一種雙冷源多工況水蓄冷系統的製作方法

2023-06-25 07:22:39 1

本實用新型涉及供冷和蓄冷空調系統領域，特別是涉及一種雙冷源多工況水蓄冷系統。

背景技術：

隨著電子信息技術發展，特別是多元化網際網路應用不斷演進以及傳統電信運營商向ICT轉型，IDC（數據中心）規模日益增大，IT設備發熱量升高，單機架功率不斷增大，為維持數據機房內伺服器的正常運行，需要為數據機房提供的冷量也不斷增大，整個空調系統運行費用也隨之極速增加。

目前，我國在建築熱工設計上被劃分為嚴寒地區、寒冷地區、溫和地區、夏熱冬冷地區以及夏熱冬暖地區，根據現有的對自然冷源運用於數據中心的研究，我國嚴寒地區的數據中心應用自然冷源的節能百分比普遍在50%-60%左右，而寒冷地區的節能百分比普遍在40%-60%左右，且在全國範圍內適用自然冷卻的區域超過2/3以上。

然而在數據中心的空調系統中，基本很少涉及到利用自然冷源來冷卻數據機房設備的部分，這對於數據機房建在秋冬過渡期以及春初環境溫度低於10℃的我國的部分區域，自然冷源得不到充分利用，冷源浪費巨大。在現有的一些設計中，有的也考慮到了利用自然冷源，但是也存在一定的缺陷。也就是在自然冷源缺乏無法滿足負荷需求時再通過製冷主機製冷來補充，此時由於補充的冷量不多，製冷主機製冷效率很低。常用的水蓄冷系統蓄冷冷量基本來自於製冷主機，耗電量大，雖利用低谷電價進行製冷節約冷源成本，但在可利用自然冷源的區域，主機給蓄冷罐蓄冷的方式並不是是最經濟的儲冷方式。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型提供一種結合自然冷源及水蓄冷系統並能降低運行費用的雙冷源多工況水蓄冷系統。

本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種雙冷源多工況水蓄冷系統，包括製冷主機，製冷主機設有冷卻塔，製冷主機與冷卻塔設置為一主機冷卻循環迴路，主機冷卻循環迴路設有冷卻泵，製冷主機連接末端負荷並與末端負荷設置為一主機獨立供冷循環迴路，主機獨立供冷循環迴路上設有冷凍泵，末端負荷還設有蓄冷罐並與蓄冷罐設置為循環迴路，蓄冷罐與製冷主機和冷卻塔分別設置為循環迴路，蓄冷罐設有蓄冷泵，製冷主機、末端負荷和蓄冷罐為並聯設置。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，製冷主機的一端設有電磁閥二及另一端設有電磁閥一，末端負荷的一端設有電磁閥八及另一端設有冷凍泵,冷凍泵依次連接電磁閥三及電磁閥二，電磁閥八連接製冷主機，冷凍泵兩端並聯設置電磁閥十一。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，蓄冷罐設有上布水裝置及下布水裝置，蓄冷泵連接上布水裝置，蓄冷泵的兩端並聯設置有電磁閥六，蓄冷泵分流至電磁閥四，電磁閥四連接至製冷主機與電磁閥一之間。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，下布水裝置連接至電磁閥五與電磁閥九之間，電磁閥五連接至電磁閥二與電磁閥三之間。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，冷卻塔並聯換熱器，換熱器串聯循環泵Ⅰ，蓄冷罐和末端負荷通過換熱器與冷卻塔換熱。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，末端負荷一端設有的電磁閥八連接循環泵Ⅱ，循環泵Ⅱ連接換熱器，換熱器的另一端分流至電磁閥七和電磁閥九，電磁閥七連接至電磁閥一。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，在磁閥七與電磁閥一之間及電磁閥三和冷凍泵之間設有連接通道，連接通道上設有電磁閥十。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，換熱器串聯溫度計及電磁流量計，溫度計及電磁流量計設置在換熱器分流之前。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，蓄冷泵連接至循環泵Ⅱ與電磁閥八之間。

