一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统技术方案

本发明专利技术提供了一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统，包括自然冷却系统，所述自然冷却系统包括冷却单元、冷却水泵、液冷系统和气冷系统，所述液冷系统和气冷系统并联之后再与所述冷却水泵、冷却单元串联，还包括太阳能辅助供冷系统，所述太阳能辅助供冷系统和所述自然冷却系统共用相同的冷却单元，且所述太阳能辅助供冷系统与气冷系统相连，在自然冷却能力不足时作为气冷系统的温度补偿设备。本发明专利技术利用液冷系统和气冷系统组成的自然冷却散热系统实现数据中心自然冷却散热，同时采用太阳能吸收式制冷系统作为气冷系统的温度补偿设备，利用气冷系统和太阳能吸收式制冷系统良好的互补性，在保证数据中心冷却散热系统安全可靠，持续稳定运行。

A natural cooling system of data center using solar energy

The invention provides a natural cooling system using a solar energy data center, including a natural cooling system. The natural cooling system includes a cooling unit, a cooling water pump, a liquid cooling system, and a gas cooling system. The liquid cooling system and the air cooling system are in parallel in series with the cooling water pump and cooling unit. The solar auxiliary cooling system and the natural cooling system share the same cooling unit, and the solar assisted cooling system is connected to the air cooling system, and is used as the temperature compensation equipment for the air cooling system when the natural cooling capacity is insufficient. The invention uses the natural cooling and cooling system composed of liquid cooling system and air cooling system to realize the natural cooling and heat dissipation of the data center. At the same time, the solar absorption refrigeration system is used as the temperature compensation equipment for the air cooling system, and the good complementarity of the air cooling system and the solar absorption refrigeration system is used to ensure the cooling of the data center. The heat dissipation system is safe and reliable and runs steadily.

