一种数据中心列间散热系统.pdf

本发明公开了一种数据中心列间散热系统，包括冷却制冷组和末端散热单元(9)，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元(9)的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接，冷却制冷组包括相互串联或并联的机械制冷单元（1）和自然冷却单元（2）。本发明提供了一种数据中心散热系统，能有效降低数据中心PUE值，达到节能减排的效果；能优化气流组织，提高冷量利用效率，避免局部热点的出现；能完全替代数据中心空调机组，有效提高机房空间利用率。

权利要求书1.  一种数据中心列间散热系统，其特征在于：包括冷却制冷组和末端散热单元(9)，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元(9)的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接，冷却制冷组包括相互串联或并联的机械制冷单元（1）和自然冷却单元（2）。2.  根据权利要求1所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的机械制冷单元（1）与自然冷却单元（2）串联，机械制冷单元（1）的出口与自然冷却单元（2）的入口相连，自然冷却单元（2）的出口与泵组单元（6）的入口连接，自然冷却单元（2）与泵组单元（6）之间设置有系统稳压单元（3），泵组单元（6）的出口通过冷水供水干管（7）与末端散热单元(9)的散热器的入口连接，散热器的出口通过冷水回水干管（10）与机械制冷单元（1）连接。3.  根据权利要求2所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：还包括冷量分配单元（8），冷量分配单元（8）由至少一个冷量分配换热器（8-1）组成；泵组单元（6）的出口通过冷水供水干管（7）与冷量分配换热器（8-1）的一级入口连接，冷量分配换热器（8-1）的一级出口通过冷水回水干管（10）与机械制冷单元（1）连接；冷量分配换热器（8-1）的二级出口与末端散热单元(9)的散热器的入口连接，散热器的出口与冷量分配换热器（8-1）的二级入口连接。4.  根据权利要求2或3所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的末端散热单元(9)包括多个设置于机柜（9-2）之间的列间换热器，所述的列间换热器包括壳体、散热器、供冷管、回冷管和循环风机（9-4）；散热器倾斜设置于壳体内；供冷管和回冷管分别与散热器的入口和出口连接；循环风机(9-4)设置于壳体的正面或背面。5.  根据权利要求3所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的冷量分配换热器（8-1）与末端散热单元（9）的散热器之间的供冷管上，根据末端散热单元（9）的换热工质设置有工质泵（9-1）。6.  根据权利要求1所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的机械制冷单元（1）与自然冷却单元（2）并联，机械制冷单元（1）通过机械制冷高压管（11）与末端散热单元(9)的机械冷源末端散热器（9-3）的入口连接，机械冷源末端散热器（9-3）的出口通过机械制冷低压管（12）与机械制冷单元（1）连接；自然冷却单元（2）的出口与泵组单元（6）的入口连接，自然冷却单元（2）与泵组单元（6）之间设置有系统稳压单元（3），泵组单元（6）的出口通过自然冷源制冷供冷干管（13）与末端散热单元(9)的自然冷源末端散热器（9-7）的入口连接，自然冷源末端散热器（9-7）的出口通过自然冷源制冷回冷干管（14）与自然冷却单元（2）连接。7.  根据权利要求6所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的末端散热单元(9)包括多个设置于机柜（9-2）之间的列间换热器，所述的列间换热器包括壳体、机械冷源末端散热器（9-3）、机械冷源末端散热器供冷管（9-5）、机械冷源末端散热器回冷管(9-6)、自然冷源末端散热器（9-7）、自然冷源末端散热器供冷管（9-8）、自然冷源末端散热器回冷管（9-9）和循环风机（9-4）；机械冷源末端散热器（9-3）和自然冷源末端散热器（9-7）依次倾斜设置于壳体内；机械冷源末端散热器供冷管（9-5）和机械冷源末端散热器回冷管（9-6）分别与机械冷源末端散热器（9-3）的入口和出口连接；自然冷源末端散热器供冷管（9-8）和自然冷源末端散热器回冷管（9-9）分别与自然冷源末端散热器（9-7）的入口和出口连接；循环风机(9-4)设置于壳体的正面或背面。