一种数据中心双蓄双供系统及其运行方法

1.本发明涉及数据中心节能供冷技术领域，具体涉及一种数据中心双蓄双供系统及其运行方法。

背景技术：

2.我国现有数据中心普遍存在冷却能耗高、冷却效果差、整改困难的难题，常见的节能技术大多针对于大中型数据中心建设和改造工程，对于微小型数据中心的节能改造显得十分不友好。

技术实现要素：

3.针对亟待解决的微小型数据中心节能技术升级难题，本发明提供一种数据中心双蓄双供系统及其运行方法，其具有自然冷源和机械冷源联合蓄冷供冷，实现对自然冷源和机械冷源的高效协同利用过程，能大幅提升自然冷源利用率，显著提升制冷能效，实现数据中心低能耗、低成本运行。
4.为实现上述目的，本发明可以采用如下技术方案：
5.一种数据中心双蓄双供系统，其包括：
6.连接有一级换热器的水循环单元，其具有第一蓄冷源；
7.连接有二级换热器的制冷剂循环单元，其具有第二蓄冷源，且所述第一蓄冷源和所述第二蓄冷源相互耦合，以及，
8.送风装置，其中，来自数据中心的机房的回风依次经过所述一级换热器、所述二级换热器和所述送风装置，所述水循环单元的水在循环泵的驱动下进入所述一级换热器进行换热从而带走热量，所述制冷剂循环单元的制冷剂在循环泵的驱动下进入所述二级换热器进行换热从而带走热量。
9.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述制冷剂循环单元包括：
10.与所述二级换热器并联的蒸发器；以及，
11.分别与所述蒸发器、所述二级换热器构成串联回路的冷凝器。
12.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述串联回路上还设有用于压缩气态制冷剂的压缩机和用于控制制冷剂流量的节流阀。
13.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述制冷剂循环单元包括：配合使用以控制所述二级换热器、所述蒸发器的任一或组合投入工作的多个截止阀。
14.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述水循环单元包括蓄水装置，所述蓄水装置与所述一级换热器之间构成循环换热回路，所述蓄水装置与所述冷凝器构成循环换热回路，所述蓄水装置与所述蒸发器构成循环换热回路。
15.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述水循环单元包括冷却塔，所述冷却塔与所述一级换热器构成循环换热回路，所述冷却塔与所述冷凝器构成循环换热回路。
16.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述水循环单元还包括配合使用以控制所述一级换热器、所述冷凝器的任一或组合投入工作的多个截止阀。
17.如上所述的数据中心双蓄双供系统，进一步地，所述蓄水装置与所述冷却塔构成循环换热回路。
18.同时，本发明还提供了一种数据中心双蓄双供运行方法，其利用上述的数据中心双蓄双供系统，其包括：第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式，其中，
19.一级换热器、二级换热器、送风装置、制冷剂循环单元和部分水循环单元设置于精密空调内，自然冷源为带有冷却塔和蓄水装置的水循环单元，机械冷源为带有冷凝器和蒸发器的制冷剂循环单元；具体的：
20.所述第一运行模式包括：当室外湿球温度＜n-1时，水循环单元中第八截止阀、三号水泵、第四截止阀、第一截止阀开启，第三截止阀、第二截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；冷却塔通过一级换热器实现自然冷源供冷，此时，数据中心供冷冷量全部由自然冷源提供；
21.所述第二运行模式包括：当n+1＜室外湿球温度＜m-1时，低温时段，水循环单元中冷却塔和一号水泵开启；第七截止阀、三号水泵、第四截止阀和第二截止阀开启，第三截止阀和第一截止阀关闭；制冷剂循环单元中第五截止阀开启，第六截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低温时段自然冷源边蓄边供、并联合机械冷源梯级供冷；高温时段，水循环单元中第八截止阀、三号水泵、第四截止阀和第二截止阀开启，第三截止阀和第一截止阀关闭；制冷剂循环单元中第五截止阀开启，第六截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现高温时段自然冷源联合机械冷源梯级供冷。