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统
本专利技术涉及数据中心散热领域，特别是涉及一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统。
技术介绍
根据数据统计，我国2015年数据中心能耗约占当年全国总能耗1.8%，相当于三峡水电站整年的发电量（约1000亿度），其中大量能源是被用于数据中心的制冷系统（占比高达40%～50%，PUE值普遍高于2.2），严重制约了数据中心绿色可持续发展，因此采用新型节能冷却方法是数据中心节能减排的迫切需求。现有技术中，采用自然冷却技术是降低数据中心机房能耗的有效方法之一。目前自然冷却技术主要包括空气侧自然冷却、水侧自然冷却等方式方法。空气侧自然冷却又分为直接式和间接式。直接式空气侧自然冷却是将部分室外新风直接引入数据中心加以利用，虽然具有简单易行且节能效果好的优点，但对引入的空气质量要求较高，会影响机房内空气的质量和湿度；间接式空气侧自然冷却是通过采用空气-空气换热器（比如转轮系统）利用室外冷空气，虽然克服了室外污染源对室内环境的影响，保证了机房内部空气温湿度和洁净度的要求，但是由于空气的比热容低，换热系数小，因此所需换热面积较大，且转轮的安装需要对外墙大幅改造，使得此类系统的应用受到限制。水侧自然冷却包括利用低温地下水，深层湖泊水等自然冷源为数据中心提供冷量，但这样使得数据中心的选址受到了非常大的限制。另一方面，针对数据中心机房全年不间断散热的特点，为保障数据中心安全可靠稳定运行，自然冷却散热系统通常与冷水主机系统配套使用，在自然冷却散热能力不足的时候，由冷水主机为数据中心提供冷量。虽然自然冷源的利用能在一定程度上减少冷水主机的运行时间，降低机房的能耗，但是本质上还是依赖压缩机制冷，不能从根本上解决机房能耗过大的问题。
技术实现思路
为克服现有的技术缺陷，本专利技术提供了一种利用太阳能的数据中心自然冷却散热系统，本系统具有能耗低、更节能等特点。为实现本专利技术的目的，采用以下技术方案予以实现：一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统，包括自然冷却系统，所述自然冷却系统包括冷却单元、冷却水泵、液冷系统和气冷系统，所述液冷系统和气冷系统并联之后再与所述冷却水泵、冷却单元串联，还包括太阳能辅助供冷系统，所述太阳能辅助供冷系统和所述自然冷却系统共用相同的冷却单元，且所述太阳能辅助供冷系统与气冷系统相连，在自然冷却能力不足时作为气冷系统的温度补偿设备。本专利技术提供了一种利用太阳能的数据中心自然冷却散热系统，根据数据中心服务器的热场特征，采用液气双通道完全自然冷却路线：高热流密度元器件（例如CPU）发热量占比大，分布相对集中，采用液冷系统散热；低热流密度元器件（例如主板等）发热量占比小，分布相对分散，采用气冷系统散热。液冷系统主要带走服务器CPU的散热量，由于CPU正常工作时温度通常在60～70℃之间，而冷却单元的极限出水温度通常在40以下，因此液冷系统可以全年利用自然冷源带走服务器CPU的散热量；气冷系统末端与液冷服务器机柜形成一体化机柜，冷热气流在一体化机柜内部循环，带走服务器CPU外的其余散热量，一方面缩短了送风距离，提高了送风精度；另一方面目前美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)、我国国家和行业标准均将服务器推荐进风温度提升至27℃，在即将颁布的新版GB-50174中，服务器允许进风温度扩大为32℃，对气冷系统送风要求进一步放宽，这为大幅提高风冷系统所需冷源温度，实现数据中心完全自然冷却提供了更为有利的条件。当气冷系统的自然冷却散热能力不足时（比如夏季高温恶劣工况），通常是气温比较高，太阳辐射比较强烈的时候，此时也是太阳能吸收式制冷系统制冷能力较强的时候，利用太阳能吸收式制冷系统作为气冷系统的温度补偿设备，从而保证数据中心自然冷却系统持续安全可靠运行，整套数据中心自然冷却散热系统具有良好的互补性，节能性和经济性。进一步地，所述太阳能辅助供冷系统包括太阳能集热器、第一热源泵、蓄热箱、第二热源泵、吸收式制冷机以及冷冻水泵；所述太阳能集热器、第一热源泵和蓄热箱通过管件连接形成循环回路，蓄热箱、第二热源泵和吸收式制冷机通过管件连接形成循环回路，吸收式制冷机、冷冻水泵和气冷系统通过管件连接形成循环回路。进一步地，所述太阳能辅助供冷系统还包括蓄冷箱，所述蓄冷箱设置在吸收式制冷机的冷冻水出口处。进一步地，所述吸收式制冷机冷冻水进出口处均设置有电动二通阀。在吸收式制冷机冷冻水进出口都装电动阀是为了做切换控制。比如夏季炎热，风冷通道的自然冷却不能满足数据中心散热需求时，此时两个电动阀都开启，由太阳能吸收式制冷系统为风冷通道供冷；当气温比较低(比如冬季)，液气双通道的自然冷却都能满足数据中心散热需求，此时制冷机进出口的两个电动阀都关闭，吸收式制冷系统不工作，从自然冷却系统中隔离出来。进一步地，所述气冷系统包括第二中间换热器、气冷内循环泵和空调末端，所述第二中间换热器、气冷内循环泵和空调末端依次通过管件连接组成气冷内循环回路；所述冷却单元、冷却水泵和第二中间换热器依次通过管件相连组成气冷外循环回路；所述气冷内循环回路通过所述第二中间换热器与所述气冷外循环回路换热；另外，吸收式制冷机、蓄冷箱、冷冻水泵和第二中间换热器通过管件连接形成循环回路。进一步地，所述液冷系统包括第一中间换热器、液冷内循环泵和液冷服务器机柜，所述第一中间换热器、液冷内循环泵和液冷服务器机柜依次通过管路相连组成液冷内循环回路；所述冷却单元、冷却水泵、第一中间换热器依次通过管路相连组成液冷外循环回路；所述液冷内循环回路通过所述第一中间换热器与所述液冷外循环回路换热。上述液冷内循环回路、气冷内循环回路、液冷外循环回路和气冷外循环回路均充满了冷却介质。首先设定所述外循环回路的供液总管为液冷外循环回路和气冷外循环回路共用的供液管道；所述外循环回路的回液总管为液冷外循环回路和气冷外循环回路共用的回液管道。进一步地，所述冷却单元出口处安装有第一电动三通分流阀，进口处安装有第一电动三通合流阀；所述第一电动三通分流阀出口侧一端与吸收式制冷机的冷凝器和吸收器相连，出口侧另一端与外循环回路的供液总管相连；所述第一电动三通合流阀进口侧一端与吸收式制冷机的回液段相连，进口侧另一端与外循环回路的回液总管相连。另外，所述外循环回路的供液总管设有第二电动三通分流阀，用于将冷却单元的冷却介质输送至第一中间换热器和第二中间换热器进行换热；所述外循环回路的回液总管设有第二电动三通合流阀，用于将在第一中间换热器和第二中间换热器换热后的冷却介质回流至冷却单元。进一步地，所述液冷服务器机柜和所述空调末端并列安装成一体化机柜形式；所述空调末端为风机盘管形式。与现有技术比较，本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术利用液冷系统和气冷系统组成的自然冷却散热系统实现数据中心自然冷却散热，同时采用太阳能吸收式制冷系统作为气冷系统的温度补偿设备，利用气冷系统和太阳能吸收式制冷系统良好的互补性，在保证数据中心冷却散热系统安全可靠，持续稳定运行的同时，具有绿色环保，节能经济的优势。（2）本专利技术将液冷服务器机柜与气冷末端合成一体化机柜，冷热气流在一体化机柜内部循环，缩短了送风距离，提高了送风精度和送风温度，从而扩大了自然冷源的利用范围。（3）本专利技术的液冷系统、气冷系统以及太阳能吸收式制冷系统通过电动三通阀共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统，包括自然冷却系统，所述自然冷却系统包括冷却单元、冷却水泵、液冷系统和气冷系统，所述液冷系统和气冷系统并联之后再与所述冷却水泵、冷却单元串联，其特征在于，还包括太阳能辅助供冷系统，所述太阳能辅助供冷系统和所述自然冷却系统共用相同的冷却单元，且所述太阳能辅助供冷系统与气冷系统相连，在自然冷却能力不足时作为气冷系统的温度补偿设备。