8.  根据权利要求1-7中任意一项所述的一种数据中心列间散热系统，其特征在于：所述的机械制冷单元（1）包括机械制冷器、 压力表（1-2）、蝶阀（1-3）、电动调节阀（1-4）、温度表（1-5）、流量开关（1-6），所述的机械制冷器为风冷冷水机组（1-1）或机械风冷冷凝器（1-7）；所述的自然冷却单元(2)包括自然冷风换热器（2-1）、软连接（2-2）；所述的系统稳压单元（3）包括储蓄罐（3-1）、截止阀（3-2）；所述的泵组单元（6）包括离心水泵（6-1）、Y型过滤器（6-2）、止回阀（6-3）；所述的泵组单元（6）和冷量分配单元（8）进行独立设置或冗余设置；所述的冷量分配换热器（8-1）为板式换热器或管壳式换热器；所述的风冷冷水机组（1-1）、自然风冷换热器（2-1）和泵组单元（6）均采用变频电机控制供回水温度；所述的末端散热单元（9）的列间换热器的出风形式采用正面出风、斜面出风或侧面出风。

说明书一种数据中心列间散热系统
技术领域
本发明涉及一种散热系统，特别是涉及一种数据中心列间散热系统。
背景技术
我国数据中心发展迅猛，总量已超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5%，预计数据中心能耗2015年将相当于三峡电站一年的发电量，其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2，与国际先进水平相比有较大差距。数据中心IT设备需要全天候进行散热，现有的冷却方式通常为先冷却环境再冷却设备，通常采用精密空调进行制冷，以保证数据中心的环境控制要求。但数据中心空调机组耗能占到了机房总耗能的35%-45%，仅次于数据中心IT设备的能耗，造成数据中心PUE值较高，能效利用率低。且精密空调机组可能会由于气流组织不合理，而出现局部热点等问题。另外，空调机组对空间的占用较大，会导致机房空间利用率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数据中心列间散热系统，能充分利用自然冷源，对传统精密空调实现完全替代，有效降低数据中心PUE值，达到节能减排的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种数据中心列间散热系统，包括冷却制冷组和末端散热单元，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接，冷却制冷组包括相互串联或并联的机械制冷单元和自然冷却单元。
所述的机械制冷单元与自然冷却单元串联，机械制冷单元的出口与自然冷却单元的入口相连，自然冷却单元的出口与泵组单元的入口连接，自然冷却单元与泵组单元之间设置有系统稳压单元，泵组单元的出口通过冷水供水干管与末端散热单元的散热器的入口连接，散热器的出口通过冷水回水干管与机械制冷单元连接。
所述的一种数据中心列间散热系统，还包括冷量分配单元，冷量分配单元由至少一个冷量分配换热器组成。泵组单元的出口通过冷水供水干管与冷量分配换热器的一级入口连接，冷量分配换热器的一级出口通过冷水回水干管与机械制冷单元连接。冷量分配换热器的二级出口与末端散热单元的散热器的入口连接，散热器的出口与冷量分配换热器的二级入口连接。
所述的末端散热单元包括多个设置于机柜之间的列间换热器，所述的列间换热器包括壳体、散热器、供冷管、回冷管和循环风机。散热器倾斜设置于壳体内，供冷管与回冷管根据机房布线情况进行相应的位置设置，供冷管和回冷管分别与散热器的入口和出口连接，循环风机设置于壳体的正面或背面。
所述的冷量分配换热器与末端散热单元的散热器之间的供冷管上，可根据末端散热单元的换热工质设置工质泵。
所述的机械制冷单元与自然冷却单元并联，机械制冷单元通过机械制冷高压管与末端散热单元的机械冷源末端散热器的入口连接，机械冷源末端散热器的出口通过机械制冷低压管与机械制冷单元连接，自然冷却单元的出口与泵组单元的入口连接，自然冷却单元与泵组单元之间设置有系统稳压单元，泵组单元的出口通过自然冷源制冷供冷干管与末端散热单元的自然冷源末端散热器的入口连接，自然冷源末端散热器的出口通过自然冷源制冷回冷干管与自然冷却单元连接。
