[發(fā)明專利]自然冷卻機(jī)組與離心冷水機(jī)組相結(jié)合的雙冷源制冷系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710135082.4
• 申請(qǐng)日: 2017-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN107062472A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春德;陳健;張建敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連國(guó)霖技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): F24F5/00
• 分類號(hào): F24F5/00;F25B27/00
• 代理公司: 大連一通專利代理事務(wù)所(普通合伙)21233
• 代理人: 郭麗華

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù) 隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模和集成度的發(fā)展，服務(wù)器等IT設(shè)備功率密度與日俱增，熱密度急劇增長(zhǎng)，為了確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要保持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部365天恒溫恒濕，即數(shù)據(jù)中心需要常年冷卻，通過空調(diào)系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)中心的溫度、濕度、空氣潔凈度等環(huán)境參數(shù)滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)使用規(guī)范，由此產(chǎn)生的巨額能耗已然成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展不可回避的問題。

為了降低數(shù)據(jù)中心能耗，一部分專家學(xué)者便提出了免費(fèi)冷卻(Free Cooling)的概念。目前，業(yè)內(nèi)人士普遍看好換熱效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資少且節(jié)能效果好的水冷空調(diào)系統(tǒng)。其中，離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)因其具有制冷量大且整個(gè)系統(tǒng)的能效比高(一般能效比在4到6之間)等優(yōu)點(diǎn)成為目前新一代大型數(shù)據(jù)中心的首選方案。而建設(shè)單位從投資費(fèi)用角度考慮，多選用配開放式冷卻塔的離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)。

《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中指出，超大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)在氣候寒冷、能源充足的地區(qū)。例如我國(guó)的北方地區(qū)，冬季夜間最低溫度可達(dá)-20～-30℃，極端天氣時(shí)甚至溫度更低，且低溫持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，非常適合采用免費(fèi)制冷技術(shù)。然而如此巨大的天然優(yōu)勢(shì)，卻成為限制離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)使用的主要因素，只因離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)的開放式冷卻塔在寒冷的冬季存在結(jié)冰的高風(fēng)險(xiǎn)。如果在北方地區(qū)使用離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)，必須采取防凍措施，為此業(yè)主需向冷卻塔循環(huán)水及管路內(nèi)加入高濃度的防凍液，此舉不僅增加業(yè)主的投資，對(duì)設(shè)備和管路也會(huì)產(chǎn)生腐蝕，最主要的是防凍效果并不理想，經(jīng)常會(huì)因防凍液揮發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致防凍液濃度不足，一旦補(bǔ)充不及時(shí)，不論是橫流塔還是逆流塔，都必然會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，造成冷卻塔無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)管路中的工作流體也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，管路就?huì)有膨脹裂損的危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致安全運(yùn)行和操作風(fēng)險(xiǎn)。

除此之外，傳統(tǒng)的離心式水冷空調(diào)系統(tǒng)還存在以下缺點(diǎn)：(1)冷水機(jī)組和冷卻塔全年365天不間斷運(yùn)行，耗電量大；(2)冷卻塔呈開式，噴淋水與空氣直接交換，噴淋水的飄逸、蒸發(fā)多，耗水量大；(3)開式系統(tǒng)，冬季防凍液揮發(fā)嚴(yán)重，乙二醇消耗量大。

發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的在于提供一種業(yè)主投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)設(shè)備及管路無腐蝕、節(jié)水、節(jié)電等高效節(jié)能的自然冷卻機(jī)組與離心冷水機(jī)組相結(jié)合的雙冷源制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將自然冷卻機(jī)組與離心式冷水機(jī)組連接在整個(gè)空調(diào)水系統(tǒng)中，在不同的室外溫度下，采用不同的運(yùn)行模式，由兩種不同的冷源為末端空調(diào)裝置提供滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求的冷凍水。

本發(fā)明主要包括：開式冷卻塔、離心式冷水機(jī)組、自然冷卻機(jī)組、末端空調(diào)裝置以及連接各裝置設(shè)備的管路和閥門。其中，離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)設(shè)有開式冷卻塔，該冷卻塔出水口通過設(shè)有冷卻水循環(huán)泵的管路與離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組冷凝器側(cè)的出水口通過管路與開式冷卻塔進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。

所述離心式冷卻機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)設(shè)有與其并列的風(fēng)冷自然冷卻機(jī)組或干冷器，兩者簡(jiǎn)稱為自然冷卻機(jī)組。最好自然冷卻機(jī)組內(nèi)部設(shè)有板式換熱器和水泵。該自然冷卻機(jī)組的出水口通過管路與離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)水口相連，該離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的出水口通過管路與供水環(huán)管進(jìn)水側(cè)相連。該供水環(huán)管的出水側(cè)又通過管路與末端空調(diào)裝置進(jìn)水口相連，該末端空調(diào)裝置的出水口與回水環(huán)管進(jìn)水側(cè)通過管路相連，該回水環(huán)管出水側(cè)又通過設(shè)有冷凍水循環(huán)泵的管路與上述自然冷卻機(jī)組的進(jìn)水口相連，構(gòu)成完整的循環(huán)回路。另在供水環(huán)管上設(shè)置溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供水溫度。在上述自然冷卻機(jī)組進(jìn)、出口管之間設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門B，另在自然冷卻機(jī)組進(jìn)口管上設(shè)置有閥門A，在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)進(jìn)、出口管之間也設(shè)有旁通管，旁通管上設(shè)置有閥門D，另在離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上設(shè)置閥門C，以上設(shè)置的閥門可以是電動(dòng)閥門，也可以是手動(dòng)閥。所述離心式冷水機(jī)組和自然冷卻機(jī)組與開式冷卻塔的組合，根據(jù)需要設(shè)置1-N組，它們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環(huán)管形式。

本發(fā)明的工作過程簡(jiǎn)述如下：自然冷卻機(jī)組與離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行是根據(jù)室外溫度進(jìn)行切換的。

在冬季時(shí)，開式冷卻塔和離心式冷水機(jī)組關(guān)閉，自然冷卻機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行。此時(shí)，自然冷卻機(jī)組進(jìn)水管上的電動(dòng)閥門A開啟，旁通閥門B關(guān)閉，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)旁通閥門D開啟，離心式冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)出口管上的閥門C關(guān)閉。該運(yùn)行模式下，系統(tǒng)的循環(huán)水不經(jīng)過離心式冷水機(jī)組，僅由自然冷卻機(jī)組利用室外天然冷空氣對(duì)循環(huán)水進(jìn)行降溫，保證供向末端空調(diào)裝置的循環(huán)水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求。