量大；(3)开式***，冬季防冻液挥发严重，乙二醇消耗量大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种业主投资少、运行费用低、对设备及管路无腐蚀、节水、节电等高效节能的自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***。该***主要是将自然冷却机组与离心式冷水机组连接在整个空调水***中，在不同的室外温度下，采用不同的运行模式，由两种不同的冷源为末端空调装置提供满足设计参数要求的冷冻水。

本实用新型主要包括：开式冷却塔、离心式冷水机组、自然冷却机组、末端空调装置以及连接各装置设备的管路和阀门。其中，离心式冷水机组冷凝器侧设有开式冷却塔，该冷却塔出水口通过设有冷却水循环泵的管路与离心式冷水机组冷凝器侧进水口相连，该离心式冷水机组冷凝器侧的出水口通过管路与开式冷却塔进水口相连，构成完 整的循环回路。

所述离心式冷却机组蒸发器侧设有与其并列的风冷自然冷却机组或干冷器，两者简称为自然冷却机组。最好自然冷却机组内部设有板式换热器和水泵。该自然冷却机组的出水口通过管路与离心式冷水机组蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧的出水口通过管路与供水环管进水侧相连。该供水环管的出水侧又通过管路与末端空调装置进水口相连，该末端空调装置的出水口与回水环管进水侧通过管路相连，该回水环管出水侧又通过设有冷冻水循环泵的管路与上述自然冷却机组的进水口相连，构成完整的循环回路。另在供水环管上设置温度传感器，用于监测***供水温度。在上述自然冷却机组进、出口管之间设有旁通管，旁通管上设置有阀门B，另在自然冷却机组进口管上设置有阀门A，在离心式冷水机组蒸发器侧进、出口管之间也设有旁通管，旁通管上设置有阀门D，另在离心式冷水机组蒸发器侧出口管上设置阀门C，以上设置的阀门可以是电动阀门，也可以是手动阀。所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合，根据需要设置1-N组，它们均并列在供水及回水管上。最好供水及回水管采用供水及回水环管形式。

本实用新型的工作过程简述如下：自然冷却机组与离心式冷水机组的运行是根据室外温度进行切换的。

在冬季时，开式冷却塔和离心式冷水机组关闭，自然冷却机组单独运行。此时，自然冷却机组进水管上的电动阀门A开启，旁通阀门B关闭，离心式冷水机组蒸发器侧旁通阀门D开启，离心式冷水 机组蒸发器侧出口管上的阀门C关闭。该运行模式下，***的循环水不经过离心式冷水机组，仅由自然冷却机组利用室外天然冷空气对循环水进行降温，保证供向末端空调装置的循环水温度达到设计参数要求。

在夏季时，自然冷却机组关闭，开式冷却塔和离心式冷水机组运行。此时，自然冷却机组进水管上的电动阀门A关闭，旁通阀门B开启，离心式冷水机组蒸发器侧旁通电动阀门D关闭，离心式冷水机组蒸发器侧出口管上的电动阀门C开启，该运行模式下，***的循环水不经过自然冷却机组，由开式冷却塔和离心式冷水机组利用循环冷却水对***循环水进行降温，保证供向末端空调装置的循环水温度达到设计参数要求。

在春、秋的过渡季时，自然冷却机组、开式冷却塔和离心式冷水机组三者联合运行。此时，自然冷却机组进水管上的阀门A开启，旁通阀门B关闭，离心式冷水机组蒸发器侧旁通阀门D关闭，离心式冷水机组蒸发器侧出口管上的阀门C开启，***循环水先经过自然冷却机组，再经过离心式冷水机组蒸发器。在过渡季室外温度较低的工况下，开式冷却塔关闭，仍单独由自然冷却机组利用室外天然冷空气为***制取符合参数要求的冷冻水，***循环水在流经离心式冷水机组蒸发器时，冷水机组并不工作。当过渡季室外温度较高时，自然冷却机组制取的冷水温度无法满足设计参数，此时自然冷却机组作为离心式冷水机组的预冷器，将循环水的温度降低到一定程度，剩余的热量由开式冷却塔和离心式冷水机组共同承担，三者联合制取冷 水，保证供向末端空调装置的循环水温度达到设计参数要求。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点及有益效果：

1、在冬季和温度较低的过渡季，完全利用室外低温空气制取满足设计参数的冷冻水，无需开启冷却塔和离心式冷水机组，大幅度缩短了冷却塔和冷水机组的的运行时间，节电、节水效果显著。即使在温度较高的过渡季，自然冷却机组依然可以作为冷水机组的预冷器使用，提高冷水机组的制冷效率，降低电耗。以一台2550kw制冷量的离心机为例，电功耗为450kw，不采用自然冷却机组时年耗电量3942000kwh。采用自然冷却机组后，综合年耗电量为2890800kwh，年节电1051200kwh，电费按1元/度计，年节约电费105万。

