專利名稱：數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法
背景技術(shù)：
過去幾十年來，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通常都是由非中央空調(diào)機組的方式來冷卻，而是采用位于室內(nèi)，或靠近數(shù)據(jù)中心的，稱為計算機房間空氣調(diào)節(jié)機組(CRAC)來冷卻。此外，按照摩爾定律，關(guān)聯(lián)的計算機芯片密度增加，數(shù)據(jù)中心冷卻荷載密度(W/m2)已經(jīng)大大地增加。這已經(jīng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心有著非常高的能源需求，同樣面積，大約比通常的辦公室空調(diào)應(yīng)用至少要大10倍。認(rèn)識到需要增加數(shù)據(jù)中心能源效率，改善空氣管理。最佳空氣管理需要物理分離冷氣流和熱氣流，通過改變服務(wù)器要求的風(fēng)量來動態(tài)配合制冷系統(tǒng)(CRAC機組，或AHUs)的送風(fēng)量。對于大型辦公室空調(diào)應(yīng)用，在變風(fēng)量(VAV)空氣處理機組(AHU)系統(tǒng)中采用新風(fēng)制冷是標(biāo)準(zhǔn)的，但是數(shù)據(jù)中心卻沒有采用。數(shù)據(jù)中心高密度需求已經(jīng)認(rèn)同傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計缺乏效率空氣旁路和再循環(huán)。旁路是制冷機組送出的，又直接返回到制冷機組，沒有冷卻服務(wù)器的氣流。再循環(huán)氣流是從服務(wù)器排出的，直接送進同樣的，或其他服務(wù)器的空氣入口，而沒有冷卻的暖空氣。如果解決了再循環(huán)的空氣管理問題，就可以送出比較高溫的，即22°C到25°C空氣，而不是大約12°C到15°C，即大約低于10K(即絕對溫標(biāo))。當(dāng)把制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度設(shè)定高時，將會潛在的節(jié)省制冷系統(tǒng)能源，經(jīng)驗告訴我們，數(shù)據(jù)中心送風(fēng)溫度每增加IV，就會節(jié)能4 %。如果解決了旁路的空氣管理問題，就能供給比較少的空氣，因此而節(jié)省風(fēng)扇能源?，F(xiàn)代服務(wù)器(即刀片形)已經(jīng)可以通過各種各樣的內(nèi)部傳感器來控制變風(fēng)量。設(shè)計A T (氣流)，這兒T代表溫度，典型的服務(wù)器是15K，但是最小荷載和流量小于AT，大約為7K。結(jié)果，在服務(wù)器里的荷載密度，符合摩爾定律，制造商正在增加芯片上的荷載，采用同樣的空氣流量，預(yù)測將來會設(shè)計出25K的A T，甚至更大。在全荷載時，數(shù)據(jù)中心可以潛在的需要空氣在25°C，并且排風(fēng)大約在40°C到50°C (即25°C +15K或25K)。在世界上很多地方，空氣溫度很少超過30°C，假如采用新風(fēng)制冷，就有非常重大的能源節(jié)省。必須是室外條件達(dá)到設(shè)計送風(fēng)條件，才能送冷風(fēng)，否則就必須要機械制冷(附加制冷)，不然來自服務(wù)器的回風(fēng)/換氣溫度就太高了。如上所述，必須要克服一個，或一個以上缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法，該發(fā)明采用空氣處理機組來冷卻數(shù)據(jù)中心，把數(shù)據(jù)大廳里的信息技術(shù)柜分隔成冷通道和熱通道，再加上數(shù)據(jù)中心變風(fēng)量系統(tǒng)，解決了再循環(huán)風(fēng)、旁路和荷載平衡等空氣處理問題。通過把信息技術(shù)柜上端圍合起來來實現(xiàn)冷熱空氣分離。