進一步作為本實用新型技術方案的改進，蓄冷罐設有保溫層、溢流管，蓄冷罐內還設有測溫電纜、及用於補水的補水浮球閥。

本實用新型的有益效果：此雙冷源多工況水蓄冷系統 ，設有的冷卻塔、製冷主機、蓄冷罐分別與末端負荷設置為循環迴路為末端負荷供冷，冷卻塔、製冷主機分別與蓄冷罐設置為循環迴路，將冷源儲藏在蓄冷罐中，再經由蓄冷罐為末端負荷供冷，製冷主機、末端負荷和蓄冷罐為並聯設置的方式，使得整體實現了多模式供冷，儲冷，既可選用製冷主機進行蓄冷也可採用自然冷卻進行蓄冷，克服傳統水蓄冷系統蓄冷冷源單一的問題，且採用自然冷源進行蓄冷，蓄冷成本低。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

圖1是本實用新型實施例整體結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例主機獨立供冷模式結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例主機獨立蓄冷模式結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例蓄冷罐獨立供冷模式結構示意圖；

圖5是本實用新型實施例自然冷卻獨立供冷模式結構示意圖；

圖6是本實用新型實施例自然冷卻獨立蓄冷模式結構示意圖；

圖7是本實用新型實施例自然冷卻主機聯合供冷模式一結構示意圖；

圖8是本實用新型實施例自然冷卻主機聯合供冷模式二結構示意圖；

圖9是本實用新型實施例自然冷卻蓄冷罐聯合供冷模式結構示意圖；

圖10是本實用新型實施例自然冷卻邊蓄冷邊供冷模式結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合實施例和附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本實用新型的目的、特徵和效果。顯然，所描述的實施例只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，基於本實用新型的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬於本實用新型保護的範圍。

參照圖1至圖10，本實用新型為一種雙冷源多工況水蓄冷系統，包括製冷主機18，製冷主機18設有冷卻塔22，製冷主機18與冷卻塔22設置為一主機冷卻循環迴路，主機冷卻循環迴路設有冷卻泵15，製冷主機18連接末端負荷20並與末端負荷20設置為一主機獨立供冷循環迴路，主機獨立供冷循環迴路上設有冷凍泵13，末端負荷20還設有蓄冷罐19並與蓄冷罐19設置為循環迴路，蓄冷罐19與製冷主機18和冷卻塔22分別設置為循環迴路，蓄冷罐19設有蓄冷泵16，製冷主機18、末端負荷20和蓄冷罐19為並聯設置。

此雙冷源多工況水蓄冷系統 ，設有的冷卻塔22、製冷主機18、蓄冷罐19分別與末端負荷20設置為循環迴路為末端負荷20供冷，冷卻塔22、製冷主機18分別與蓄冷罐19設置為循環迴路，將冷源儲藏在蓄冷罐19中，再經由蓄冷罐19為末端負荷20供冷，製冷主機18、末端負荷20和蓄冷罐19為並聯設置的方式，使得整體實現了多模式供冷，儲冷，既可選用製冷主機進行蓄冷也可採用自然冷卻進行蓄冷，克服傳統水蓄冷系統蓄冷冷源單一的問題，且採用自然冷源進行蓄冷，蓄冷成本低。

作為本實用新型優選的實施方式，製冷主機18的一端設有電磁閥二2及另一端設有電磁閥一1，末端負荷20的一端設有電磁閥八8及另一端設有冷凍泵13,冷凍泵13依次連接電磁閥三3及電磁閥二2，電磁閥八8連接製冷主機18，冷凍泵13兩端並聯設置電磁閥十一11。

作為本實用新型優選的實施方式，蓄冷罐19設有上布水裝置24及下布水裝置25，蓄冷泵16連接上布水裝置24，蓄冷泵16的兩端並聯設置有電磁閥六6，蓄冷泵16分流至電磁閥四4，電磁閥四4連接至製冷主機18與電磁閥一1之間。