22.所述第三运行模式包括：当室外湿球温度＞m+1时，低谷电价时段，制冷剂循环单元工作，第五截止阀、第六截止阀开启；制冷剂循环单元中蒸发器、二号水泵开启；水循环单元第八截止阀、三号水泵、第三截止阀、第二截止阀开启，第四截止阀、第一截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低谷电价时段机械冷源边蓄边供，自然冷源单独为冷凝器提供冷量；峰谷电价时段，水循环单元中第七截止阀、三号水泵、第四截止阀、第一截止阀开启，第三截止阀、第二截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现峰谷电价时段蓄水装置单独供冷。
23.如上所述的数据中心双蓄双供运行方法，进一步地，所述m值的范围为25～28℃，所述 n值的范围为19～22℃。
24.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
25.1、本发明将供冷系统中的制冷剂循环单元、水循环单元一体化集成到供冷末端的精密空调内部，在精密空调内部实现风-水一级换热、风-冷媒二级换热的梯级供冷过程，集成后的精密空调搭载蓄水装置、冷却塔等自然冷源高效利用设备，具有自然冷源蓄冷、机械冷源蓄冷、自然冷源供冷、机械冷源供冷、双蓄双供、自然冷源和机械冷源联合供冷等多种节能组合供冷模式，实现对自然冷源和机械冷源的高效协同利用过程，能大幅提升自然冷源利用率，显著提升制冷能效，实现数据中心低能耗、低成本运行。
26.2、本发明具有适用性强、改造工程小、组装简捷快速的优势，可以单独或者组合使
用，适合于一切大中小微型数据中心建设和改造，同时攻克了微小型数据中心节能技术升级的难题，弥补了微小型数据中心节能技术改造的空白，具有重要的经济价值和环保价值。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
28.图1是本发明实施例的一种数据中心双蓄双供系统的结构示意图；
29.附图标记说明：1、一级换热器；2、二级换热器；3、送风装置；4、节流阀；5、冷凝器； 6、压缩机；7、蒸发器；8、蓄水装置；9、冷却塔；10、一号水泵；11、二号水泵；12、三号水泵；13、第一截止阀；14、第二截止阀；15、第三截止阀；16、第四截止阀；17、第五截止阀；18、第六截止阀；19、第七截止阀；20、第八截止阀。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
31.实施例：
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
34.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，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。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.参见图1，图1展示了本发明实施例的一种数据中心双蓄双供系统的结构示意图，本发明将供冷系统中的制冷剂循环单元、水循环单元一体化集成到供冷末端精密空调内部，在精密空调内部实现风-水一级换热、风-冷媒二级换热的梯级供冷过程。具体的，本发明的数据中心双蓄双供系统可以包括：连接有一级换热器1的水循环单元、连接有二级换热器2的制冷剂循环单元和送风装置3，本实施例中，来自数据中心的机房的热回风依次经过所述一级换热器1、所述二级换热器2和所述送风装置3而降低温度，所述水循环单元的水在循环泵的驱动下进入所述一级换热器1进行换热从而带走热量，所述制冷剂循环单元的制冷剂在循环泵的驱动下进入所述二级换热器2进行换热从而带走热量，从而在精密空调内部实现风-水一级换热、风-冷媒二级换热的梯级供冷过程。