所述的末端散热单元包括多个设置于机柜之间的列间换热器，所述的列间换热器包括壳体、机械冷源末端散热器、机械冷源末端散热器供冷管、机械冷源末端散热器回冷管、自然冷源末端散热器、自然冷源末端散热器供冷管、自然冷源末端散热器回冷管和循环风机。机械冷源末端散热器和自然冷源末端散热器依次倾斜设置于壳体内，机械冷源末端散热器的入口和出口分别连接机械冷源末端散热器供冷管和机械冷源末端散热器回冷管，与机械制冷单元形成闭式循环，自然冷源末端散热器的入口和出口分别连接自然冷源末端散热器供冷管和自然冷源末端散热器回冷管，与自然冷却单元形成闭式循环，循环风机设置于壳体的正面或背面。
所述的机械制冷单元包括机械制冷器、 压力表、蝶阀、电动调节阀、温度表、流量开关，所述的机械制冷器为风冷冷水机组或机械风冷冷凝器，所述的自然冷却单元包括自然冷风换热器、软连接，所述的系统稳压单元包括储蓄罐、截止阀，所述的泵组单元包括离心水泵、Y型过滤器、止回阀。所述的泵组单元和冷量分配单元可进行独立设置或冗余设置，所述的冷量分配换热器为板式换热器或管壳式换热器，所述的风冷冷水机组、自然风冷换热器和泵组单元均可采用变频电机控制供回水温度，所述的末端散热单元的列间换热器的出风形式，可根据机房的布置情况采用正面出风、斜面出风或侧面出风，所述的供冷管和回冷管上均可设置压力传感器和温度传感器。
本发明的有益效果是：（1）通过对自然冷源的充分利用，能有效降低数据中心PUE值，达到节能减排的效果。（2）通过对行间散热器出风口的合理布置，能优化气流组织，提高冷量利用效率，避免局部热点的出现。（3）通过对空调机组的完全替代，能有效提高机房空间利用率，避免数据中心空间被较多空调机组占据，达到节地的目的。
附图说明
图1为本发明的机械制冷单元与自然风冷单元串联制冷一级换热单系统结构示意图；
图2 为本发明的机械制冷单元与自然风冷单元串联制冷二级换热单系统结构示意图；
图3 为本发明的机械制冷单元与自然风冷单元并联制冷双系统结构示意图；
图4 为本发明的末端单系统结构列间换热器循环风机正面出风结构示意图；
图5 为本发明的末端单系统结构列间换热器循环风机斜面出风结构示意图；
图6 为本发明的末端单系统结构列间换热器循环风机侧面出风结构示意图；
图7为本发明的末端双系统结构列间换热器循环风机正面出风结构示意图；
图8为本发明的末端双系统结构列间换热器循环风机斜面出风结构示意图；
图9为本发明的末端双系统结构列间换热器循环风机侧面出风结构示意图；
图中，1机械制冷单元，1-1风冷冷水机组，1-2压力表，1-3蝶阀，1-4电动调节阀，1-5温度表，1-6流量开关，1-7机械风冷冷凝器，2自然冷却单元，2-1自然风冷换热器，2-2软连接，3系统稳压单元，3-1储压罐，3-2截止阀，4压力传感器，5温度传感器，6泵组单元，6-1离心水泵，6-2Y型过滤器，6-3止回阀，7冷水供水干管，8冷量分配单元，8-1冷量分配换热器，9末端散热单元，9-1工质泵，9-2机柜，9-3机械冷源末端散热器，9-4循环风机，9-5机械冷源末端散热器供冷管，9-6机械冷源末端散热器回冷管，9-7自然冷源末端散热器，9-8自然冷源末端散热器供冷管，9-9自然冷源末端散热器回冷管，10冷水回水干管，11机械制冷高压管，12机械制冷低压管，13自然冷源制冷供冷干管，14自然冷源制冷回冷干管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】如图1所示，一种数据中心列间散热系统，包括冷却制冷组和末端散热单元9，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元9的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接。冷却制冷组包括相互串联的机械制冷单元1和自然冷却单元2，机械制冷单元1的出口与自然冷却单元2的入口相连，自然冷却单元2的出口与泵组单元6的入口连接，自然冷却单元2与泵组单元6之间设置有系统稳压单元3，泵组单元6的出口通过冷水供水干管7与末端散热单元9的散热器的入口连接，散热器的出口通过冷水回水干管10与机械制冷单元1连接。所述的末端散热单元9包括多个设置于机柜9-2之间的列间换热器。
如图4、图5和图6所示，所述的列间换热器包括壳体、散热器、供冷管、回冷管和循环风机9-4，散热器倾斜设置于壳体内，供冷管和回冷管分别与散热器的入口和出口连接，循环风机9-4设置于壳体的正面或背面。列间换热器的出风形式，可根据具体机房的布置情况，采用正面出风、斜面出风或侧面出风多种形式。
