本發(fā)明屬于空調(diào)制冷技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及其操作方法，具體的說是涉及一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)：

在我國西部地區(qū)，夏季室外空氣干燥，在通信機(jī)房和數(shù)據(jù)中心里，通信設(shè)備要求全年不間斷運行，故機(jī)房空調(diào)必須全年穩(wěn)定可靠運行。通常，機(jī)房中空調(diào)所占的能耗比高達(dá)35-45%以上，是機(jī)房中動力設(shè)備最大的能耗來源，而壓縮機(jī)的能耗占整個空調(diào)系統(tǒng)的70%～80%。目前數(shù)據(jù)機(jī)房大多采用機(jī)械制冷，即電制冷利用壓縮機(jī)壓縮冷媒的方式為數(shù)據(jù)中心提供冷量，隨著通信行業(yè)的高速發(fā)展，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和運算次數(shù)迅速增長，設(shè)備的發(fā)熱量指數(shù)呈曲線上升，如何優(yōu)化氣流組織、提高空調(diào)效率、利用自然冷源降低機(jī)房PUE值成為關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提出一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及其操作方法，為解決數(shù)據(jù)中心及通信機(jī)房降溫，充分利用西部干空氣能，采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)及自由冷換熱完成機(jī)房溫度控制要求，可替代傳統(tǒng)機(jī)械制冷系統(tǒng)，可提高機(jī)房制冷降溫的安全性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，包括機(jī)房專用末端空調(diào)、板式換熱器、風(fēng)閥和排風(fēng)機(jī)；其特征在于：所述蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)還由制冷水裝置、第三循環(huán)水泵、第四循環(huán)水泵和新風(fēng)機(jī)組連接組成；

所述制冷水裝置由過濾凈化裝置、自由冷表冷器、第一級立管間接換熱器、布水器、循環(huán)水泵、循環(huán)水箱、第二級立管間接換熱器、濕式過濾器和制冷水填料構(gòu)成；所述第一級立管間接換熱器的下方設(shè)有第一循環(huán)水箱，所述第一級立管間接換熱器的上方設(shè)有第一布水器和第一擋水板，所述第一擋水板的上方設(shè)有第一級排風(fēng)機(jī)，所述第一布水器通過第一循環(huán)水泵與所述第一循環(huán)水箱相連；所述第二級立管間接換熱器與所述第一級立管間接換熱器緊鄰設(shè)置，所述第二級立管間接換熱器的下方設(shè)有第二循環(huán)水箱，所述第二級立管間接換熱器的上方設(shè)有第二布水器和第二擋水板，所述第二擋水板的上方設(shè)有第二級排風(fēng)機(jī)，所述第二布水器通過第二循環(huán)水泵與所述第二循環(huán)水箱相連；所述濕式過濾器設(shè)置在第二級立管間接換熱器的右側(cè)，所述濕式過濾器的下方設(shè)有接水盤，所述接水盤通過水管與所述第二循環(huán)水箱相連，所述濕式過濾器的上方設(shè)有與所述第二級立管間接換熱器共用的第二布水器；制冷水專用填料設(shè)置在所述第二級立管間接換熱器的右側(cè)，所述制冷水專用填料下方設(shè)有第三循環(huán)水箱，所述制冷水專用填料的上方設(shè)有第三布水器和第三擋水板，所述主排風(fēng)機(jī)設(shè)置在所述第三擋水板的上方；

所述新風(fēng)機(jī)組依次由機(jī)組過濾裝置、機(jī)組自由冷表冷器、濕式過濾器、機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯和機(jī)組風(fēng)閥組成；所述濕式過濾器的下方設(shè)有機(jī)組第一循環(huán)水箱，所述濕式過濾器的上方設(shè)有機(jī)組第一布水器，所述機(jī)組第一循環(huán)水箱通過機(jī)組第一循環(huán)水泵與所述機(jī)組第一布水器相連；所述機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯的下方設(shè)有機(jī)組第二循環(huán)水箱，所述機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯的上方設(shè)有機(jī)組第二布水器，所述機(jī)組第二循環(huán)水箱通過機(jī)組第二循環(huán)水泵與所述機(jī)組第二布水器相連；

