一種應用於idc機房熱溼獨立控制空調系統及製冷方法
2023-06-26 03:36:31 2
一種應用於idc機房熱溼獨立控制空調系統及製冷方法
【專利摘要】本發明提供一種應用於IDC機房熱溼獨立控制空調系統及製冷方法。本發明的空調系統包括閉式冷卻塔、水冷制冷機組、冷水罐、冷凍水泵、冷卻水泵、幹盤管模塊、新風除溼模塊、排風設備、嵌入式控制系統、、閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器、幹盤管模塊進水溫度傳感器、幹盤管模塊出水溫度傳感器。本發明的製冷方法是當室外空氣的幹球溫度低於判據溫度1，閉式冷卻塔幹工況運行，水冷制冷機組停機，節水節能；當室外空氣的幹球溫度高於判據溫度1且溼球溫度低於判據溫度2，閉式冷卻塔溼工況運行，水冷制冷機組停機，節能；當室外空氣的溼球溫度高於判據溫度2，水冷制冷機組運行且運行時出水溫度為判據溫度2，節能。
【專利說明】一種應用於IDC機房熱溼獨立控制空調系統及製冷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及IDC機房的空氣調節領域，具體涉及一種應用於IDC機房的熱溼獨立 控制的空調系統及其製冷方法。
【背景技術】
[0002] IDC機房中由於設備運行，散熱量大，為保證設備的正常運行，機房溫度需要常年 控制在22°C ±2°C。
[0003] IDC機房的特殊性：（1)全年都是冷負荷，所以需要全年開啟製冷系統，並全天24 小時不間斷運行；（2)IDC機房冷負荷大，製冷系統能耗很高；（3)為保證IDC機房在停水情 況下依然能正常運行，採用水冷制冷機組時要求配備蓄水池。
[0004] 現有IDC機房最傳統的製冷解決方案是採用風冷精密空調，單機製冷能力較小， 一個數據機房一般都需安裝多臺才能滿足需要。
[0005] 風冷精密空調主要缺點如下：（1)製冷系統的能效比低：採用風冷方式，能效比較 水冷製冷系統低，全年運行能耗大；（2)安裝困難：大量的室外冷凝器安裝需要非常大的場 地，銅管過長，製冷效率低，成本高，安裝難度大，而且影響建築物外觀。（3)室外冷凝器的安 裝位置受空間限制，極可能出現熱島效應，大大降低製冷效率。（4)在夏天室外溫度很高時， 製冷能力嚴重下降甚至保護停機。（5)精密空調內部風機盤管的工作溫度大大低於露點溫 度，產生大量冷凝水，為了維持數據中心的溼度，需要啟動加溼功能，除溼和加溼都要消耗 大量的能源。
[0006] 由於IDC機房規模的擴大，採用水冷制冷機組配合IDC末端裝置的系統形式越來 越多。
[0007] 傳統的水冷制冷機組(採用的開式冷卻塔）配合IDC末端裝置(水冷精密空調）的 系統，主要缺點如下：（1)由於IDC機房全年冷負荷，水冷制冷機組全年開啟，運行費用高。 (2)水冷精密空調工作時產生大量冷凝水，為保證IDC機房內設備的正常運行，需要設置處 理冷凝水的相關設備，如需要做攔水壩、地面做防水處理、設置排水管道、安裝漏水報警設 備。（3)採用開式冷卻塔，需要配備的蓄水池容積要求大，佔地面積大，耗水量大。
【發明內容】
[0008] 針對現有IDC機房空調系統技術的上述缺陷， 申請人:經過研究改進，提供一種應 用於IDC機房的熱溼獨立控制空調系統及其製冷方法，通過幹盤管模塊和新風除溼模塊構 成空調系統，閉式冷卻塔和水冷制冷機組構成製冷系統，通過聯合運行，解決目前技術中存 在的上述缺陷。
[0009] 本發明的技術方案如下：
[0010] 本發明提供一種應用於IDC機房的熱溼獨立控制空調系統，包括由管道連接的閉 式冷卻塔、水冷制冷機組、冷水罐、冷凍水泵、冷卻水泵和幹盤管模塊，獨立的新風除溼模 塊，獨立的排風設備，以及電連接的嵌入式控制系統、閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器、 幹盤管模塊進水溫度傳感器、幹盤管模塊出水溫度傳感器、閉式冷卻塔風機變頻器、閉式冷 卻塔循環水泵變頻器以及各電動閥門；