如图1所示，所述的机械制冷单元1包括机械制冷器、 压力表1-2、蝶阀1-3、电动调节阀1-4、温度表1-5、流量开关1-6，所述的机械制冷器为风冷冷水机组1-1或机械风冷冷凝器1-7，所述的自然冷却单元2包括自然冷风换热器2-1、软连接2-2，所述的系统稳压单元3包括储蓄罐3-1、截止阀3-2，所述的泵组单元6包括离心水泵6-1、Y型过滤器6-2、止回阀6-3。所述的泵组单元6可进行独立设置或冗余设置。所述的风冷冷水机组1-1、自然风冷换热器2-1和泵组单元6均可采用变频手段及运行台数达到冷负荷控制的目的。所述的散热系统可在相应部位上设置相应的压力传感器4、温度传感器5等相关的仪表仪器，对系统进行有效的控制、监控及保护，以保证系统的安全性及系统运行的稳定性。所述的散热系统可根据室外环境工况变化，尤其在室外环境温度降低情况下，通过控制机械制冷单元1的工作负荷或工作台数和启动自然冷却单元2，实现二者之间冷负荷的比例分配，尽可能地通过自然冷却单元来实现数据中心的散热，提高自然冷源的利用，当室外环境进一步降低后，可通过采用变频风机或变频水泵，实现对供回温度的合理控制。
所述的数据中心列间散热系统的工作过程如下：机械制冷单元1与自然冷却单元2采用串联的形式，根据室外环境工况条件，通过控制机械制冷器的运行负荷及自然风冷换热器2-1的风扇启停或转速，来控制出口的工质温度。在泵组单元6作用下，低温工质进入末端散热单元9的散热器，在循环风机9-4的作用下，热空气经过散热器降温后排出冷空气，排出的冷空气用于对数据中心机柜9-2进行散热。用于散热后的工质，在泵组单元6的作用下再次回到机械制冷单元1和自然冷却单元2，从而形成封闭换热回路。该实施例的系统称为：机械制冷单元与自然风冷单元串联制冷一级换热单系统。
【实施例2】如图2所示，一种数据中心列间散热系统，包括冷却制冷组和末端散热单元9，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元9的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接。冷却制冷组包括相互串联的机械制冷单元1和自然冷却单元2，机械制冷单元1的出口与自然冷却单元2的入口相连，自然冷却单元2的出口与泵组单元6的入口连接，自然冷却单元2与泵组单元6之间设置有系统稳压单元3，泵组单元6的出口通过冷水供水干管7与冷量分配单元8的一级入口连接，冷量分配换热器8-1的一级出口通过冷水回水干管10与机械制冷单元1连接。冷量分配换热器8-1的二级出口与末端散热单元9的散热器的入口连接，散热器的出口与冷量分配换热器8-1的二级入口连接。所述的冷量分配单元8由至少一个冷量分配换热器8-1组成。所述的末端散热单元9包括多个设置于机柜9-2之间的列间换热器。
如图4、图5和图6所示，所述的列间换热器包括壳体、散热器、供冷管、回冷管和循环风机9-4，散热器倾斜设置于壳体内，供冷管和回冷管分别与散热器的入口和出口连接，循环风机9-4设置于壳体的正面或背面。列间换热器的出风形式，可根据具体机房的布置情况，采用正面出风、斜面出风或侧面出风多种形式。所述的冷量分配换热器8-1与末端散热单元9的散热器之间的供冷管上，可根据末端散热单元9的换热工质设置工质泵9-1。
如图2所示，所述的机械制冷单元1包括机械制冷器、 压力表1-2、蝶阀1-3、电动调节阀1-4、温度表1-5、流量开关1-6，所述的机械制冷器为风冷冷水机组1-1或机械风冷冷凝器1-7，所述的自然冷却单元2包括自然冷风换热器2-1、软连接2-2，所述的系统稳压单元3包括储蓄罐3-1、截止阀3-2，所述的泵组单元6包括离心水泵6-1、Y型过滤器6-2、止回阀6-3。所述的泵组单元6和冷量分配单元8可进行独立设置或冗余设置。所述的冷量分配换热器8-1为板式换热器或管壳式换热器，冷量分配换热器8-1与末端散热单元9的散热器之间的供冷管上，可根据末端散热单元9的换热工质设置工质泵9-1。所述的风冷冷水机组1-1、自然风冷换热器2-1和泵组单元6均可采用变频手段及运行台数达到冷负荷控制的目的。所述的散热系统可在相应部位上设置相应的压力传感器4、温度传感器5等相关的仪表仪器，对系统进行有效的控制、监控及保护，以保证系统的安全性及系统运行的稳定性。所述的散热系统可根据室外环境工况变化，尤其在室外环境温度降低情况下，通过控制机械制冷单元1的工作负荷或工作台数和启动自然冷却单元2，实现二者之间冷负荷的比例分配，尽可能地通过自然冷却单元来实现数据中心的散热，提高自然冷源的利用，当室外环境进一步降低后，可通过采用变频风机或变频水泵，实现对供回温度的合理控制。