所述機(jī)房專用末端空調(diào)、新風(fēng)機(jī)組、第四循環(huán)水泵、板式換熱器、第三循環(huán)水泵、制冷水裝置、風(fēng)閥以及排風(fēng)機(jī)連接構(gòu)成循環(huán)回路，所述板式換熱器前端設(shè)有換熱器前閥門，所述板式換熱器后端設(shè)有換熱器后閥門；所述第三循環(huán)水泵前端設(shè)有第三循環(huán)水泵前閥門，所述第三循環(huán)水泵后端設(shè)有第三循環(huán)水泵后閥門；所述第四循環(huán)水泵前端設(shè)有第四循環(huán)水泵前閥門，所述第四循環(huán)水泵后端設(shè)有第四循環(huán)水泵后閥門；所述制冷水裝置上的出水管與所述換熱器前閥門作用連接，所述制冷水裝置上的回水口與所述第三循環(huán)水泵前閥門作用連接，所述機(jī)房專用末端空調(diào)上的表冷器一端與所述第四循環(huán)水泵作用連接，所述機(jī)房專用末端空調(diào)上的表冷器另一端與所述制冷水裝置上的自由冷表冷器出水口作用連接；所述機(jī)房專用末端空調(diào)中的送風(fēng)機(jī)直接作用于服務(wù)機(jī)柜。

所述制冷水裝置的數(shù)量不少于3個。

所述第一級立管間接換熱器和第二級立管間接換熱器中的立管為圓形鋁管，立管管徑為16～25mm，立管呈梅花型布置，立管橫向間距為35mm，立管縱向間距為30mm。

所述濕式過濾器的數(shù)量為1～3級。

所述蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中的第三循環(huán)水泵和板式換熱器為一用一備模式。

一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，操作步驟如下：

(1)制冷水裝置制取冷水通過回水口進(jìn)入第三循環(huán)水泵；

(2)冷水通過管道進(jìn)入板式換熱器的一側(cè)進(jìn)行熱交換；

(3)熱交換后的熱水再通過出水管流回制冷水裝置，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(4)從機(jī)房專用末端空調(diào)中表冷器的回水口流回的熱水通過第四循環(huán)水泵進(jìn)入板式換熱器的另一側(cè)實現(xiàn)換熱；

(5)換熱后產(chǎn)生的冷水通過表冷器的進(jìn)水口供給機(jī)房專用末端空調(diào)中的表冷器，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(6)通過自由冷表冷器換熱后的冷水通過自由冷表冷器出水口，通過表冷器(12-b)的進(jìn)水口流入機(jī)房專用末端空調(diào)中的表冷器進(jìn)行換熱；

(7)換熱后的熱水通過表冷器的回水口進(jìn)入第四循環(huán)水泵，通過自由冷表冷器回水口流回制冷水裝置中的自由冷表冷器，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(8)在機(jī)房專用末端空調(diào)不能滿足機(jī)房冷量需求的情況下，開啟新風(fēng)機(jī)組中風(fēng)閥，并關(guān)閉機(jī)房專用末端空調(diào)中的風(fēng)閥，同時開啟風(fēng)閥及排風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)機(jī)房降溫；

(9)開啟新風(fēng)機(jī)組中風(fēng)閥的同時，關(guān)閉閥門7、9，開啟閥門8、10，使系統(tǒng)冷水進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組中的表冷器進(jìn)行循環(huán)，經(jīng)過處理后室外空氣進(jìn)入表冷器進(jìn)行預(yù)冷，再進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組的其他功能段進(jìn)行處理，最后送入機(jī)房。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出的一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及其操作方法，裝置結(jié)構(gòu)新穎，工作原理清晰，本裝置解決了數(shù)據(jù)中心及通信機(jī)房的降溫，充分利用西部干空氣能，采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)及自由冷換熱完成機(jī)房溫度控制要求，替代了傳統(tǒng)機(jī)械制冷系統(tǒng)，提高了機(jī)房制冷降溫的安全性能。

具體優(yōu)點如下：

1)裝置采用兩級立管間接蒸發(fā)冷卻，制取的冷風(fēng)溫度更低；

2)本系統(tǒng)無機(jī)械制冷無壓縮機(jī)在制冷量相同的情況下用電量少；

3)本系統(tǒng)蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)側(cè)，采用開式循環(huán)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心末端采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，管路中的水質(zhì)有保證，管路中的冷水換熱效率高，減小了末端堵塞的可能；