作為本實用新型優選的實施方式，下布水裝置25連接至電磁閥五5與電磁閥九9之間，電磁閥五5連接至電磁閥二2與電磁閥三3之間。

作為本實用新型優選的實施方式，冷卻塔22並聯換熱器21，換熱器21串聯循環泵Ⅰ14，蓄冷罐19和末端負荷20通過換熱器21與冷卻塔22換熱。

作為本實用新型優選的實施方式，末端負荷20一端設有的電磁閥八8連接循環泵Ⅱ17，循環泵Ⅱ17連接換熱器21，換熱器21的另一端分流至電磁閥七7和電磁閥九9，電磁閥七7連接至電磁閥一1。

作為本實用新型優選的實施方式，在磁閥七7與電磁閥一1之間及電磁閥三3和冷凍泵13之間設有連接通道，連接通道上設有電磁閥十10。

作為本實用新型優選的實施方式，換熱器21串聯溫度計29及電磁流量計28，溫度計29及電磁流量計28設置在換熱器21分流之前。

作為本實用新型優選的實施方式，蓄冷泵16連接至循環泵Ⅱ17與電磁閥八8之間。

作為本實用新型優選的實施方式，蓄冷罐19設有保溫層、溢流管26，蓄冷罐19內還設有測溫電纜27、及用於補水的補水浮球閥23。

本實用新型優選實施例，包括製冷主機18、冷卻塔22、換熱器21、蓄冷罐19、末端負荷20、電磁閥V1-V12、水泵B1-B5、上布水裝置24、下布水裝置25、蓄冷罐的補水浮球閥23、蓄冷罐的溢流管26、測溫電纜27、電磁流量計28以及溫度計29，換熱器21 S1埠與製冷主機18冷凝器以及冷卻塔的一側相連，換熱器21 S2埠與製冷主機18冷凝器以及冷卻塔的另一側相連，換熱器21 S3埠與製冷主機18蒸發器、蓄冷罐的下端進/出水口以及末端負荷20的一側相連，換熱器21 S4埠與制蓄冷罐的上端進/出水口以及末端負荷20的另一側相連，製冷主機18蒸發器同時與蓄冷罐19上、下端進/出水管相連。

製冷主機18的冷凍出水管路經電磁閥V2分為兩路，其中一路經電磁閥V5也分為兩股，其中一股連接至下布水裝置25，另一股經電磁閥V9連接至換熱器21S3出水管；其中另一路經電磁閥V3也分為兩股，其中一股經電磁閥V10連接至換熱器21S3出水管，其中另一股經電磁閥V11/冷凍泵B1作為末端負荷20的冷凍水供水。

末端負荷20的冷凍水出水管經電磁閥V8分為兩路，其中一路經電磁閥V12/循環泵ⅡB5連接至換熱器21 S4進水管；其中另一路分為兩股，其中一股經電磁閥V4連接至製冷主機18的冷凍水進水管，其中另一股經電磁閥V6/蓄冷泵B4連接至上布水裝置24。

換熱器21S3出口和製冷主機18冷凍水進水管之間有電磁閥V1和電磁閥V7，電磁閥V1在製冷主機18進水管的第一個三通之前，電磁閥V7在換熱器21S3出口的第一個三通之後。

冷卻塔22冷卻出水管路分為兩路，其中一路經冷卻泵B3進入到製冷主機冷凝器，其中另一路經循環泵ⅠB2進入到換熱器21S1進水口。

換熱器21S2冷卻水出水管與製冷主機18的冷卻水出水並聯之後連接至冷卻塔22。

電磁閥V11和冷凍泵B1、電磁閥V12和循環泵ⅡB5、電磁閥V6和蓄冷泵B4分別並聯連接。

電磁流量計28以及溫度計29安裝與換熱器21 S3出水口側。換熱器21為板式換熱器。冷凍泵B1、蓄冷泵B4、循環泵ⅠB2、冷卻泵B3、循環泵ⅡB5均為變頻泵，蓄冷罐19外有保溫層以及溢流管26，蓄冷罐內有上下精密的布水器24、25以及蓄冷罐補水裝置補水球閥23。