所述的数据中心列间散热系统的工作过程如下：与实施方式1的工作过程类似，不同的是：在泵组单元6作用下，低温工质进入冷量分配单元8，与末端散热单元9传递的热工质进行换热。完成换热后，在泵组单元6的作用下再次回到机械制冷单元1和自然冷却单元2中，从而形成封闭的一级换热回路。在末端散热单元9内，在工质泵9-1的作用下，数据中心的高温工质被带入冷量分配单元8的冷量分配换热器8-1内，与机械制冷单元1或自然冷却单元2提供的低温工质进行换热，从而实现散热，换热后的工质再在工质泵9-1的作用下回数据中心，从而形成封闭的二级换热回路。该实施例的系统称为：机械制冷单元与自然风冷单元串联制冷二级换热单系统。
 【实施例3】如图3所示，一种数据中心列间散热系统，包括冷却制冷组和末端散热单元9，冷却制冷组的出口通过供冷管与末端散热单元9的散热器的入口相连，散热器的出口通过回冷管与冷却制冷组连接，冷却制冷组包括相互并联的机械制冷单元1和自然冷却单元2。机械制冷单元1通过机械制冷高压管11与末端散热单元9的机械冷源末端散热器9-3的入口连接，机械冷源末端散热器9-3的出口通过机械制冷低压管12与机械制冷单元1连接，自然冷却单元2的出口与泵组单元6的入口连接，自然冷却单元2与泵组单元6之间设置有系统稳压单元3，泵组单元6的出口通过自然冷源制冷供冷干管13与末端散热单元9的自然冷源末端散热器9-7的入口连接，自然冷源末端散热器9-7的出口通过自然冷源制冷回冷干管14与自然冷却单元2连接。所述的末端散热单元9包括多个设置于机柜9-2之间的列间换热器。
如图7、图8和图9所示，所述的列间换热器包括壳体、机械冷源末端散热器9-3、机械冷源末端散热器供冷管9-5、机械冷源末端散热器回冷管9-6、自然冷源末端散热器9-7、自然冷源末端散热器供冷管9-8、自然冷源末端散热器回冷管9-9和循环风机9-4，机械冷源末端散热器9-3和自然冷源末端散热器9-7依次倾斜设置于壳体内，机械冷源末端散热器供冷管9-5和机械冷源末端散热器回冷管9-6分别与机械冷源末端散热器9-3的入口和出口连接，自然冷源末端散热器供冷管9-8和自然冷源末端散热器回冷管9-9分别与自然冷源末端散热器9-7的入口和出口连接，循环风机9-4设置于壳体的正面或背面。列间换热器的出风形式，可根据具体机房的布置情况，采用正面出风、斜面出风或侧面出风多种形式。
如图3所示，所述的机械制冷单元1包括机械制冷器、 压力表1-2、蝶阀1-3、电动调节阀1-4、温度表1-5、流量开关1-6，所述的机械制冷器为机械风冷冷凝器1-7，所述的自然冷却单元2包括自然冷风换热器2-1、软连接2-2，所述的系统稳压单元3包括储蓄罐3-1、截止阀3-2，所述的泵组单元6包括离心水泵6-1、Y型过滤器6-2、止回阀6-3。所述的泵组单元6可进行独立设置或冗余设置。所述的自然风冷换热器2-1和泵组单元6均可采用变频手段及运行台数达到冷负荷控制的目的。所述的散热系统可在相应部位上设置相应的压力传感器4、温度传感器5等相关的仪表仪器，对系统进行有效的控制、监控及保护，以保证系统的安全性及系统运行的稳定性。所述的散热系统可根据室外环境工况变化，尤其在室外环境温度降低情况下，通过控制机械制冷单元1的工作负荷或工作台数和启动自然冷却单元2，实现二者之间冷负荷的比例分配，尽可能地通过自然冷却单元来实现数据中心的散热，提高自然冷源的利用，当室外环境进一步降低后，可通过采用变频风机或变频水泵，实现对供回温度的合理控制。
所述的数据中心列间散热系统的工作过程如下：该系统中机械制冷单元1与自然冷却单元2互为独立，在环境温度较高情况下，机械制冷单元1中的机械风冷冷凝器1-7通过压缩机直接膨胀换热，通过制冷剂相变从机械制冷单元中排热，将冷负荷携带到末端散热单元9里的机械冷源末端散热器9-3中，在循环风机9-4的作用下，冷却工质吸收热量，再在压缩机作用下，再次回到机械制冷单元1中。当室外环境达到一定低温后，可关闭机械制冷单元1，启动自然冷却单元2，在泵组单元6作用下，自然冷却工质在自然风冷换热器2-1中通过散热将冷负荷带到自然冷源末端散热器9-7中，在循环风机9-4的作用下，自然冷却工质吸收热量，再在泵组单元6作用下，再次将自然冷却工质带到自然风冷换热器2-1中。该实施例的系统称为：机械制冷单元与自然风冷单元并联制冷双系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围。