[0011]自來水管、冷水罐的第一出水口由管道分別經第一電動閥門、第二電動閥門與閉 式冷卻塔的補水口連接，閉式冷卻塔的出水口由管道經第三電動閥門與冷水罐的進水口連 接，閉式冷卻塔的出水口又由管道經順序連接的第四電動閥門和第五電動閥門與冷卻水泵 的進水口連接，閉式冷卻塔的出水口還由管道經順序連接的第四電動閥門和第六電動閥門 與冷凍水泵的進水口連接，水冷制冷機組的第一出水口由管道經第七電動閥門與冷凍水泵 的進水口連接，冷凍水泵的出水口由管道直接與幹盤管模塊的進水口連接，幹盤管模塊的 出水口由管道分別經第八電動閥門、第九電動閥門與水冷制冷機組的第一進水口、閉式冷 卻塔的進水口連接，冷卻水泵的出水口由管道直接與水冷制冷機組的第二進水口連接，水 冷制冷機組的第二出水口由管道直接與閉式冷卻塔的進水口連接；冷水罐的第二出水口由 管道分別經第五電動閥門、第六電動閥門冷卻水泵的進水口、冷凍水泵的進水口連接；新風 除溼模塊、排風設備獨立安裝在IDC機房內；
[0012] 閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器安裝在閉式冷卻塔的進風口處；幹盤管模塊進 水溫度傳感器安裝在幹盤管模塊供水管道上；幹盤管模塊出水溫度傳感器安裝在幹盤管模 塊回水管道上。閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器、幹盤管模塊進水溫度傳感器和幹盤管 模塊出水溫度傳感器採集的信號輸入嵌入式控制系統，嵌入式控制系統輸出的信號控制各 電動閥門和閉式冷卻塔風機變頻器、閉式冷卻塔循環水泵變頻器。
[0013] 2. -種應用於IDC機房的熱溼獨立控制製冷方法，具體為：
[0014] 1)當室外空氣的幹球溫度低於判據溫度1，水冷制冷機組停機，閉式冷卻塔幹工況 運行，提供冷凍水，冷卻幹盤管模塊的同時保證幹盤管模塊幹工況運行；
[0015] 2)當室外空氣的幹球溫度高於判據溫度1且溼球溫度低於判據溫度2,水冷製冷 機組停機，閉式冷卻塔溼工況運行，提供冷凍水，冷卻幹盤管模塊的同時保證幹盤管模塊幹 工況運行；
[0016] 3)當室外空氣的溼球溫度高於判據溫度2,水冷制冷機組運行，提供冷凍水，冷卻 幹盤管模塊的同時保證幹盤管模塊幹工況運行；
[0017] 4)水冷制冷機組運行時，出水溫度控制在判據溫度2,保證幹盤管模塊幹工況運行 的同時最大限度地提高水冷制冷機組的能效比。
[0018] 本發明的有益技術效果是：
[0019] 本發明採用熱溼獨立控制空調系統，由幹盤管模塊負擔室內冷負荷，由新風除溼 模塊負擔新風和全部溼負荷。幹盤管模塊的工作溫度運行於露點溫度以上，不需要負擔室 內溼負荷。
[0020] 本發明採用幹盤管模塊內的盤管幹工況運行，無冷凝水產生，因此，不必設置處理 冷凝水的相關設備，保證機房的安全運行。
[0021] 本發明採用幹盤管模塊中的盤管幹工況運行，盤管的面積以及安放位置更加靈 活，可以大大增加換熱面積及換熱效果。
[0022] 本發明採用幹盤管模塊中的盤管幹工況運行，盤管運行溫度高，所需冷凍水溫度 高。一年內的大部分時間都可採用閉式冷卻塔提供冷卻水，大大減小制冷機組運行時間，節 能；在適當的氣候條件下採用閉式冷卻塔幹工況運行提供冷凍水，節能、節水、防凍。採用水 冷制冷機組提供冷凍水時，由於製冷系統出水溫度提高，制冷機組COP提高，節能。
[0023] 本發明採用的幹盤管模塊不產生除溼效果，不會因冷凝水析出、降低室內溼度而 需要加溼，減少這部分引起的能耗。
[0024] 本發明採用新風除溼模塊獨立運行，受限制少。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明製冷系統的結構框圖。
[0026] 圖2是本發明製冷系統的運行方式總圖。
[0027] 圖3是正常情況下，閉式冷卻塔冷卻運行方式的環路圖。
