一种复合式列间级热管冷却系统及控制方法

本发明涉及列间级热管冷却，具体涉及一种复合式列间级热管冷却系统及控制方法。

背景技术：

1、数据中心用列间级热管冷却系统是一种高效节能的冷却解决方案，特别适用于高密度数据中心，数据中心用列间级热管冷却系统与传统机房精密空调系统相比，具有气流组织规整、换热温差大，供冷均匀等优势，是一种促进数据中心高效稳定运行的冷却方式。然而，制冷过程中多次换热造成热损失巨大，设备能效低。列间热管空调系统还有冷源空间占用大、能效比低、建设周期长等缺陷。针对此种问题，本发明为数据中心用列间级热管提供一种复合式列间级热管冷却系统集成化设计减少了占地面积，并且能够通过监测温度，节能地启用不同模式最大化利用自然冷源，降低冷量需求及设备能耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据现实需要，提供一种复合式列间级热管冷却系统及控制方法，集成化设计实现冷源一体化，有效提高数据中心水冷热管空调系统的自然冷源利用效率，以及减少系统对冷量的需求，减少多次换热过程中的热损失从而有效降低制冷系统的能耗，提高制冷系统的冷却效率。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种复合式列间级热管冷却系统，包括一体化冷源、蓄冷罐和机房，其特征在于，所述一体化冷源包括一体化冷却塔和冷水机组，所述一体化冷却塔包括冷却塔、风冷冷凝器、湿膜喷淋装置和风阀，所述机房包括热管和水冷冷凝器。所述风冷冷凝器通过气管与热管连接，所述热管通过液管与风冷冷凝器连接形成循环管路，所述一体化冷却塔和冷水机组间通过冷却水供水管道、冷却水回水管道连接形成循环管路，所述冷水机组通过冷冻水供水管道与蓄冷罐、水冷冷凝器连接，所述水冷冷凝器通过冷冻水回水管道与冷水机组、蓄冷罐连接。

4、具体的，所述一体化冷源包括通过冷却水供水管道串联的冷却塔水泵、一体化冷却塔和冷水机组以及通过冷冻水供水管道串联的冷水泵，其中，冷却塔水泵、冷水机组和冷水泵集成在集装箱内部，一体化冷却塔设置在集装箱上部。

5、具体的，所述一体化冷源包括一体化冷却塔和集装箱，所述一体化冷源内设备一并装于一处。

6、具体的，所述一体化冷却塔设置了冷却塔进风风道，所述冷却塔进风风道集成了风冷冷凝器、湿膜喷淋装置和风阀。

7、具体的，所述冷冻水供水管道上有电动阀10、电动阀11、电动阀12，所述冷冻水回水管道上有电动阀9、电动阀13、应急水泵控制，所述冷却水供水管道上有电动阀7，所述冷却水回水管道上有电动阀8控制。

8、具体的，所述风冷冷凝器与热管间的循环管路通过电动阀15、电动阀16控制，所述风冷冷凝器通过液管与水冷冷凝器在电动阀14控制下连接。

9、具体的，所述风阀开启时，风阀内部风阻小，风冷冷凝器被旁通。

10、第二方面，本发明提供一种复合式列间级热管冷却控制方法，应用于所述的复合式列间级热管冷却系统，包括以下步骤：

11、步骤s1、监测热管内热通道温度th,out、室外干球温度tb,dry、热管空调末端在额定工况下单独通过风冷冷凝器冷却时所需的换热温差δtp和热管空调末端启动风冷冷凝器所需的最小换热温差δts，若(th,out-tb,dry)≥δtp，则执行步骤s2，否则执行步骤s3；

12、步骤s2、关闭第一电动阀7、第二电动阀8、第三电动阀9、第四电动阀10、第五电动阀11、第六电动阀12、第七电动阀13、第八电动阀14、冷水机组、蓄冷罐、冷却塔水泵、冷水泵、应急水泵、湿膜喷淋装置和风阀，开启电动阀15、电动阀16和冷却塔，若(th,out-tb,dry)≥δtp，则维持步骤s2，否则返回步骤s1；

13、步骤s3、关闭第一电动阀7、第二电动阀8、第三电动阀9、第四电动阀10、第五电动阀11、第六电动阀12、第七电动阀13、第八电动阀14、冷水机组、蓄冷罐、冷却塔水泵、冷水泵、应急水泵和风阀，开启电动阀15、电动阀16、冷却塔和湿膜喷淋装置，监测风冷冷凝器进风温度tw,out，若(th,out-tw,out)≥δtp，则维持步骤s3，否则执行步骤s4；

14、步骤s4、关闭第五电动阀11、第六电动阀12、第七电动阀13、第十电动阀16、蓄冷罐、应急水泵和风阀，开启第一电动阀7、第二电动阀8、第三电动阀9、第四电动阀10、第八电动阀14、第九电动阀15、冷却塔水泵、冷水泵、冷水机组、冷却塔和湿膜喷淋装置，监测风冷冷凝器进风温度tw,out，若(th,out-tw,out)＞δts，则维持步骤s4，否则执行步骤s5；

15、步骤s5、关闭第五电动阀11、第六电动阀12、第七电动阀13、第八电动阀14、第九电动阀15、第十电动阀16、蓄冷罐、应急水泵和湿膜喷淋装置，开启第一电动阀7、第二电动阀8、第三电动阀9、第四电动阀10、冷水机组、冷却塔水泵、冷水泵、冷却塔和风阀，监测风冷冷凝器进风温度tw,out，若(th,out-tw,out)≤δts，则维持步骤s5，否则返回步骤s1；

