本專利涉及數(shù)據(jù)中心自然冷卻領(lǐng)域，具體涉及一種單級(jí)獨(dú)立式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

常用的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱系統(tǒng)中，服務(wù)器CPU等高密度熱源采用液冷通道散熱，即液態(tài)流體通過與服務(wù)器主要發(fā)熱芯片隔離接觸吸熱，帶走了服務(wù)器總發(fā)熱量70%～80%，而剩下的20%～30%的服務(wù)器熱量則通過風(fēng)冷通道帶走。由于液冷通道散熱效率高，因此采用自然冷卻即可滿足散熱需求，無需壓縮機(jī)參與制備冷源，整體能耗低，而風(fēng)冷通道還是有壓縮機(jī)參與制冷，所以風(fēng)冷通道的壓縮機(jī)能耗成為最新散熱系統(tǒng)主要能耗設(shè)備。

傳統(tǒng)的機(jī)房冷凍水空調(diào)系統(tǒng)末端送風(fēng)溫度約為15℃~16℃，在新版GB 50174《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中，服務(wù)器允許進(jìn)風(fēng)溫度提高到32℃，即表明提高后的服務(wù)器允許進(jìn)風(fēng)溫度也可滿足服務(wù)器散熱要求，同時(shí)服務(wù)器主要發(fā)熱量已經(jīng)通過高效的液冷通道散發(fā)出去，只剩下小部分分散式發(fā)熱量，這使得風(fēng)冷通道去除壓縮機(jī)，利用自然冷源進(jìn)行散熱成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利提供一種單級(jí)獨(dú)立式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，能夠充分利用自然冷源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心自然冷卻，節(jié)約能源。

針對(duì)本專利來說，上述技術(shù)問題是這樣加以解決的：一種單級(jí)獨(dú)立式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，包括液冷模塊、第一自然散熱裝置、風(fēng)冷裝置和第二自然散熱裝置，所述液冷模塊和第一自然散熱裝置連接形成循環(huán)回路；所述風(fēng)冷裝置和第二自然散熱裝置連接形成循環(huán)回路。

所述液冷模塊用于吸收服務(wù)器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風(fēng)冷裝置用于吸收服務(wù)器中其他元件的分散式熱量。液冷模塊利用液體換熱介質(zhì)比熱容大、對(duì)流換熱快、蒸發(fā)潛熱大等特點(diǎn)，所以才能夠結(jié)合第一自然散熱裝置對(duì)服務(wù)器主要發(fā)熱元件進(jìn)行自然冷卻，滿足散熱需求，同時(shí)因?yàn)榉?wù)器中70%~80%的熱量已被液冷模塊帶走，服務(wù)器中其余的分布式熱量允許進(jìn)一步提高送風(fēng)溫度到32℃，這使得風(fēng)冷裝置能夠結(jié)合第二自然散熱裝置對(duì)其他元件進(jìn)行自然冷卻。綜上，本專利采用自然冷源進(jìn)行散熱，減少了機(jī)械制冷中壓縮機(jī)等部件的運(yùn)行和維護(hù)成本，極大地降低了能耗，節(jié)省了能源。

進(jìn)一步地，還包括溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)包括第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、溫度補(bǔ)償控制器以及制冷裝置，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別設(shè)于風(fēng)冷裝置的進(jìn)、出口處；所述制冷裝置與第二自然散熱裝置并聯(lián)，兩者同時(shí)連接風(fēng)冷裝置形成循環(huán)回路，第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、制冷裝置分別與溫度補(bǔ)償控制器電連接。

所述溫度補(bǔ)償控制器通過獲取第一溫度傳感器和第二溫度傳感器采集到的信息控制制冷裝置的工作與否，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅骰虻诙囟葌鞲衅魉鶛z測到的溫度高于預(yù)先設(shè)定的溫度值時(shí)，溫度補(bǔ)償控制器啟動(dòng)制冷裝置對(duì)第二自然散熱裝置進(jìn)行制冷補(bǔ)償，以便應(yīng)對(duì)過高的環(huán)境溫度下第二自然散熱裝置散熱效率低的問題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還包括設(shè)于風(fēng)冷裝置與第二換熱器之間的循環(huán)回路上的流量傳感器，溫度補(bǔ)償控制器與流量傳感器電連接。