37.所述制冷剂循环系统包括：节流阀4，冷凝器5，压缩机6，蒸发器7，二级换热器2，第五截止阀17和第六截止阀18；所述水循环系统包括：蓄水装置8，冷却塔9，一号水泵10，二号水泵11，三号水泵12，第一截止阀13，第二截止阀14，第三截止阀15，第四截止阀16，第七截止阀19，第八截止阀20和一级换热器1。所述一级换热器1，二级换热器2，送风装置3，节流阀4，冷凝器5，压缩机6，蒸发器7，第一截止阀13，第二截止阀14，第三截止阀15，第四截止阀16，第五截止阀17和第六截止阀18集成在一台精密空调内部。
38.所述制冷剂循环系统中，所述二级换热器2和蒸发器7采用并联的连接方式，分别由第五截止阀17和第六截止阀18开关配合，实现二级换热器2单独换热、蒸发器7单独换热和二级换热器2及蒸发器7同时换热三种模式。具体的，二级换热器2和蒸发器7采用并联的连接方式，冷凝器5分别与蒸发器7和二级换热器2构成串联回路。当第五截止阀17开启，第六截止阀18关闭时，制冷剂循环系统进入二级换热器2单独换热模式；当第五截止阀17 关闭，第六截止阀18开启时，制冷剂循环系统进入蒸发器7单独换热；当第五截止阀17和第六截止阀18同时开启时，制冷剂循环系统进入二级换热器2及蒸发器7同时换热模式。进一步地，串联回路上还设有压缩机6和节流阀4，压缩机6用于压缩气态制冷剂；节流阀4 用于控制制冷剂流量的节流阀4。因此，本发明可以单独或者组合使用，适合于一切大中小微型数据中心建设和改造，同时攻克了微小型数据中心节能技术升级的难题，弥补了微小型数据中心节能技术改造的空白，具有重要的经济价值和环保价值。
39.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述蓄水装置8作为整个系统的核心缓冲装置，所述冷却塔9作为整个系统的核心自然冷源装置，蓄水装置8、冷却塔9和一号水泵 10构成自然冷源蓄冷水循环回路；蓄水装置8、蒸发器7和二号水泵11构成机械冷源蓄冷水循环回路；蓄水装置8、第七截止阀19、三号水泵12、第四截止阀16、第三截止阀15、一级换热器1、第二截止阀14、第一截止阀13和冷凝器5构成自然冷源蓄水装置梯级供冷水循环回路；冷却塔9、第八截止阀20、三号水泵12、第四截止阀16、第三截止阀15、一级换热器1、第二截止阀14、第一截止阀13和冷凝器5构成自然冷源冷却塔梯级供冷水循环回路；其中，一级换热器1和冷凝器5在第一截止阀13、第二截止阀14、第三截止阀15和第四截止阀16的切换配合下，实现一级换热器1单独换热、冷凝器5单独换热和一级换热器1及冷凝器5同时换热三种模式。
40.具体的，当蓄水装置8、第七截止阀19、三号水泵12、第四截止阀16、一级换热器1、第一截止阀13开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统进入一级换热器1单独换热模式；当冷却塔9、第八截止阀20、三号水泵12、第四截止阀16、一级换热器1、第一截止阀13开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统也进入一级换热器1单独换热模式。当蓄水装置8、第七截止阀19、三号水泵12、第三截止阀15、第二截止阀14和冷凝器5开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统进入冷凝器5单独换热模式；当冷却塔9、第八截止阀20、三号水泵12、第三截止阀15、第二截止阀14和冷凝器5开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统也进入冷凝器5单独换热模式。当蓄水装置8、第七截止阀 19、三号水泵12、第四截止阀16、一级换热器1、第二截止阀14和冷凝器5开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统进入一级换热器1及冷凝器5同时换热模式；当冷却塔9、第八截止阀20、三号水泵12、第四截止阀16、一级换热器1、第二截止阀14和冷凝器5开启，其余的系统设备和截止阀均关闭时，本系统也进入一级换热器1及冷凝器5同时换热模式。因此，本发明具有自然冷源蓄冷、机械冷源蓄冷、自然冷源供冷、机械冷源供冷、双蓄双供、自然冷源和机械冷源联合供冷等多种节能组合供冷模式，实现对自然冷源和机械冷源的高效协同利用过程，能大幅提升自然冷源利用率，显著提升制冷能效，实现数据中心低能耗、低成本运行。