16、步骤s6、若发生断电事故，直接进入应急工况，关闭第一电动阀7、第二电动阀8、第三电动阀9、第四电动阀10、第八电动阀14、第九电动阀15、第十电动阀16、冷水机组、冷却塔水泵、冷水泵和一体化冷却塔，开启第五电动阀11、第六电动阀12、第七电动阀13、蓄冷罐和应急水泵，若断电持续，则维持步骤s6，否则返回步骤s1。

17、具体的，步骤s1中，所述δtp为热管空调末端在额定工况下单独通过风冷冷凝器冷却时所需的换热温差，所述δts为热管空调末端启动风冷冷凝器所需的最小换热温差。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明通过加装风阀与风冷冷凝器，实现冷源在一定温度范围内由风冷冷凝器先对制冷剂进行预冷，通过阀门切换后回到水冷冷凝器，冷却塔再开启喷淋进行供冷，此预冷过程有效减少供冷量需求，在冷源温度较高时也可通过开启风阀使得风冷冷凝器被旁通，避免高温气体进入。

20、2、本发明通过一体化冷却塔中风冷冷凝器、湿膜喷淋装置和风阀的集成，实现当室外空气干球温度较高，湿球温度较低时，打开湿膜喷淋装置使空气进入风冷冷凝器之前先与水雾换热，通过蒸发冷却预冷至露点温度至湿球温度之间，大幅降低进风温度，提高冷却效率。

21、3、本发明通过加装风冷冷凝器与热管通过循环管道连接，可以在冷源温度较低时仅利用自然冷源，从而与热管进行直接一次换热，有效减少换热损失。

22、4、本发明控制方法，通过对温度的监测，根据设定的运行条件灵活切换运行模式，有效提高了数据中心水冷热管空调系统的自然冷源利用效率，降低能耗，降低了冷源设备的能耗。

23、5、本发明通过集成化设计解决了列间热管空调系统冷源空间占用大、能效比低、建设周期长的缺陷，缩短了建设周期，能够更好地满足数据中心高效节能、快速建设的需求。

技术特征：

1.一种复合式列间级热管冷却系统，包括一体化冷源(1)、蓄冷罐(23)和机房(24)，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种复合式列间级热管冷却系统，其特征在于，所述一体化冷源(1)包括通过冷却水供水管道(27)串联的冷却塔水泵(4)、一体化冷却塔(20)和冷水机组(22)以及通过冷冻水供水管道(25)串联的冷水泵(5)，其中，冷却塔水泵(4)、冷水机组(22)和冷水泵(5)集成在集装箱(30)内部，一体化冷却塔(20)设置在集装箱(30)上部。

3.根据权利要求1所述的一种复合式列间级热管冷却系统，其特征在于，所述一体化冷源(1)包括一体化冷却塔(20)和集装箱(30)，所述一体化冷源(1)内设备一并装于一处。

4.根据权利要求1所述的一种复合式机柜级热管冷却系统，其特征在于，所述冷冻水供水管道(25)上有第四电动阀(10)、第五电动阀(11)、第六电动阀(12)，所述冷冻水回水管道(26)上有第三电动阀(9)、第七电动阀(13)、应急水泵(6)控制，所述冷却水供水管道(27)上有第一电动阀(7)，所述冷却水回水管道(28)上有第二电动阀(8)控制。

5.根据权利要求1所述的一种复合式列间级热管冷却系统，其特征在于，所述风冷冷凝器(3)与热管(19)间的循环管路通过第九电动阀(15)、第十电动阀(16)控制，所述风冷冷凝器(3)通过液管(18)与水冷冷凝器(21)在第八电动阀(14)控制下连接。

6.根据权利要求1所述的一种复合式列间级热管冷却系统，其特征在于，所述风阀(2)开启时，风阀(2)内部风阻小，风冷冷凝器(3)被旁通。

7.一种复合式列间级热管冷却控制方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的复合式列间级热管冷却系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种复合式列间级热管冷却控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述δtp为热管(19)空调末端在额定工况下单独通过风冷冷凝器(3)冷却时所需的换热温差，所述δts为热管(19)空调末端启动风冷冷凝器(3)所需的最小换热温差。

技术总结本发明公开了一种复合式列间级热管冷却系统及控制方法，系统包括一体化冷源，一体化冷源中的一体化冷却塔在冷却塔外层加装风冷冷凝器、湿膜喷淋装置和风阀，所述一体化冷却塔在冷却塔进风风道处集成了风冷冷凝器、湿膜喷淋装置和风阀，所述风冷冷凝器通过循环管路与热管连接，实现在电动阀控制下的直接换热，所述风冷冷凝器与水冷冷凝器间管道连接在电动阀控制下实现在风冷冷凝器中对制冷剂的预冷。本发明通过集成化设计解决了列间热管空调系统冷源空间占用大、能效比低、建设周期长的缺陷，有效提高了数据中心水冷热管空调系统的自然冷源利用效率、降低了冷源设备的能耗、缩短了建设周期，能够更好地满足数据中心高效节能、快速建设的需求。技术研发人员：沈玉玲,邹思凯,罗家昌,张家豪,艾曾俊翔,肖婷,王仪伟,夏竞璞,黄建亮受保护的技术使用者：华东交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18