當(dāng)流量傳感器所檢測到的循環(huán)回路中流量低于預(yù)先設(shè)定的流量值時(shí)，也即循環(huán)回路兩側(cè)溫差小，從而壓力差小，導(dǎo)致流量小時(shí)，溫度補(bǔ)償控制器啟動(dòng)制冷裝置對(duì)第二自然散熱裝置進(jìn)行制冷補(bǔ)償，以便在高溫下第二自然散熱裝置散熱慢的時(shí)候保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還包括設(shè)于制冷裝置所在的支路上的第一電動(dòng)閥，溫度補(bǔ)償控制器與第一電動(dòng)閥電連接。

所述溫度補(bǔ)償控制器通過控制第一電動(dòng)閥的開度來控制制冷裝置的制冷補(bǔ)償量，而該制冷補(bǔ)償量又可以通過第一溫度傳感器和第二溫度傳感器檢測到的溫度數(shù)值進(jìn)行判斷，靈活性好，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，所述制冷裝置包括按順序依次連接形成循環(huán)回路的壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器以及節(jié)流裝置，蒸發(fā)器與第二自然散熱裝置并聯(lián)，同時(shí)連接第二換熱器形成循環(huán)回路，溫度補(bǔ)償控制器與壓縮機(jī)電連接，蒸發(fā)器與第二自然散熱裝置并聯(lián)，同時(shí)連接風(fēng)冷裝置形成循環(huán)回路。

進(jìn)一步地，所述風(fēng)冷裝置包括盤管和設(shè)在盤管上的風(fēng)機(jī)；所述制冷裝置與第二自然散熱裝置并聯(lián)，兩者同時(shí)連接盤管形成循環(huán)回路；所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別設(shè)于盤管的進(jìn)、出口處。

進(jìn)一步地，還包括盤管防凝露系統(tǒng)，所述盤管防凝露系統(tǒng)包括盤管防凝露控制器以及溫濕度傳感器，溫濕度傳感器設(shè)于室內(nèi)，盤管防凝露控制器分別電連接第三溫度傳感器、溫濕度傳感器和第二自然散熱裝置。

所述盤管防凝露控制器通過接收溫濕度傳感器檢測到的室內(nèi)溫濕度來確定露點(diǎn)溫度，接著判斷第一溫度傳感器檢測到的盤管進(jìn)口處換熱介質(zhì)的溫度是否低于露點(diǎn)溫度，若是，則降低第二自然散熱裝置的運(yùn)行頻率，從而將盤管所在循環(huán)回路中換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，確保盤管無凝露現(xiàn)象，防止盤管凝露滴水導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述盤管防凝露系統(tǒng)還包括設(shè)于盤管進(jìn)口或出口上的水泵，盤管防凝露控制器與水泵電連接。

所述盤管防凝露控制器還可以通過降低水泵的運(yùn)行頻率來降低盤管與第二自然散熱裝置之間的換熱效率，從而將另一側(cè)循環(huán)回路中換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，靈活性好，更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述盤管防凝露系統(tǒng)還包括設(shè)有第二電動(dòng)閥的旁通管路；所述旁通管路同時(shí)與第二自然散熱裝置和制冷裝置并聯(lián)，三者同時(shí)與盤管連接形成循環(huán)回路；所述盤管防凝露控制器與第二電動(dòng)閥電連接。

所述盤管防凝露控制器還可以通過擴(kuò)大第二電動(dòng)閥的開度，使旁通管路打開，降低盤管與第二自然散熱裝置相連一側(cè)的換熱效率，從而將另一側(cè)循環(huán)回路中換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，靈活性好，更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本專利的有益效果為：

1、所述液冷模塊和風(fēng)冷裝置分別通過第一自然散熱裝置和第二自然散熱裝置進(jìn)行自然冷卻，極大地降低了能耗。

2、通過溫度補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)第二自然散熱裝置進(jìn)行制冷補(bǔ)償，增強(qiáng)高溫環(huán)境下的適應(yīng)性，可靠性高。

3、還加入了盤管防凝露系統(tǒng)，確保盤管無凝露現(xiàn)象，防止盤管凝露滴水導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1是本專利的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種單級(jí)獨(dú)立式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)，包括液冷模塊1、第一自然散熱裝置4、風(fēng)冷裝置6、第二自然散熱裝置10，所述液冷模塊1通過第一水泵2與第一自然散熱裝置4連接形成循環(huán)回路，風(fēng)冷裝置6通過第二水泵7與第二自然散熱裝置10連接形成循環(huán)回路。