4)用新風(fēng)機(jī)組作為極端天氣的冷量儲備，提高了系統(tǒng)的安全性能；

5)末端的閉式循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)充注一定比例的乙二醇防止管路系統(tǒng)凍傷，提高了管路系統(tǒng)的安全性；

6)冬季或者過度季節(jié)，溫度在5℃以下完全實現(xiàn)自由冷來冷卻換熱，極大的提高了整個系統(tǒng)的節(jié)能率；

7)系統(tǒng)運行壓力小、安全穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中制冷水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中新風(fēng)機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中帶有兩個制冷水裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明裝置立管間接換熱器中立管分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明裝置中空氣流經(jīng)立管間接換熱器內(nèi)外通道示意圖。

圖中：制冷水裝置1、過濾凈化裝置1-1、自由冷表冷器1-2、第一循環(huán)水泵1-3、第一循環(huán)水箱1-4、第二循環(huán)水箱1-5、水管1-6、第二循環(huán)水泵1-7、第三循環(huán)水箱1-8、接水盤1-9、制冷水填料1-10、第三布水器1-11、第三擋水板1-12、主排風(fēng)機(jī)1-13、濕式過濾器1-14、第二布水器1-15、第二擋水板1-16、第二級排風(fēng)機(jī)1-17、第二級立管間接換熱器1-18、第一級排風(fēng)機(jī)1-19、第一擋水板1-20、第一布水器1-21、第一級立管間接換熱器1-22、分隔板1-23、自由冷表冷器出水口1-a、自由冷表冷器回水口1-b、出水管1-c、出水管閥門1-c1、回水口1-d、回水口閥門1-d1、第三循環(huán)水泵2、第三循環(huán)水泵前閥門2-1、第三循環(huán)水泵后閥門2-2、板式換熱器3、換熱器前閥門3-1、換熱器后閥門3-2、第四循環(huán)水泵4、第四循環(huán)水泵前閥門4-1、第四循環(huán)水泵后閥門4-2、閥門5、閥門6、閥門7、閥門8、閥門9、閥門10、新風(fēng)機(jī)組11、機(jī)組過濾裝置11-1、機(jī)組自由冷表冷器11-2、機(jī)組第一循環(huán)水泵11-3、機(jī)組第一循環(huán)水箱11-4、濕式過濾器11-5、機(jī)組第二循環(huán)水箱11-6、機(jī)組第二循環(huán)水泵11-7、直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯11-8、機(jī)組第二布水器11-9、機(jī)組第一布水器11-10、表冷器回水口11-a、表冷器進(jìn)水口11-b、機(jī)組風(fēng)閥11-c、機(jī)房專用末端空調(diào)12、送風(fēng)機(jī)12-a、表冷器12-b、空調(diào)風(fēng)扇12-c、服務(wù)機(jī)柜13、風(fēng)閥14、排風(fēng)機(jī)15。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1-6所示，一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，包括機(jī)房專用末端空調(diào)12、板式換熱器3、風(fēng)閥14和排風(fēng)機(jī)15；蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)還由制冷水裝置1、第三循環(huán)水泵2、第四循環(huán)水泵4和新風(fēng)機(jī)組11連接組成；

