冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心及其換熱的方法與流程

2023-10-26 02:24:22 3

技術領域

本發明涉及一種數據中心換熱技術領域，具體地說是一種冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心及其換熱的方法。

背景技術：

隨著電子信息產業的飛速發展，數據中心的發展也進入到一個新的階段。數據中心是全球協作的特定設備網絡，用來在internet網絡基礎設施上傳遞、加速、展示、計算、存儲數據信息。它不僅僅包括計算機系統和其它與之配套的設備（例如通信和存儲系統），還包含冗餘的數據通信連接、環境控制設備、監控設備以及各種安全裝置。

雲計算和虛擬化等新技術的出現，使得數據中心演變成一個迥然不同的環境。然而，任何數據中心都需要某些關鍵要素來保證運作順利。一個標準化的、可預測的環境是任何高質量數據中心的基礎。溫度和溼度必須被嚴格控制，以提供可連續運行的溫度和溼度範圍。

數據中心設備運行時發熱量巨大，為維持設備的正常工作溫度，需要配置相關設備全年運行給機房設備散熱。貨櫃數據中心機房內伺服器及主要發熱設備的冷卻主要是採用精密空調進行冷卻散熱。這將消耗大量的電力。

由於數據中心冷卻功耗佔到機房整體功耗的45%-50%，這也是數據中心的PUE值難以降低的主要原因之一。如何降低貨櫃數據中心的PUE，散熱節能成為重中之重。

申請號為「201520547993.4」的中國專利申請，公開了如下技術方案：提供一種頂置自然換熱箱的貨櫃數據中心，包括貨櫃本體和多個機櫃，貨櫃本體內部設有隔板，隔板將貨櫃本體劃分成依次連通的熱風區、機櫃區和冷風區，上述多個機櫃緊密排列設置於機櫃區；貨櫃本體頂部設置有自然換熱箱，自然換熱箱的底部設置有熱風進風管和冷風出風管，熱風進風管和冷風出風管的一端在自然換熱箱的內部相連通，另一端相對連通於熱風區和冷風區，且機櫃區、熱風區、熱風進風管、冷風出風管、冷風區依次相連後再連通於機櫃區相對側以形成閉合的散熱迴路。還存在如下問題：自然換熱速度較慢，在貨櫃內機櫃發熱量較大時，無法滿足散熱需求。

技術實現要素：

本發明的技術任務是提供一種冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心及其換熱的方法，來解決在貨櫃內機櫃發熱量較大時，無法滿足散熱需求的問題。

本發明的技術任務是按以下方式實現的，

冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心，貨櫃數據中心的上方設置有冷卻頂置換熱裝置；冷卻頂置換熱裝置上開有外界空氣進風口和外界空氣出風口；貨櫃數據中心內分為三個區域，兩邊區域分別為冷通道和熱通道，中間區域內設置有伺服器機櫃及IT設備，冷卻頂置換熱裝置內設置有換熱器，冷通道通過通風管道與換熱器的出風口Ⅰ相連通，熱通道通過通風管道與換熱器的進風口Ⅰ相連通；外界空氣進風口通過通風管道與換熱器的進風口Ⅱ相連通，外界空氣出風口通過通風管道與換熱器的出風口Ⅱ相連通；熱通道、通風管道、換熱器的進風口Ⅰ、換熱器、換熱器的出風口Ⅰ、通風管道和冷通道形成內循環風道，外界空氣進風口、通風管道、換熱器的進風口Ⅱ、換熱器、換熱器的出風口Ⅱ、通風管道和外界空氣出風口形成外循環風道；冷卻頂置換熱裝置內還設置有控制器，內循環風道的通風管道內設置有內循環風機和溫度傳感器Ⅰ，外循環風道的通風管道內設置有外循環風機和溫度傳感器Ⅱ，內循環風機、外循環風機、溫度傳感器Ⅰ和溫度傳感器Ⅱ均連接至控制器。

所述的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心，內循環風機和溫度傳感器Ⅰ設置在冷通道與換熱器的出風口Ⅰ之間的通風管道內，外循環風機和溫度傳感器Ⅱ設置在換熱器的出風口Ⅱ與外界空氣出風口之間的通風管道內。

所述的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心，內循環風機和溫度傳感器Ⅰ設置在熱通道與換熱器的進風口Ⅰ之間的通風管道內，外循環風機和溫度傳感器Ⅱ設置在換熱器的進風口Ⅱ與外界空氣進風口之間的通風管道內。

所述的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心，冷卻頂置換熱裝置外部設置有室外溫度傳感器，室外溫度傳感器連接至控制器；貨櫃數據中心內部設置有室內溫度傳感器，室內溫度傳感器連接至控制器。

貨櫃數據中心換熱的方法，採用上述的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心對貨櫃數據中心進行換熱，步驟為：

（1）、內循環風道：貨櫃數據中心的中間區域內的伺服器機櫃及IT設備產生熱量，熱空氣經過熱通道、通風管道、換熱器的進風口Ⅰ進入換熱器，換熱後變為冷空氣；冷空氣經過換熱器、換熱器的出風口Ⅰ、通風管道和冷通道進入貨櫃數據中心的中間區域，給伺服器機櫃及IT設備降溫；