41.基于上述系统，本发明还提出了数据中心双蓄双供运行方法，其可以包括：第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式，本实施例中，一级换热器1、二级换热器2、送风装置3、制冷剂循环单元和部分水循环单元设置于精密空调内，自然冷源为带有冷却塔9和蓄水装置 8的水循环单元，机械冷源为带有冷凝器5和蒸发器7的制冷剂循环单元；具体的：
42.第一运行模式包括：当室外湿球温度＜n-1时，自然冷源冷却塔梯级供冷水循环回路中第八截止阀20、三号水泵12、第四截止阀16、第一截止阀13开启，第三截止阀15、第二截止阀14关闭；精密空调空调风侧送风装置3开启，其他的系统设备和截止阀均关闭。冷却塔9 通过一级换热器1实现自然冷源供冷，此时，数据中心供冷冷量全部由自然冷源提供。
43.第二运行模式包括：当n+1＜室外湿球温度＜m-1时，低温时段，自然冷源蓄冷水循环回路中冷却塔9和一号水泵10开启；自然冷蓄水装置梯级供冷水循环回路中第七截止阀19、三号水泵12、第四截止阀16和第二截止阀14开启，第三截止阀15和第一截止阀13关闭；制冷剂循环系统中第五截止阀17开启，第六截止阀18关闭；精密空调空调风侧送风装置3 开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低温时段自然冷源边蓄边供、并联合机械冷源梯级供冷。高温时段，自然冷源冷却塔梯级供冷水循环回路中第八截止阀20、三号水泵12、第四截止阀16和第二截止阀14开启，第三截止阀15和第一截止阀13关闭；制冷剂循环系统中第五截止阀17开启，第六截止阀18关闭；精密空调空调风侧送风装置3开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现高温时段自然冷源联合机械冷源梯级供冷。
44.第三运行模式包括：当室外湿球温度＞m+1时，低谷电价时段，制冷剂循环系统工作，第五截止阀17、第六截止阀18开启；机械冷源蓄冷水循环回路中蒸发器7、二号水泵11开启；自然冷源冷却塔梯级供冷水循环系统中第八截止阀20、三号水泵12、第三截止阀15、第二截止阀14开启，第四截止阀16、第一截止阀13关闭；精密空调空调风侧送风装置3开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低谷电价时段机械冷源边蓄边供，自然冷源单独为冷凝器5提供冷量。峰谷电价时段，自然冷源蓄水装置梯级供冷水循环系统中第七截止阀19、三号水泵12、第四截止阀16、第一截止阀13开启，第三截止阀15、第二截止阀14 关
闭；精密空调空调风侧送风装置3开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现峰谷电价时段蓄水装置8单独供冷。
45.所述m值优选25～28℃，n值优选19～22℃。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种数据中心双蓄双供系统，其特征在于，包括：连接有一级换热器的水循环单元，其具有第一蓄冷源；连接有二级换热器的制冷剂循环单元，其具有第二蓄冷源，且所述第一蓄冷源和所述第二蓄冷源相互耦合，以及，送风装置，其中，来自数据中心的机房的回风依次经过所述一级换热器、所述二级换热器和所述送风装置，所述水循环单元的水在循环泵的驱动下进入所述一级换热器进行换热从而带走热量，所述制冷剂循环单元的制冷剂在循环泵的驱动下进入所述二级换热器进行换热从而带走热量。2.根据权利要求1所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述制冷剂循环单元包括：与所述二级换热器并联的蒸发器；以及，分别与所述蒸发器、所述二级换热器构成串联回路的冷凝器。3.根据权利要求2所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述串联回路上还设有用于压缩气态制冷剂的压缩机和用于控制制冷剂流量的节流阀。4.根据权利要求2所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述制冷剂循环单元包括：配合使用以控制所述二级换热器、所述蒸发器的任一或组合投入工作的多个截止阀。