本實用新型的雙冷源多工況水蓄冷系統有多種運行模式，分別是：1、主機獨立供冷模式，2、主機獨立蓄冷模式，3、蓄冷罐獨立供冷模式，4、自然冷卻獨立供冷模式，5、自然冷卻獨立蓄冷模式，6、自然冷卻與主機聯合供冷模式一，7、自然冷卻與主機聯合供冷模式二，8、自然冷卻與蓄冷罐聯合供冷模式，9、自然冷卻邊供冷邊蓄冷模式。

在本實例中，當室外溫度高無法採用自然冷卻系統時，可採用常規主機製冷為數據中心提供冷源，其運行模式與常規冷凍水空調系統運行模式相同；當夜間低谷電時，可利用製冷主機製冷並將冷量儲存於蓄冷水罐中，次日高峰電時釋放冷量，也可在常規空調系統出現故障時作為應急冷源釋放冷量，其運行模式與常規水蓄冷系統模式相同；當室外溫度較低，但並未能完全實現自然冷卻供冷時，可採用自然冷卻和主機製冷的聯合供冷方式，可先由自然冷卻製冷再經過製冷主機二次製冷，也可以同時製冷，可有效解決環境溫度略高於10℃無法利用自然冷源的缺陷；當冬季自然冷源充足且剛好滿足負荷需求時，可採用自然冷卻系統獨立供冷，利用室外冷源通過逆流式冷卻塔降低冷卻水溫度，再通過板式換熱器與高溫冷凍水進行熱交換，以此降低冷凍水溫度供給末端使用；當冬季自然冷源充足且超過負荷需求時，可在滿足末端負荷需求的前提下將多餘冷量儲存於蓄冷罐中，以備冷量不夠時使用，有效解決冷源浪費的缺陷；當冬季自然冷滿足供冷溫度但冷量不夠時，可通過蓄冷罐和自然冷卻聯合供冷為末端提供冷源，彌補了用主機補充冷量效率低的缺陷。

本實用新型具有多種運行模式，可根據末端負荷需求以及環境溫度，自動切換模式且各種模式之間無縫切換，以保證系統的連續性、可靠性和穩定性。

1）主機獨立供冷模式

主機獨立供冷時設備啟停情況如下：製冷主機18開、冷凍泵13 開、冷卻泵15 開，逆流式冷卻塔22開、電磁閥V2、V3、V4、V8開，其餘設備關。此時末端冷凍水回水通過冷凍泵13 送入製冷主機製冷，經製冷的冷凍水再次供給末端。逆流式冷卻塔用來降低主機冷媒溫度。

2）主機獨立蓄冷模式

主機獨立蓄冷時設備啟停情況如下：製冷主機18開、蓄冷泵16 開、冷卻泵15 開，逆流式冷卻塔22開、電磁閥V2、V4、V5開，其餘設備關。在夜間低谷電時，蓄冷罐19高溫水通過蓄冷泵16 送入製冷主機18製冷，經製冷的冷凍水再次儲存於水罐中，逆流式冷卻塔用來降低主機冷媒溫度。

3）蓄冷罐獨立供冷模式

蓄冷罐19獨立供冷時設備啟停情況如下：冷凍泵13 開、電磁閥V3、V5、V6、V8開，其餘設備關，在次日高峰時，將夜間儲存於蓄冷水罐的冷量通過冷凍泵13送給末端，經末端使用後的回水進入蓄冷罐儲存。

4）自然冷卻獨立供冷模式

自然冷卻獨立供冷時設備啟停情況如下：逆流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14、循環泵Ⅱ17開、電磁閥V7、V8、V10、V11開，其餘設備關，此時通過逆流式冷卻塔換熱的低溫冷卻水通過循環泵Ⅰ14送入板式換熱器，同時末端冷凍水回水通過循環泵Ⅱ17送入板式換熱器與低溫冷卻水進行熱交換，經冷卻的冷凍水供給末端。

5）自然冷卻獨立蓄冷模式

自然冷卻獨立蓄冷時設備啟停情況如下：逆流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14開、蓄冷泵16開、電磁閥V9、V12開，其餘設備關，此時通過逆流式冷卻塔換熱的低溫冷卻水通過循環泵Ⅰ14送入板式換熱器，同時蓄冷水罐高溫水通過蓄冷泵16送入板式換熱器與低溫冷卻水進行熱交換，經冷卻的冷凍水儲存與蓄冷罐中。