（2）、外循環風道：外界空氣經過外界空氣進風口、通風管道、換熱器的進風口Ⅱ進入換熱器，再經過換熱器的出風口Ⅱ、通風管道和外界空氣出風口排至外界；

（3）、內循環風道與外循環風道內的空氣在換熱器內部進行換熱；

（4）、控制器根據溫度傳感器Ⅰ和溫度傳感器Ⅱ採集的溫度，控制內循環風機和外循環風機的轉速，溫度越高，內循環風機和/或外循環風機轉速越快；溫度越低，內循環風機和/或外循環風機轉速越慢。

所述的貨櫃數據中心換熱的方法，冷卻頂置換熱裝置外部設置有室外溫度傳感器，室外溫度傳感器連接至控制器；貨櫃數據中心內部設置有室內溫度傳感器，室內溫度傳感器連接至控制器；室外溫度傳感器將採集到的室外溫度傳輸給控制器，室內溫度傳感器將採集到的室內溫度傳輸給控制器；控制器將室外溫度與室內溫度進行比較，當室外溫度低於室內溫度時，控制器控制內循環風機和外循環風機運轉；當室外溫度等於或高於室內溫度時，控制器控制內循環風機和外循環風機停止。

所述的貨櫃數據中心換熱的方法，內循環風機和溫度傳感器Ⅰ設置在冷通道與換熱器的出風口Ⅰ之間的通風管道內，外循環風機和溫度傳感器Ⅱ設置在換熱器的出風口Ⅱ與外界空氣出風口之間的通風管道內；當室外溫度低於室內溫度時，控制器控制內循環風機和外循環風機運轉。

本發明的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心及其換熱的方法具有以下優點：

1、貨櫃數據中心的上方設置有冷卻頂置換熱裝置，兩者隔離分開；又分別設置有內循環風道和外循環風道，內循環風道與外循環風道內的空氣在換熱器內部進行換熱，實現熱量的快速轉移，換熱效果好，在貨櫃內機櫃發熱量較大時，可滿足散熱需求；

2、內循環風機、外循環風機和所有的溫度傳感器均連接至控制器，控制器根據溫度傳感器採集的溫度，控制內循環風機和外循環風機的轉速，溫度越高，內循環風機和/或外循環風機轉速越快；溫度越低，內循環風機和/或外循環風機轉速越慢；達到了更好的散熱效果；

3、冷卻頂置換熱裝置外部設置有室外溫度傳感器，室外溫度傳感器連接至控制器；貨櫃數據中心內部設置有室內溫度傳感器，室內溫度傳感器連接至控制器；控制器將室外溫度與室內溫度進行比較，當室外溫度低於室內溫度時，控制器控制內循環風機和外循環風機運轉；當室外溫度等於或高於室內溫度時，控制器控制內循環風機和外循環風機停止；實現了自動運轉；

4、內循環風道和外循環風道100％相互隔絕，保證機房對設備的溼度和潔淨度要求。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

附圖1為冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心的結構示意圖；

附圖2為控制器的控制電路結構框圖。

圖中：1、貨櫃數據中心，2、冷卻頂置換熱裝置，3、外界空氣進風口，4、外界空氣出風口，5、冷通道，6、熱通道，7、伺服器機櫃及IT設備,8、換熱器,9、通風管道，10、換熱器的出風口Ⅰ，11、換熱器的進風口Ⅰ，12、換熱器的進風口Ⅱ，13、換熱器的出風口Ⅱ，14、控制器，15、內循環風機，16、溫度傳感器Ⅰ，17、外循環風機，18、溫度傳感器Ⅱ，19、室外溫度傳感器，20、室內溫度傳感器。

具體實施方式

參照說明書附圖和具體實施例對本發明的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心及其換熱的方法作以下詳細地說明。

實施例1：

如圖1，圖2所示，本發明的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心, 貨櫃數據中心1的上方設置有冷卻頂置換熱裝置2；冷卻頂置換熱裝置2上開有外界空氣進風口3和外界空氣出風口4；貨櫃數據中心1內分為三個區域，兩邊區域分別為冷通道5和熱通道6，中間區域內設置有伺服器機櫃及IT設備7，冷卻頂置換熱裝置2內設置有換熱器8，冷通道5通過通風管道9與換熱器的出風口Ⅰ10相連通，熱通道6通過通風管道9與換熱器的進風口Ⅰ11相連通；外界空氣進風口3通過通風管道9與換熱器的進風口Ⅱ12相連通，外界空氣出風口4通過通風管道9與換熱器的出風口Ⅱ13相連通；熱通道6、通風管道9、換熱器的進風口Ⅰ11、換熱器8、換熱器的出風口Ⅰ10、通風管道9和冷通道5形成內循環風道，外界空氣進風口3、通風管道9、換熱器的進風口Ⅱ12、換熱器8、換熱器的出風口Ⅱ13、通風管道9和外界空氣出風口4形成外循環風道；冷卻頂置換熱裝置2內還設置有控制器14，冷通道5與換熱器的出風口Ⅰ10之間的通風管道9內設置有內循環風機15和溫度傳感器Ⅰ16，換熱器的出風口Ⅱ13與外界空氣出風口4之間的通風管道9內設置有外循環風機17和溫度傳感器Ⅱ18，內循環風機16、外循環風機17、溫度傳感器Ⅰ16和溫度傳感器Ⅱ18均連接至控制器14。冷卻頂置換熱裝置2外部設置有室外溫度傳感器19，室外溫度傳感器19連接至控制器14；貨櫃數據中心1內部設置有室內溫度傳感器20，室內溫度傳感器20連接至控制器14。