送風(fēng)裝置提供變風(fēng)量到數(shù)據(jù)大廳(冷側(cè))，以滿足服務(wù)器需求。空氣處理機包括變風(fēng)量風(fēng)冷系統(tǒng)，由新風(fēng)制冷提供冷空氣，在暖季節(jié)由機械制冷提供補充。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)大廳、天花靜壓腔、架空的地板靜壓腔和設(shè)備間，所述數(shù)據(jù)大廳內(nèi)設(shè)有多個帶有服務(wù)器的信息技術(shù)柜，信息技術(shù)柜上端到天花靜壓腔之間由密封板圍成圍合，所述圍合內(nèi)部為冷通道，所述冷通道與地板靜壓腔之間為可移動的樓層格柵，兩個圍合之間為熱通道，所述熱通道的各端均設(shè)有一個入口門，熱通道上端連接天花靜 壓腔，所述天花靜壓腔兩側(cè)與室外連接處設(shè)有排風(fēng)裝置；所述設(shè)備間內(nèi)設(shè)有空氣處理機組、控制器和送風(fēng)裝置，所述送風(fēng)裝置包括風(fēng)扇以及位于地板靜壓腔與外部之間的差壓傳感器，所述空氣處理機組包括采用空氣管道依次連接的兩個制冷盤管、加濕器、袋式過濾器和板式過濾器，所述制冷盤管另一端連接風(fēng)扇的進風(fēng)口，所述風(fēng)扇的出風(fēng)口連接地板靜壓腔，所述制冷盤管與風(fēng)扇之間的連接管為三通管，三通管另一端設(shè)有氣閥并與天花靜壓腔連接，所述板式過濾器另一端連接三通管，三通管的另外兩端各設(shè)一個氣閥，其中一個氣閥連接室外，另一個氣閥連接天花靜壓腔。所述排風(fēng)裝置為氣閥或抽風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。本發(fā)明進一步包括在熱通道上端與天花靜壓腔連接處設(shè)置的回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇以及在熱通道和冷通道之間的差壓傳感器，所述差壓傳感器連接回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。所述風(fēng)扇均為帶有自動止回風(fēng)閥的軸流扇。本發(fā)明進一步包括聲音衰減器，所述聲音衰減器布置在送風(fēng)裝置和數(shù)據(jù)大廳之間，或者布置在抽風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇和室外環(huán)境之間。本發(fā)明利用了圍合把數(shù)據(jù)大廳分成了冷通道和熱通道，利用設(shè)備間內(nèi)的空氣處理機組處理空氣，然后利用送風(fēng)裝置把空氣輸送到地板靜壓腔，空氣經(jīng)過可移動的樓層格柵進入到冷通道，然后信息技術(shù)柜內(nèi)的服務(wù)器將冷通道內(nèi)的空氣加熱，并通過其變風(fēng)量風(fēng)扇把加熱后的空氣輸送到熱通道，然后利用回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇使熱空氣向上循環(huán)到天花靜壓腔，最后由控制器(控制器基于內(nèi)部圍合和外部條件)單獨控制各個風(fēng)扇和空氣處理機組的各個模塊，把天花靜壓腔內(nèi)的熱空氣直接排放到室外，或者直接返回送風(fēng)裝置，或者返回空氣處理機組，或者與外界空氣一起進入空氣處理機組。有益效果本發(fā)明是采用空氣處理機組來冷卻數(shù)據(jù)中心，把數(shù)據(jù)大廳里的信息技術(shù)柜分隔成冷通道和熱通道，再加上數(shù)據(jù)中心變風(fēng)量系統(tǒng)，解決了再循環(huán)風(fēng)、旁路和荷載平衡等空氣處理問題。通過把信息技術(shù)柜上端圍合起來來實現(xiàn)冷熱空氣分離。送風(fēng)裝置提供變風(fēng)量到數(shù)據(jù)大廳(冷側(cè))，以滿足服務(wù)器需求?？諝馓幚頇C包括變風(fēng)量風(fēng)冷系統(tǒng)，由新風(fēng)制冷提供冷空氣，在暖季節(jié)由機械制冷提供補充。