制冷水裝置1由過濾凈化裝置1-1、自由冷表冷器1-2、第一級立管間接換熱器1-22、布水器、循環(huán)水泵、循環(huán)水箱、第二級立管間接換熱器1-18和濕式過濾器1-14構(gòu)成；第一級立管間接換熱器1-22的下方設(shè)有第一循環(huán)水箱1-4，第一級立管間接換熱器1-22的上方設(shè)有第一布水器1-21和第一擋水板1-20，第一擋水板1-20的上方設(shè)有第一級排風(fēng)機(jī)1-19，第一布水器1-21通過第一循環(huán)水泵1-3與第一循環(huán)水箱1-4相連；第二級立管間接換熱器1-18與第一級立管間接換熱器1-22緊鄰設(shè)置，第二級立管間接換熱器1-18的下方設(shè)有第二循環(huán)水箱1-5，第二級立管間接換熱器1-18的上方設(shè)有第二布水器1-15和第二擋水板1-16，第二擋水板1-16的上方設(shè)有第二級排風(fēng)機(jī)1-17，第二布水器1-15通過第二循環(huán)水泵1-7與第二循環(huán)水箱1-5相連；濕式過濾器1-14設(shè)置在第二級立管間接換熱器1-18的右側(cè)，濕式過濾器1-14的下方設(shè)有接水盤1-9，接水盤1-9通過水管1-6與第二循環(huán)水箱1-5相連，濕式過濾器1-14的上方設(shè)有與第二級立管間接換熱器1-18共用的第二布水器1-15；制冷水專用填料1-10設(shè)置在濕式過濾器1-14的右側(cè)，制冷水專用填料1-10下方設(shè)有第三循環(huán)水箱1-8，制冷水專用填料1-10的上方設(shè)有第三布水器1-11和第三擋水板1-12，主排風(fēng)機(jī)1-13設(shè)置在第三擋水板1-12的上方；

新風(fēng)機(jī)組11依次由機(jī)組過濾裝置11-1、機(jī)組自由冷表冷器11-2、濕式過濾器11-5、機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯11-8和機(jī)組風(fēng)閥11-c組成；濕式過濾器11-5的下方設(shè)有機(jī)組第一循環(huán)水箱11-4，濕式過濾器11-5的上方設(shè)有機(jī)組第一布水器11-10，機(jī)組第一循環(huán)水箱11-4通過機(jī)組第一循環(huán)水泵11-3與機(jī)組第一布水器11-10相連；機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯11-8的下方設(shè)有機(jī)組第二循環(huán)水箱11-6，機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻機(jī)芯11-8的上方設(shè)有機(jī)組第二布水器11-9，機(jī)組第二循環(huán)水箱11-6通過機(jī)組第二循環(huán)水泵11-7與機(jī)組第二布水器11-9相連；

機(jī)房專用末端空調(diào)12、新風(fēng)機(jī)組11、第四循環(huán)水泵4、板式換熱器3、第三循環(huán)水泵2、制冷水裝置1、風(fēng)閥14以及排風(fēng)機(jī)15連接構(gòu)成循環(huán)回路，板式換熱器3前端設(shè)有換熱器前閥門3-1，板式換熱器后端設(shè)有換熱器后閥門3-2；第三循環(huán)水泵2前端設(shè)有第三循環(huán)水泵前閥門2-1，第三循環(huán)水泵2后端設(shè)有第三循環(huán)水泵后閥門2-2；第四循環(huán)水泵4前端設(shè)有第四循環(huán)水泵前閥門4-1，第四循環(huán)水泵4后端設(shè)有第四循環(huán)水泵后閥門4-2；制冷水裝置1上的出水管1-c與換熱器前閥門3-1作用連接，制冷水裝置1上的回水口1-d與第三循環(huán)水泵前閥門2-1作用連接，機(jī)房專用末端空調(diào)12上的表冷器12-b一端與第四循環(huán)水泵4作用連接，機(jī)房專用末端空調(diào)12上的表冷器12-b另一端與制冷水裝置1上的自由冷表冷器出水口1-a作用連接；機(jī)房專用末端空調(diào)12中的送風(fēng)機(jī)12-a直接作用于服務(wù)機(jī)柜13。

如圖1-6所示，一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，所述制冷水裝置1的數(shù)量不少于3個；第一級立管間接換熱器1-22和第二級立管間接換熱器1-18中的立管為圓形鋁管，立管管徑為16～25mm，立管呈梅花型布置，立管橫向間距為35mm，立管縱向間距為30mm；濕式過濾器11-5的數(shù)量為1～3級；蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中的第三循環(huán)水泵2和板式換熱器3為一用一備模式。

如圖1-6所示，一種利用應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的操作方法，操作步驟如下：

(1)制冷水裝置1制取冷水通過回水口1-d進(jìn)入第三循環(huán)水泵2；

(2)冷水通過管道進(jìn)入板式換熱器3的一側(cè)進(jìn)行熱交換；

(3)熱交換后的熱水再通過出水管1-c流回制冷水裝置1，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(4)從機(jī)房專用末端空調(diào)12中表冷器12-b的回水口流回的熱水通過第四循環(huán)水泵4進(jìn)入板式換熱器3的另一側(cè)實現(xiàn)換熱；