實施例2：

本發明的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心, 貨櫃數據中心1的上方設置有冷卻頂置換熱裝置2；冷卻頂置換熱裝置2上開有外界空氣進風口3和外界空氣出風口4；貨櫃數據中心1內分為三個區域，兩邊區域分別為冷通道5和熱通道6，中間區域內設置有伺服器機櫃及IT設備7，冷卻頂置換熱裝置2內設置有換熱器8，冷通道5通過通風管道9與換熱器的出風口Ⅰ10相連通，熱通道6通過通風管道9與換熱器的進風口Ⅰ11相連通；外界空氣進風口3通過通風管道9與換熱器的進風口Ⅱ12相連通，外界空氣出風口4通過通風管道9與換熱器的出風口Ⅱ13相連通；熱通道6、通風管道9、換熱器的進風口Ⅰ11、換熱器8、換熱器的出風口Ⅰ10、通風管道9和冷通道5形成內循環風道，外界空氣進風口3、通風管道9、換熱器的進風口Ⅱ12、換熱器8、換熱器的出風口Ⅱ13、通風管道9和外界空氣出風口4形成外循環風道；冷卻頂置換熱裝置2內還設置有控制器14，熱通道6與換熱器的進風口Ⅰ11之間的通風管道9內設置有內循環風機15和溫度傳感器Ⅰ16，換熱器的進風口Ⅱ12與外界空氣進風口3之間的通風管道9內設置有外循環風機17和溫度傳感器Ⅱ18，內循環風機16、外循環風機17、溫度傳感器Ⅰ16和溫度傳感器Ⅱ18均連接至控制器14。

實施例3：

本發明的貨櫃數據中心換熱的方法，採用上述的冷卻頂置換熱的貨櫃數據中心對貨櫃數據中心進行換熱，步驟為：

（1）、內循環風道：貨櫃數據中心1的中間區域內的伺服器機櫃及IT設備7產生熱量，熱空氣經過熱通道6、通風管道9、換熱器的進風口Ⅰ11進入換熱器8，換熱後變為冷空氣；冷空氣經過換熱器8、換熱器的出風口Ⅰ10、通風管道9和冷通道5進入貨櫃數據中心1的中間區域，給伺服器機櫃及IT設備7降溫；

（2）、外循環風道：外界空氣經過外界空氣進風口3、通風管道9、換熱器的進風口Ⅱ12進入換熱器8，再經過換熱器的出風口Ⅱ13、通風管道9和外界空氣出風口4排至外界；

（3）、內循環風道與外循環風道內的空氣在換熱器8內部進行換熱；

（4）、控制器14根據溫度傳感器Ⅰ16和溫度傳感器Ⅱ18採集的溫度，控制內循環風機15和外循環風機17的轉速，溫度越高，內循環風機15和/或外循環風機17轉速越快；溫度越低，內循環風機15和/或外循環風機17轉速越慢。

冷卻頂置換熱裝置2外部設置有室外溫度傳感器19，室外溫度傳感器19連接至控制器14；貨櫃數據中心1內部設置有室內溫度傳感器20，室內溫度傳感器20連接至控制器14；室外溫度傳感器19將採集到的室外溫度傳輸給控制器14，室內溫度傳感器20將採集到的室內溫度傳輸給控制器14；控制器14將室外溫度與室內溫度進行比較，當室外溫度低於室內溫度時，控制器14控制內循環風機15和外循環風機17運轉；當室外溫度等於或高於室內溫度時，控制器14控制內循環風機15和外循環風機17停止。

內循環風機15和溫度傳感器Ⅰ16設置在冷通道5與換熱器的出風口Ⅰ10之間的通風管道9內，外循環風機17和溫度傳感器Ⅱ18設置在換熱器的出風口Ⅱ13與外界空氣出風口4之間的通風管道9內；當室外溫度低於室內溫度時，控制器14控制內循環風機15和外循環風機17運轉。

通過上面具體實施方式，所述技術領域的技術人員可容易的實現本發明。但是應當理解，本發明並不限於上述的具體實施方式。在公開的實施方式的基礎上，所述技術領域的技術人員可任意組合不同的技術特徵，從而實現不同的技術方案。

除說明書所述的技術特徵外，均為本專業技術人員的已知技術。