圖I顯示了空氣如何在空氣處理機組和數(shù)據(jù)大廳之間循環(huán)的立面圖；圖2顯示了圖I實施方案備選方案的立面圖(增設(shè)了回風(fēng)扇);
圖3顯示了圖I實施方案備選方案的立面圖(增設(shè)了抽風(fēng)扇);圖4顯示的是依據(jù)室外環(huán)境圍合條件采用的不同控制選項；圖5顯示的控制選項更加適合暖氣候(長江以南)室外條件；圖6顯示了本發(fā)明的另外一個實施方案的立面圖(把設(shè)備間建造成送風(fēng)靜壓腔，并冷卻熱通道)；圖7顯示本發(fā)明另外一個實施方案的立面圖(采用屋頂制冷機組)；圖8顯示本發(fā)明的另外一個實施方案的立面圖(采用計算機房空調(diào)機組)。 圖中10數(shù)據(jù)大廳、12冷通道、14熱通道、15圍合、18地板靜壓腔、20信息技術(shù)柜、21服務(wù)器、22天花靜壓腔、24樓層格柵、25熱通道入口門、26設(shè)備間、30風(fēng)扇、31制冷盤管、32加濕器、33袋式過濾器、34板式過濾器、35氣閥、36空氣進口或出口、37氣流方向、50屋頂制冷機組、51計算機房空調(diào)機組、99人。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)大廳10、天花靜壓腔22、架空的地板靜壓腔18和設(shè)備間26 ;所述數(shù)據(jù)大廳10內(nèi)設(shè)有四個信息技術(shù)柜20，所述信息技術(shù)柜20內(nèi)設(shè)有四個服務(wù)器21，信息技術(shù)柜20上端到天花靜壓腔22之間由密封板圍合成三個圍合15，所述圍合15內(nèi)部為冷通道12，所述冷通道12與地板靜壓腔18之間為可移動的樓層格柵24，兩個圍合15之間為熱通道14，所述熱通道14的各端均設(shè)有一個入口門，熱通道14上端連接天花靜壓腔22，所述天花靜壓腔22兩側(cè)與室外連接處各設(shè)有一個氣閥35 ;所述設(shè)備間26內(nèi)設(shè)有空氣處理機組和控制器(圖中未示出)，所述空氣處理機組包括采用空氣管道依次連接的兩個制冷盤管31、加濕器32、袋式過濾器33和板式過濾器34，所述制冷盤管31另一端連接風(fēng)扇30的進風(fēng)口，所述風(fēng)扇30的出風(fēng)口連接地板靜壓腔18，所述制冷盤管31與風(fēng)扇30之間的連接管為三通管，三通管另一端設(shè)有氣閥35并與天花靜壓腔22連接，所述板式過濾器34另一端連接三通管，三通管的另外兩端各設(shè)一個氣閥35，其中一個氣閥35連接室外，另一個氣閥35連接天花靜壓腔22。如圖2所示，在圖I所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在熱通道14上端連接天花靜壓腔22處，均設(shè)有風(fēng)扇30，所述風(fēng)扇30為回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。如圖3所示，在圖I所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，所述天花靜壓腔22兩側(cè)與室外連接處還各設(shè)有一個風(fēng)扇30，所述風(fēng)扇30為抽風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。本發(fā)明利用了圍合15把數(shù)據(jù)大廳10分成了冷通道12和熱通道14，從而獲得了冷氣流和熱氣流的物理分隔，利用設(shè)備間26內(nèi)的空氣處理機組處理空氣，然后把空氣輸送到地板靜壓腔18，空氣再經(jīng)過可移動的樓層格柵24進入到冷通道12，信息技術(shù)柜20內(nèi)的服務(wù)器21將冷通道12內(nèi)的空氣加熱，并通過其變風(fēng)量風(fēng)扇把加熱后的空氣輸送到熱通道14，然后使熱空氣向上循環(huán)到天花靜壓腔22 ;控制器是基于內(nèi)部圍合和外部條件，單獨控制各個風(fēng)扇和空氣處理機組的各個模塊，把天花靜壓腔22內(nèi)的熱空氣直接排放到室外，或者直接返回送風(fēng)裝置，或者返回空氣處理機組，或者與外界空氣一起進入空氣處理機組。