所述液冷模塊1用于吸收服務(wù)器中主要發(fā)熱元件的集中式熱量，風(fēng)冷裝置6用于吸收服務(wù)器中其他元件的分散式熱量。液冷模塊1利用液體換熱介質(zhì)比熱容大、對(duì)流換熱快、蒸發(fā)潛熱大等特點(diǎn)，所以才能夠結(jié)合第一自然散熱裝置4對(duì)服務(wù)器主要發(fā)熱元件進(jìn)行自然冷卻，滿足散熱需求，同時(shí)因?yàn)榉?wù)器中70%~80%的熱量已被液冷模塊帶走，服務(wù)器中其余的分布式熱量允許進(jìn)一步提高送風(fēng)溫度到32℃，這使得風(fēng)冷裝置6能夠結(jié)合第二自然散熱裝置10對(duì)其他元件進(jìn)行自然冷卻。綜上，本專利采用自然冷源進(jìn)行散熱，減少了機(jī)械制冷中壓縮機(jī)等部件的運(yùn)行和維護(hù)成本，極大地降低了能耗，節(jié)省了能源。

該系統(tǒng)還包括溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)包括第一溫度傳感器15、第二溫度傳感器16、溫度補(bǔ)償控制器（圖中未標(biāo)出）、第一電動(dòng)閥12以及制冷裝置11，所述第一溫度傳感器15和第二溫度傳感器16分別設(shè)于風(fēng)冷裝置6的進(jìn)、出口處，制冷裝置11與第二散熱裝置10并聯(lián)，同時(shí)通過第二水泵7連接風(fēng)冷裝置6形成循環(huán)回路，第一溫度傳感器15、第二溫度傳感器16、制冷裝置11分別與溫度補(bǔ)償控制器電連接。

所述溫度補(bǔ)償控制器通過獲取第一溫度傳感器15和第二溫度傳感器16采集到的信息控制制冷裝置11的開關(guān)，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?5或第二溫度傳感器16所檢測到的溫度高于預(yù)先設(shè)定的溫度值時(shí)，溫度補(bǔ)償控制器啟動(dòng)制冷裝置11對(duì)第二自然散熱裝置10進(jìn)行制冷補(bǔ)償，以便應(yīng)對(duì)過高的環(huán)境溫度下第二自然散熱裝置10散熱效率低的問題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還包括設(shè)于風(fēng)冷裝置6進(jìn)口處的流量傳感器14，溫度補(bǔ)償控制器與流量傳感器14電連接。

當(dāng)流量傳感器14所檢測到的循環(huán)回路中流量低于預(yù)先設(shè)定的流量值時(shí)，也即循環(huán)回路兩側(cè)溫差小，從而壓力差小，導(dǎo)致流量小時(shí)，溫度補(bǔ)償控制器啟動(dòng)制冷裝置11對(duì)第二自然散熱裝置10進(jìn)行制冷補(bǔ)償，以便在高溫下第二自然散熱裝置10散熱慢的時(shí)候保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

所述溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還包括設(shè)于制冷裝置11所在的支路上的第一電動(dòng)閥12，溫度補(bǔ)償控制器與第一電動(dòng)閥12電連接。

所述溫度補(bǔ)償控制器通過控制第一電動(dòng)閥12的開度來控制制冷裝置11的制冷補(bǔ)償量，而該制冷補(bǔ)償量可以通過第一溫度傳感器15和第二溫度傳感器16檢測到的溫度數(shù)值進(jìn)行判斷，靈活性好，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

所述風(fēng)冷裝置6包括盤管（圖中未標(biāo)出）和設(shè)在盤管上的風(fēng)機(jī)（圖中未標(biāo)出），所述盤管連接形成循環(huán)回路。

所述制冷裝置11包括按順序依次連接形成循環(huán)回路的壓縮機(jī)（圖中未標(biāo)出）、蒸發(fā)器（圖中未標(biāo)出）、冷凝器（圖中未標(biāo)出）以及節(jié)流裝置（圖中未標(biāo)出），溫度補(bǔ)償控制器與壓縮機(jī)電連接；所述蒸發(fā)器與第二自然散熱裝置10并聯(lián)，同時(shí)通過第二水泵7連接盤管形成循環(huán)回路，蒸發(fā)器所在的支路上設(shè)有第一電動(dòng)閥12。

還包括盤管防凝露系統(tǒng)，所述盤管防凝露系統(tǒng)包括盤管防凝露控制器（圖中未標(biāo)出）、第一溫度傳感器15以及溫濕度傳感器17，溫濕度傳感器17設(shè)于室內(nèi)，盤管防凝露控制器分別電連接第一溫度傳感器15、溫濕度傳感器17和第二自然散熱裝置10。