6）自然冷卻主機聯合供冷模式一

自然冷卻與主機聯合供冷模式一設備啟停情況：逆流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14、循環泵Ⅱ17開、冷卻泵15開、冷凍泵13開、電磁閥V2、V3、V4、V7、V8、V10開，其餘設備關。此時通過逆流式冷卻塔換熱的低溫冷卻水通過循環泵Ⅰ14送入板式換熱器，同時末端冷凍水回水通過循環泵Ⅱ17送入板式換熱器與低溫冷卻水進行熱交換，經冷卻的冷凍水供給末端，由於供冷量不足，此時需要通過製冷主機進行冷量補充，其製冷主機運行模式如主機獨立供冷模式。

7）自然冷卻主機聯合供冷模式二

自然冷卻與主機聯合供冷模式二設備啟停情況：逆流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14、循環泵Ⅱ17開、冷卻泵15開、冷凍泵13開、電磁閥V1、V2、V3、V7、V8開，其餘設備關。此時通過逆流式冷卻塔換熱的低溫冷卻水通過循環泵Ⅰ14送入板式換熱器，同時末端冷凍水回水通過循環泵Ⅱ17送入板式換熱器與低溫冷卻水進行熱交換，因經熱交換的冷凍水溫度未能達到供冷要求，打開電磁閥V1通過製冷主機進行二次製冷，當冷凍水溫度滿足要求通過冷凍泵供給末端。

8）自然冷卻蓄冷罐聯合供冷模式

自然冷卻與水罐聯合供冷系統主要由：逆流式冷卻塔、循環泵B2、板式換熱器、循環泵Ⅱ17、冷凍泵13、蓄冷罐、末端負荷、相應電磁閥和管道組成。

自然冷卻與水罐聯合供冷模式設備啟停情況：逆流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14、循環泵Ⅱ17開、冷凍泵13開、電磁閥V3、V5、V6、V7、V8、V10開，其餘設備關。

9）自然冷卻邊蓄冷邊供冷模式

自然冷卻邊供冷邊蓄冷系統主要有：逆流式冷卻塔、循環泵B2、板式換熱器、循環泵Ⅱ17、蓄冷泵16、蓄冷罐、末端負荷、相應電磁閥和管道組成。

自然冷卻邊供冷邊蓄冷設備啟停情況：流式冷卻塔開、循環泵Ⅰ14、循環泵Ⅱ17開、蓄冷泵16開、電磁閥V7、V8、V9、V10、V11開，其餘設備關。

此系統在外界溫度低時可利用冷卻水來冷卻冷凍水，只需將常規水冷空調系統的冷卻塔更換為比夏季工況容量大3-4倍的逆流式冷卻塔，增加一套換熱器並改變相應管路即可實現自然冷卻，不但投資成本小並適用於改造工程。

將自然冷卻能與製冷主機進行聯合供冷，如經自然冷卻後水溫達不到要求只需經過製冷主機二次製冷，如溫度滿足要求但流量不夠，只需用製冷主機進行冷量補充即可。另外該系統在外界溫度低於10℃時即可使用，克服了傳統自然冷卻系統的缺陷，有效延長了自然冷卻的使用時間。

當自然冷卻與蓄冷水罐進行聯合放冷時，優先自然冷卻供冷，不夠負荷由蓄冷水罐補充，由蓄冷水罐進行冷量補充是只需開冷凍泵即可並無需開主機，有效解決常規自然冷卻空調系統製冷主機效率下降的問題。

此系統既可選用製冷主機進行蓄冷也可採用自然冷卻進行蓄冷，克服傳統水蓄冷系統蓄冷冷源單一的問題，且採用自然冷源進行蓄冷，蓄冷成本低。

本實用新型提供了一種雙冷源多工況水蓄冷系統，在該系統中，不僅結合了水蓄冷系統實現了數據機房空調運行費用的降低，而且還結合自然冷源在數據機房中的利用技術，充分實現數據機房對自然冷源的利用。

當然，本實用新型創造並不局限於上述實施方式，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做出等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。