把來自冷通道12的空氣送往信息技術(shù)柜20里的服務(wù)器21 (通過在門上穿孔，或直接在信息技術(shù)柜20的前面開孔)。應(yīng)該這樣設(shè)計信息技術(shù)柜20和數(shù)據(jù)大廳10，讓空氣無法進入其他地方，只能進入服務(wù)器21的空氣入口。這就必須要在信息技術(shù)柜20開孔處用落料板，以及毛刷把信息技術(shù)柜20內(nèi)的無用空間密封住。在試運行階段，數(shù)據(jù)大廳10需要做煙霧試驗，以識別和解決冷通道和熱通道之間的所有空氣泄露源。為了維持高水品的可靠性，避免單點故障，在設(shè)計時，采用了下面的控制原理“本機控制”和“全局監(jiān)控”。發(fā)明避免了任何全局控制，所有控制都是控制每件(“機械設(shè)備”)，即空氣處理機組的每個模塊、單個風(fēng)扇等。同樣，設(shè)計減小了少數(shù)設(shè)備(即AHUs)故障時，對整個數(shù)據(jù)中心環(huán)境條件的影響。當(dāng)主要使用室外空氣作為冷源時，送風(fēng)需要注意過濾，因而空氣處理機組包括高標(biāo)準(zhǔn)的板式過濾網(wǎng)，或袋式過濾網(wǎng)。同時，任何能源節(jié)省計劃都應(yīng)該把濕度控制在一個寬廣的范圍之內(nèi)，盡管如此，實 際上，在較低室外空氣溫度條件下。空氣還是需要加濕的。所以空氣處理機組還包括加濕器32，即送風(fēng)或回風(fēng)將會加熱。絕熱噴霧冷卻器也將洗滌室外空氣。應(yīng)該基于空氣處理機組的每個模塊的送風(fēng)條件來控制濕度水平。應(yīng)該把AHUs設(shè)計成維持較大的橫截面，這樣，就在AHU出口獲得較低的風(fēng)速和較低速的壓力?？拷麬HU出口測量的靜壓，將提供給局部靜壓控制扇。設(shè)計師不應(yīng)該遵循制冷設(shè)備尺寸最小化，減少投資成本的原理，這將會加大運行成本，增加能源用量，并且減少氣流和靜壓的可控制性。制冷盤管31需要外部機械制冷系統(tǒng)來冷卻，例如額外的冷卻器，冷卻塔，絕熱空氣噴霧(直接或間接系統(tǒng))，或冷水機組。根據(jù)空氣條件，如果必要，也要用制冷盤管來除濕。作為選擇，由獨立制冷系統(tǒng)供冷到AHU上的第二冷卻盤管，作為第一盤管及其盤管的制冷系統(tǒng)的備用?？刂破鲬?yīng)該運行每個單獨的AHU，并不采用全局控制，因此避免了單點故障。控制應(yīng)該基于內(nèi)部圍合和外部條件。在溫濕圖上，從IY(低溫)到^(高溫)的干球溫度范圍，和從RH(低濕度)到RHh(高濕度)的相對濕度范圍定義的形狀可以代表內(nèi)部圍合。這個內(nèi)部圍合越大，就越節(jié)能。內(nèi)部圍合的恒定溫度，相對濕度和焓的推斷定義了 AHU可以運行的控制模式。與標(biāo)準(zhǔn)辦公室VAV系統(tǒng)有著十分不同，并且需要不同的系統(tǒng)建筑物。差異在于辦公室VAV在脫離盤管條件的送風(fēng)接近濕度飽和，而數(shù)據(jù)中心VAV系統(tǒng)需要送風(fēng)空氣接近50%相對濕度?？刂七x擇之一是在和回風(fēng)空氣混合之前，需要對室外空氣冷卻和除濕，需要更多的管道連接和氣閥。一般控制模式如下(見圖4)
權(quán)利要求
1.數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)大廳、天花靜壓腔、架空的地板靜壓腔和設(shè)備間，其特征在于，所述數(shù)據(jù)大廳內(nèi)設(shè)有多個帶有服務(wù)器的信息技術(shù)柜，信息技術(shù)柜上端到天花靜壓腔之間由密封板圍成圍合，所述圍合內(nèi)部為冷通道，所述冷通道與地板靜壓腔之間為可移動的樓層格柵，兩個圍合之間為熱通道，所述熱通道的各端均設(shè)有一個入口門，熱通道上端連接天花靜壓腔，所述天花靜壓腔兩側(cè)與室外