[0028] 圖4是正常情況下，水冷制冷機組製冷運行方式下的冷凍水循環、冷卻水循環環 路圖。
[0029] 圖5是正常情況下，本發明製冷系統的供水圖。
[0030] 圖6是緊急停水情況下，本發明製冷系統的供水圖。
[0031] 【附圖符號說明】1.閉式冷卻塔；2.水冷制冷機組；3.冷水罐；4.冷凍水泵；5.冷 卻水泵；6.幹盤管模塊；7.新風除溼模塊；8.排風設備；9.嵌入式控制系統；10.閉式冷卻 塔進風乾溼球溫度傳感器；11.幹盤管模塊進水溫度傳感器；12.幹盤管模塊出水溫度傳感 器；13.電動閥門；14.電動閥門；15.電動閥門；16.電動閥門；17.電動閥門；18.電動閥 門；19.電動閥門；20.電動閥；21.電動閥；22.閉式冷卻塔風機變頻器；23.閉式冷卻塔循 環水泵變頻器。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0033] 如圖1所示，本發明的製冷系統包括閉式冷卻塔1、水冷制冷機組2、冷水罐3、冷凍 水泵4、冷卻水泵5、幹盤管模塊6、新風除溼模塊7、排風設備8、嵌入式控制系統9、閉式冷 卻塔進風乾溼球溫度傳感器10、幹盤管模塊進水溫度傳感器11、幹盤管模塊出水溫度傳感 器12、閉式冷卻塔風機變頻器22、閉式冷卻塔循環水泵變頻器23以及多個電動閥門13? 21。
[0034] 見圖1，自來水管、冷水罐（3)的第一出水口由管道分別經第一電動閥門（20)、第 二電動閥門（21)與閉式冷卻塔（1)的補水口連接，閉式冷卻塔（1)的出水口由管道經第三 電動閥門（13)與冷水罐（3)的進水口連接，閉式冷卻塔（1)的出水口又由管道經順序連接 的第四電動閥門（14)和第五電動閥門（15)與冷卻水泵（5)的進水口連接，閉式冷卻塔（1) 的出水口還由管道經順序連接的第四電動閥門（14)和第六電動閥門（16)與冷凍水泵（4) 的進水口連接，水冷制冷機組（2)的第一出水口由管道經第七電動閥門（17)與冷凍水泵 (4)的進水口連接，冷凍水泵（4)的出水口由管道直接與幹盤管模塊（6)的進水口連接，幹 盤管模塊（6)的出水口由管道分別經第八電動閥門（18)、第九電動閥門（19)與水冷制冷機 組（2)的第一進水口、閉式冷卻塔（1)的進水口連接，冷卻水泵（5)的出水口由管道直接與 水冷制冷機組（2)的第二進水口連接，水冷制冷機組（2)的第二出水口由管道直接與閉式 冷卻塔（1)的進水口連接；冷水罐（3)的第二出水口由管道分別經第五電動閥門（15)、第六 電動閥門（16)與冷卻水泵（5)的進水口、冷凍水泵（4)的進水口連接；新風除溼模塊（7)、 排風設備（8 )獨立安裝在IDC機房內；
[0035] 見圖1，閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器（10)安裝在閉式冷卻塔（1)的進風口 處；幹盤管模塊進水溫度傳感器（11)安裝在幹盤管模塊（6 )供水管道上；幹盤管模塊出水 溫度傳感器（12)安裝在幹盤管模塊（6)回水管道上。閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器 (10)、幹盤管模塊進水溫度傳感器（11)、幹盤管模塊出水溫度傳感器（12)採集的信號輸入 嵌入式控制系統（9)，嵌入式控制系統（9)輸出的信號控制各電動閥門（13?21)以及閉式 冷卻塔（1)上的閉式冷卻塔風機變頻器（22)、閉式冷卻塔循環水泵變頻器（23)，來滿足各 工況下最優控制，起到節能、節水的目的；其中，閉式冷卻塔風機變頻器（22)控制閉式冷卻 塔（1)的風量；閉式冷卻塔循環水泵變頻器（23)控制閉式冷卻塔（1)的噴淋水量。
[0036] 本發明製冷系統總的運行方式如圖2所示，分為正常情況、緊急情況兩種。
[0037] 見圖2,正常情況下，製冷系統又分為"閉式冷卻塔冷卻"和"水冷制冷機組製冷" 兩種運行方式。其控制方式分別如下：