(5)換熱后產(chǎn)生的冷水通過表冷器12-b的進(jìn)水口供給機(jī)房專用末端空調(diào)12中的表冷器12-b，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(6)通過自由冷表冷器換熱后的冷水通過自由冷表冷器出水口1-a，進(jìn)入表冷器12-b的進(jìn)水口流入機(jī)房專用末端空調(diào)12進(jìn)行換熱；

(7)換熱后的熱水通過表冷器12-b的回水口進(jìn)入第四循環(huán)水泵4，通過自由冷表冷器回水口1-b流回制冷水裝置1中的自由冷表冷器1-2，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；

(8)在機(jī)房專用末端空調(diào)12不能滿足機(jī)房冷量需求的情況下，開啟新風(fēng)機(jī)組11中風(fēng)閥11-c，并關(guān)閉機(jī)房專用末端空調(diào)12中的風(fēng)閥12-c，同時開啟風(fēng)閥14及排風(fēng)機(jī)15，實現(xiàn)機(jī)房降溫；

(9)開啟新風(fēng)機(jī)組11中風(fēng)閥11-c的同時，關(guān)閉閥門7、9，開啟閥門8、10，使系統(tǒng)冷水進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組11中的表冷器12-b進(jìn)行循環(huán)，經(jīng)過處理后室外空氣進(jìn)入表冷器12-b進(jìn)行預(yù)冷，再進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組11的其他功能段進(jìn)行處理，最后送入機(jī)房。

如圖1-6所示，一種應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心無機(jī)械制冷的高效節(jié)能蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的工作原理如下：

(1)夏季系統(tǒng)運行工作原理：制冷水裝置1制取冷水通過出水接口1-d進(jìn)入循環(huán)水泵2，然后通過管道進(jìn)入板式換熱器3的一側(cè)進(jìn)行熱交換，熱交換后的熱水再通過回水接口1-c流回制冷水裝置1；從機(jī)房專用末端空調(diào)12中表冷器12-b的回水口流回的熱水通過循環(huán)水泵4進(jìn)入板式換熱器3的另一側(cè)實現(xiàn)換熱，換熱后產(chǎn)生的冷水通過表冷器12-b的進(jìn)水口供給機(jī)房專用末端空調(diào)12中的表冷器12-b，實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)運行；(在本系統(tǒng)運行期間，閥門1-c1、1-d1、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、7、9根據(jù)系統(tǒng)具體情況常啟，閥門5、6、8、10常閉)；如果夏季機(jī)房專用末端空調(diào)12不能滿足機(jī)房冷量需求，開啟新風(fēng)機(jī)組11中風(fēng)閥11-c，并關(guān)閉機(jī)房專用末端空調(diào)12中的風(fēng)閥12-c，同時開啟風(fēng)閥14及排風(fēng)機(jī)15，實現(xiàn)機(jī)房降溫；在新風(fēng)機(jī)組中設(shè)置表冷器，開啟新風(fēng)機(jī)組11中風(fēng)閥11-c的同時，關(guān)閉閥門7、9，開啟閥門8、10，使系統(tǒng)冷水進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組11中的表冷器進(jìn)行循環(huán)，經(jīng)過處理后室外空氣進(jìn)入表冷器進(jìn)行預(yù)冷，再進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組11的其他功能段進(jìn)行處理，最后送入機(jī)房。

(2)冬季系統(tǒng)運行工作原理：在制冷水裝置1進(jìn)風(fēng)口處設(shè)有自由冷表冷器，通過自由冷表冷器換熱后的冷水通過自由冷表冷器出水口1-a，進(jìn)入表冷器12-b的進(jìn)水口流入機(jī)房專用末端空調(diào)12進(jìn)行換熱，換熱后的熱水通過表冷器12-b的回水口進(jìn)入循環(huán)水泵4，通過自由冷表冷器回水口1-b流回冷水機(jī)組1中的自由冷表冷器。