2、冬季冷却塔停止运行，避免了冷却塔冬季结冰带来的诸多危害，也无需对冷却塔采取防冻措施，减少防冻液的用量，降低***运行维护费用。

3、冬季运行模式下，水***采用全封闭循环管路，可以有效避免防冻液挥发，减少乙二醇的消耗量。

4、本实用新型选用的自然冷却机组内部设有板式换热器和水泵，将循环冷冻水管路***分割成一次侧室外管路部分和二次侧室内管路部分两个独立的封闭环路，其中一次侧室外管路只存在于自然冷却机组内部，大大缩短了一次侧室外管路的长度，冬季运行时仅需要对自然机组内部管路部分采取防冻措施，从而大大减少了乙二醇等防冻液的投注量，为业主节约了大量成本。

5、与常规的带换热装置的离心式水冷空调***相比，本实用新 型将***所需的板式换热器和水泵等设备置于自然冷却机组内部，为水泵房节约了板式换热器和一次循环泵的布置位置，为业主节约了前期土建成本的同时，突破了场地限制，为***未来扩容提供了条件。

5、本实用新型控制原理清晰，在不同季节交替时，仅需控制相应阀门即可实现双冷源的自由切换，充分利用双冷源的优势互补，使离心式水冷空调***在北方地区应用推广成为可能。

附图说明

图1为本实用新型的流程示意简图。

图中：1、开式冷却塔，2、冷却水循环泵，3、离心式冷水机组，4、自然冷却机组，5、冷冻水循环泵，6、供水温度传感器，7、供水环管，8、回水环管，9、末端空调装置，10、阀A，11、阀B，12、阀C，13、阀D。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步地详细说明。

在图1所示的自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***流程示意简图中，离心式冷水机组3冷凝器侧设有开式冷却塔1，该冷却塔出水口通过设有冷却水循环泵2的管路与离心式冷水机组冷凝器侧进水口相连，该离心式冷水机组冷凝器侧的出水口通过管路与开式冷却塔进水口相连，构成完整的循环回路。所述离心式冷水机组蒸发器侧设有与其并列的风冷自然冷却机组4，该自然冷却机组为专利号是201620054116.8的《一种集装箱式的模块化自然冷却机 组》，该自然冷却机组内部设有板式换热器和水泵。该自然冷却机组的出水口通过管路与离心式冷水机组蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧的出水口通过管路与供水环管7进水侧相连。该供水环管的出水侧又通过管路与末端空调装置9进水口相连，该末端空调装置的出水口与回水环管8进水侧通过管路相连，该回水环管出水侧又通过设有冷冻水循环泵5的管路与上述自然冷却机组的进水口相连，构成完整的循环回路。另在供水环管上设置温度传感器6。在上述自然冷却机组进、出口管之间设有旁通管，旁通管上设置有阀门B11，另在自然冷却机组进口管上设置有阀门A10，在离心式冷水机组蒸发器侧进、出口管之间也设有旁通管，旁通管上设置有阀门D13，另在离心式冷水机组蒸发器侧出口管上设置阀门C12，以上设置的阀门均为电动阀门。所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合，根据需要设置2组，它们均并列在供水及回水环管上。

Claims (4)

1.一种自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***，离心式冷水机组冷凝器侧设有开式冷却塔，该冷却塔出水口通过设有冷却水循环泵的管路与离心式冷水机组冷凝器侧进水口相连，该离心式冷水机组冷凝器侧的出水口通过管路与开式冷却塔进水口相连，构成完整的循环回路，其特征在于：所述离心式冷却机组蒸发器侧设有与其并列的自然冷却机组，该自然冷却机组的出水口通过管路与离心式冷水机组蒸发器侧进水口相连，该离心式冷水机组蒸发器侧的出水口通过管路与供水环管进水侧相连，该供水环管的出水侧又通过管路与末端空调装置进水口相连，该末端空调装置的出水口与回水环管进水侧通过管路相连，该回水环管出水侧又通过设有冷冻水循环泵的管路与上述自然冷却机组的进水口相连，构成完整的循环回路，另在供水环管上设置温度传感器，在上述自然冷却机组进、出口管之间设有旁通管，旁通管上设置有阀门B，另在自然冷却机组进口管上设置有阀门A，在离心式冷水机组蒸发器侧进、出口管之间也设有旁通管，旁通管上设置有阀门D，另在离心式冷水机组蒸发器侧出口管上设置阀门C，所述离心式冷水机组和自然冷却机组与开式冷却塔的组合，根据需要设置1-N组，它们均并列在供水及回水环管上。

2.根据权利要求1所述的自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***，其特征在于：自然冷却机组内部设有板式换热器和水泵。

3.根据权利要求1所述的自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***，其特征在于：设备与管路之间设置的阀门采用电动阀门或手动阀。

4.根据权利要求1所述的自然冷却机组与离心冷水机组相结合的双冷源制冷***，其特征在于：供水及回水管路采用供水及回水环管形式。