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能的数据中心自然冷却系统，包括自然冷却系统，所述自然冷却系统包括冷却单元、冷却水泵、液冷系统和气冷系统，所述液冷系统和气冷系统并联之后再与所述冷却水泵、冷却单元串联，其特征在于，还包括太阳能辅助供冷系统，所述太阳能辅助供冷系统和所述自然冷却系统共用相同的冷却单元，且所述太阳能辅助供冷系统与气冷系统相连，在自然冷却能力不足时作为气冷系统的温度补偿设备。2.根据权利要求1所述的利用太阳能的数据中心自然冷却系统，其特征在于，所述太阳能辅助供冷系统包括太阳能集热器、第一热源泵、蓄热箱、第二热源泵、吸收式制冷机以及冷冻水泵；所述太阳能集热器、第一热源泵和蓄热箱通过管件连接形成循环回路，蓄热箱、第二热源泵和吸收式制冷机通过管件连接形成循环回路，吸收式制冷机、冷冻水泵和气冷系统通过管件连接形成循环回路。3.根据权利要求2所述的利用太阳能的数据中心自然冷却系统，其特征在于，所述太阳能辅助供冷系统还包括蓄冷箱，所述蓄冷箱设置在吸收式制冷机的冷冻水出口处。4.根据权利要求2所述的利用太阳能的数据中心自然冷却系统，其特征在于，所述吸收式制冷机冷冻水进出口处均设置有电动二通阀。5.根据权利要求2~4任一项所述的利用太阳能的数据中心自然冷却系统，其特征在于，所述气冷系统包括第二中间换热器、气冷内循环泵和空调末端，所述第二中间换热器、气冷内循环泵和空调末端依次通过管件连接组成气冷内循环回路；所述冷却单元、冷却水泵和第二中间换热器依次通过管件相连组成气冷外循环回路；所述气冷内循环回路通过所述第二中间换热器与所述气冷外循环回路换热；吸收式制冷机、蓄冷箱、冷冻水泵和第二中间换热器通过管件连接形成循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圆圆，吴金河，韦成栋，
申请(专利权)人：广东申菱环境系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44