[0038] 1、閉式冷卻塔冷卻：閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器10溫度中溼球溫度低於 判據溫度2時，嵌入式控制系統9輸出控制信號，控制各電動閥門形成如下開閉組合：
[0039]
【權利要求】
1. 一種應用於IDC機房的熱溼獨立控制的空調系統，其特徵在於：包括由管道連接的 閉式冷卻塔（1)、水冷制冷機組（2 )、冷水罐（3 )、冷凍水泵（4)、冷卻水泵（5 )和幹盤管模塊 (6)，獨立的新風除溼模塊（7)，獨立的排風設備（8)，以及電連接的嵌入式控制系統（9)、閉 式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器（10 )、幹盤管模塊進水溫度傳感器（11 )、幹盤管模塊出水 溫度傳感器（12)、閉式冷卻塔風機變頻器（22)、閉式冷卻塔循環水泵變頻器（23)以及各電 動閥門（13?21); 自來水管、冷水罐（3)的第一出水口由管道分別經第一電動閥門（20)、第二電動閥門 (21)與閉式冷卻塔（1)的補水口連接，閉式冷卻塔（1)的出水口由管道經第三電動閥門 (13)與冷水罐（3)的進水口連接，閉式冷卻塔（1)的出水口又由管道經順序連接的第四電 動閥門（14)和第五電動閥門（15)與冷卻水泵（5)的進水口連接，閉式冷卻塔（1)的出水 口還由管道經順序連接的第四電動閥門（14)和第六電動閥門（16)與冷凍水泵（4)的進水 口連接，水冷制冷機組（2)的第一出水口由管道經第七電動閥門（17)與冷凍水泵（4)的進 水口連接，冷凍水泵（4)的出水口由管道直接與幹盤管模塊（6)的進水口連接，幹盤管模塊 (6)的出水口由管道分別經第八電動閥門（18)、第九電動閥門（19)與水冷制冷機組（2)的 第一進水口、閉式冷卻塔（1)的進水口連接，冷卻水泵（5)的出水口由管道直接與水冷製冷 機組（2)的第二進水口連接，水冷制冷機組（2)的第二出水口由管道直接與閉式冷卻塔（1) 的進水口連接；冷水罐（3)的第二出水口由管道分別經第五電動閥門（15)、第六電動閥門 (16)與冷卻水泵（5)的進水口、冷凍水泵（4)的進水口連接；新風除溼模塊（7)、排風設備 (8)獨立安裝在IDC機房內； 閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器（10)安裝在閉式冷卻塔（1)的進風口處；幹盤管模 塊進水溫度傳感器（11)安裝在幹盤管模塊（6)供水管道上；幹盤管模塊出水溫度傳感器 (12)安裝在幹盤管模塊（6)回水管道上；閉式冷卻塔進風乾溼球溫度傳感器（10)、幹盤管 模塊進水溫度傳感器（11)和幹盤管模塊出水溫度傳感器（12)採集的信號輸入嵌入式控制 系統（9)，嵌入式控制系統（9)輸出的信號控制各電動閥門（13?21)和閉式冷卻塔風機變 頻器（22 )、閉式冷卻塔循環水泵變頻器（23 )。
2. -種應用於IDC機房的熱溼獨立控制製冷方法，其特徵在於： 1) 當室外空氣的幹球溫度低於判據溫度1，水冷制冷機組停機，閉式冷卻塔幹工況運 行，提供冷凍水，冷卻幹盤管模塊的同時保證幹盤管模塊幹工況運行； 2) 當室外空氣的幹球溫度高於判據溫度1且溼球溫度低於判據溫度2,水冷制冷機組 停機，閉式冷卻塔溼工況運行，提供冷凍水，冷卻幹盤管模塊的同時保證幹盤管模塊幹工況 運行； 3) 當室外空氣的溼球溫度高於判據溫度2,水冷制冷機組運行，提供冷凍水，冷卻幹盤 管模塊的同時保證幹盤管模塊幹工況運行； 4) 水冷制冷機組運行時，出水溫度控制在判據溫度2,保證幹盤管模塊幹工況運行的同 時最大限度地提高水冷制冷機組的能效比。
【文檔編號】F24F5/00GK104456774SQ201310419511
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】李靜, 陸明剛 申請人:江南大學