所述盤管防凝露控制器通過接收溫濕度傳感器17檢測到的室內(nèi)溫濕度來確定露點(diǎn)溫度，接著判斷第一溫度傳感器15檢測到的盤管進(jìn)口處換熱介質(zhì)的溫度是否低于露點(diǎn)溫度，若是，則降低第二自然散熱裝置10的運(yùn)行頻率，從而將換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，確保盤管無凝露現(xiàn)象，防止盤管凝露滴水導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

所述盤管防凝露控制器與第二水泵7電連接。

所述盤管防凝露控制器還可以通過降低第二水泵7的運(yùn)行頻率來降低盤管與第二自然散熱裝置10之間的換熱效率，從而將換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，靈活性好，更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

所述盤管防凝露系統(tǒng)還包括設(shè)有第二電動(dòng)閥13的旁通管路（圖中未標(biāo)出）；所述旁通管路同時(shí)與第二自然散熱裝置10和制冷裝置11并聯(lián)，三者同時(shí)通過第二水泵7與盤管連接形成循環(huán)回路，盤管防凝露控制器與第二電動(dòng)閥13電連接。

所述盤管防凝露控制器還可以通過擴(kuò)大第二電動(dòng)閥13的開度，使旁通管路打開，降低盤管與第二自然散熱裝置10的換熱效率，從而將換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，靈活性好，更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

具體實(shí)施過程中，所述第一自然散熱裝置4和第二自然散熱裝置10可為開式冷卻塔、閉式冷卻塔或空冷器等自然冷卻設(shè)備，且均配有風(fēng)機(jī)（圖中未標(biāo)出）；所述液冷模塊1為熱管水冷模塊，利用熱管熱阻低和導(dǎo)熱效率高的特點(diǎn)，無需外力驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)冷凝循環(huán)，實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)熱，散熱效果好；所述盤管防凝露控制器與第二自然散熱裝置10上的風(fēng)機(jī)電連接，通過控制風(fēng)機(jī)的頻率來控制第二自然散熱裝置10的制冷量大小。

本專利一種單級(jí)獨(dú)立式液氣雙通道自然冷卻數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)的工作原理如下：

所述熱管水冷模塊吸收服務(wù)器主要發(fā)熱元件的熱量，風(fēng)冷裝置6吸收服務(wù)器中其他元件的分散式熱量，這兩種熱量分別釋放到第一自然散熱裝置4和第二自然散熱裝置10中，最終利用自然冷源帶走。

當(dāng)所述第一溫度傳感器15或第二溫度傳感器16采集到的溫度值低于預(yù)先設(shè)定的溫度值，又或者流量傳感器14采集到的流量值高于預(yù)先設(shè)定的流量值時(shí)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，制冷裝置11關(guān)閉，完全利用自然冷源進(jìn)行散熱，能耗低；當(dāng)所述第一溫度傳感器15或第二溫度傳感器16采集到的溫度值低于預(yù)先設(shè)定的溫度值，又或者流量傳感器14采集到的流量值高于預(yù)先設(shè)定的流量值時(shí)，第二自然散熱裝置10的制冷量不能滿足服務(wù)器的分散式熱量散發(fā)要求，溫度補(bǔ)償控制器啟動(dòng)制冷裝置11，并通過所需的制冷補(bǔ)償量控制第一電動(dòng)閥12的開度來進(jìn)行制冷補(bǔ)償，該制冷補(bǔ)償量通過第一溫度傳感器15和第二溫度傳感器16檢測到的溫度數(shù)值進(jìn)行判斷，靈活性好，能夠充分導(dǎo)出分散式熱量，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

所述盤管防凝露控制器通過接收溫濕度傳感器17檢測到的室內(nèi)溫濕度來確定露點(diǎn)溫度，接著判斷第一溫度傳感器15檢測到的盤管進(jìn)口處換熱介質(zhì)的溫度是否低于露點(diǎn)溫度，若是，則降低第二自然散熱裝置10和第四水泵9的運(yùn)行頻率，并擴(kuò)大第二電動(dòng)閥13的開度，使旁通管路打開，降低盤管與第二自然散熱裝置10的換熱效率，從而將換熱介質(zhì)的溫度提高至露點(diǎn)溫度之上，確保盤管無凝露現(xiàn)象，防止盤管凝露滴水導(dǎo)致的電路短路、霉菌滋生和材料腐蝕等安全隱患，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；若否，則系統(tǒng)正常運(yùn)行。