5.根据权利要求2所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述水循环单元包括蓄水装置，所述蓄水装置与所述一级换热器之间构成循环换热回路，所述蓄水装置与所述冷凝器构成循环换热回路，所述蓄水装置与所述蒸发器构成循环换热回路。6.根据权利要求2所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述水循环单元包括冷却塔，所述冷却塔与所述一级换热器构成循环换热回路，所述冷却塔与所述冷凝器构成循环换热回路。7.根据权利要求2所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述水循环单元还包括配合使用以控制所述一级换热器、所述冷凝器的任一或组合投入工作的多个截止阀。8.根据权利要求6所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，所述蓄水装置与所述冷却塔构成循环换热回路。9.一种数据中心双蓄双供运行方法，其利用如权利要求1-8任一所述的数据中心双蓄双供系统，其特征在于，包括：第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式，其中，一级换热器、二级换热器、送风装置、制冷剂循环单元和部分水循环单元设置于精密空调内，自然冷源为带有冷却塔和蓄水装置的水循环单元，机械冷源为带有冷凝器和蒸发器的制冷剂循环单元；具体的：所述第一运行模式包括：当室外湿球温度＜n-1时，水循环单元中第八截止阀、三号水泵、第四截止阀、第一截止阀开启，第三截止阀、第二截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；冷却塔通过一级换热器实现自然冷源供冷，此时，数据中心供冷冷量全部由自然冷源提供；所述第二运行模式包括：当n+1＜室外湿球温度＜m-1时，低温时段，水循环单元中冷却塔和一号水泵开启；第七截止阀、三号水泵、第四截止阀和第二截止阀开启，第三截止阀和第一截止阀关闭；制冷剂循环单元中第五截止阀开启，第六截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低温时段自然冷源边蓄边
供、并联合机械冷源梯级供冷；高温时段，水循环单元中第八截止阀、三号水泵、第四截止阀和第二截止阀开启，第三截止阀和第一截止阀关闭；制冷剂循环单元中第五截止阀开启，第六截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现高温时段自然冷源联合机械冷源梯级供冷。所述第三运行模式包括：当室外湿球温度＞m+1时，低谷电价时段，制冷剂循环单元工作，第五截止阀、第六截止阀开启；制冷剂循环单元中蒸发器、二号水泵开启；水循环单元第八截止阀、三号水泵、第三截止阀、第二截止阀开启，第四截止阀、第一截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现低谷电价时段机械冷源边蓄边供，自然冷源单独为冷凝器提供冷量；峰谷电价时段，水循环单元中第七截止阀、三号水泵、第四截止阀、第一截止阀开启，第三截止阀、第二截止阀关闭；精密空调空调风侧送风装置开启，其他的系统设备和截止阀均关闭；整个过程实现峰谷电价时段蓄水装置单独供冷。10.根据权利要求9所述的数据中心双蓄双供运行方法，其特征在于，所述m值的范围为25～28℃，所述n值的范围为19～22℃。

技术总结

本发明公开了一种数据中心双蓄双供系统及其运行方法，涉及数据中心节能供冷技术领域，本发明的系统包括：连接有一级换热器的水循环单元、连接有二级换热器的制冷剂循环单元，以及送风装置，其中，来自数据中心的机房的回风依次经过所述一级换热器、所述二级换热器和所述送风装置，所述水循环单元的水在循环泵的驱动下进入所述一级换热器进行换热从而带走热量，所述制冷剂循环单元的制冷剂在循环泵的驱动下进入所述二级换热器进行换热从而带走热量。本发明具有自然冷源和机械冷源联合蓄冷供冷，实现对自然冷源和机械冷源的高效协同利用过程，能大幅提升自然冷源利用率，显著提升制冷能效，实现数据中心低能耗、低成本运行。低成本运行。低成本运行。