連接處設(shè)有排風(fēng)裝置；所述設(shè)備間內(nèi)設(shè)有空氣處理機組、控制器和送風(fēng)裝置，所述送風(fēng)裝置包括風(fēng)扇以及位于地板靜壓腔與外部之間的差壓傳感器，所述空氣處理機組包括采用空氣管道依次連接的兩個制冷盤管、加濕器、袋式過濾器和板式過濾器，所述制冷盤管另一端連接風(fēng)扇的進風(fēng)口，所述風(fēng)扇的出風(fēng)口連接地板靜壓腔，所述制冷盤管與風(fēng)扇之間的連接管為三通管，三通管另一端設(shè)有氣閥并與天花靜壓腔連接，所述板式過濾器另一端連接三通管，三通管的另外兩端各設(shè)一個氣閥，其中一個氣閥連接室外，另一個氣閥連接天花靜壓腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述排風(fēng)裝置為氣閥或抽風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括在熱通道上端與天花靜壓腔連接處設(shè)置的回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇以及在熱通道和冷通道之間的差壓傳感器，所述差壓傳感器連接回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)扇均為帶有自動止回風(fēng)閥的軸流扇。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)，其特征在于，本發(fā)明進一步包括聲音衰減器，所述聲音衰減器布置在送風(fēng)裝置和數(shù)據(jù)大廳之間，或者布置在抽風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇和室外環(huán)境之間。
6.數(shù)據(jù)中心冷卻方法，其特征在于，利用了圍合把數(shù)據(jù)大廳分成了冷通道和熱通道，利用設(shè)備間內(nèi)的空氣處理機組處理空氣，然后利用送風(fēng)裝置把空氣輸送到地板靜壓腔，空氣經(jīng)過可移動的樓層格柵進入到冷通道，然后信息技術(shù)柜內(nèi)的服務(wù)器將冷通道內(nèi)的空氣加熱，并通過其變風(fēng)量風(fēng)扇把加熱后的空氣輸送到熱通道，然后利用回風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)扇使熱空氣向上循環(huán)到天花靜壓腔，最后由控制器單獨控制各個風(fēng)扇和空氣處理機組的各個模塊，把天花靜壓腔內(nèi)的熱空氣直接排放到室外，或者直接返回送風(fēng)裝置，或者返回空氣處理機組，或者與外界空氣一起進入空氣處理機組。
全文摘要
數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法，該數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)大廳、天花靜壓腔、架空的地板靜壓腔和設(shè)備間，所述數(shù)據(jù)大廳內(nèi)設(shè)有多個帶有服務(wù)器的信息技術(shù)柜，信息技術(shù)柜上端到天花靜壓腔之間由密封板圍成圍合。采用空氣處理機組來冷卻數(shù)據(jù)中心，再加上數(shù)據(jù)中心變風(fēng)量系統(tǒng)，解決了再循環(huán)風(fēng)、旁路和荷載平衡等空氣處理問題。送風(fēng)裝置提供變風(fēng)量到數(shù)據(jù)大廳(冷側(cè))，以滿足服務(wù)器需求?？諝馓幚頇C包括變風(fēng)量風(fēng)冷系統(tǒng)，由新風(fēng)制冷提供冷空氣，在暖季節(jié)由機械制冷提供補充。
文檔編號H05K7/20GK102625643SQ20121009387
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者丁成章, 樂細(xì)明, 徐勇, 江城, 邱成 申請人:合肥通用制冷設(shè)備有限公司