一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法。该冷源模块包含闭式冷却塔与冷水机。该冷源模块可以同时提供高温冷冻水和低温冷冻水，根据实际需求切换三种运行模式：单供液冷、单供气冷、液气双供。通过温度传感器对电动阀与设备运行状态的调节。最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。一体模块化的设计，便于安装和扩容，也便于后期的维护，模块之间互为备用，增加了系统运行的可靠性。冷源模块能够提供两种不同品质的冷水（例如35°C的自然冷却水和7°C的机械制冷水），可以单独供一种形式的冷水，也可以同时供两种形式的冷水，满足不同使用工况。

A cold source module combined with natural cooling and mechanical refrigeration for liquid and gas supply and its control method

The invention provides a cold source module which combines natural cooling with mechanical refrigeration and a control method thereof. The cold source module consists of a closed cooling tower and a chiller. The cold source module can provide both high-temperature and low-temperature refrigerated water, and switch three operation modes according to the actual needs: single-supply liquid cooling, single-supply gas cooling, liquid-gas dual-supply. Adjust the operation status of the electric valve and equipment through the temperature sensor. Maximize the use of natural cold sources, thereby reducing the energy consumption of the system. Integrated modular design, easy to install and expand, but also easy to maintain later, between the modules for each other, increased the reliability of the system operation. The cold source module can provide two kinds of cold water of different quality (for example, natural cooling water of 35 degree C and mechanical cooling water of 7 degree C). It can supply one kind of cold water separately, and can also supply two kinds of cold water at the same time, satisfying different working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法
本专利技术涉及服务器散热
，特别涉及一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法。
技术介绍
正常运行情况下，服务器中的主要待散热部件的CPU芯片自身温度只需保持在60~80℃之间，但由于空气比热容、空气密度以及强制对流换热系数比较低，如采用传统空气冷却的方式，只能通过降低空气的温度来确保足够的散热量，根据国标的推荐，机房冷空气温度应为24℃，而要全年保持24℃的室内温度，必须通过机械制冷方式实现。全年的机械制冷方式，造成制冷系统能耗巨大，能够占到数据中心总能耗的45%左右。同时，由于传统风冷模式气流组织不均、服务器内部芯片热流特征存在差异，导致机房热岛、服务器内部热岛现象突出，严重情况下会导致服务器停机或损毁、重要数据丢失。液冷技术是近年来大力发展的一项新兴技术，包括直接冷却和间接冷却，直接冷却方法是指液态制冷剂与电子元器件直接接触散热，间接冷却是指通过将制冷剂液体导入与元器件直接接触的热管，散热片来散去热量。采用液冷通道，液态流体直接或间接接触CPU等服务器高密度热源。由于取消了末端的空气换热环节，意味着原本消除了原本空气与高密度热源之间约50℃的温差，CPU满负载75℃条件下仅需45℃的冷水即可带走其发热量，而基本上大部分地区即便是极端温度也能满足45°的供水要求。因而大大增加了运用自然冷源的可行性。但是，液冷散热系统只能带走70~80%的服务器发热量，但仍然有20~30%的热量需要辅助制冷装置承担，单一的冷源提供液冷并不能满足整个机房的全部需求，因而机房内需要额外添加辅助制冷设备，增加了机房建设的投资。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法，它能提供两种冷源从而满足整个机房的散热需求。一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块，包括气冷供水管道、气冷回水管道、液冷供水管道、液冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机、第六阀门、第五阀门、；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、轴流风机、淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层，所述淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层均设置在冷却塔壳体内，轴流风机设置在冷却塔壳体的顶端，蛇形管冷凝器设置在冷却塔壳体内的中部，淋水盘设置在轴流风机与蛇形管冷凝器之间，冷却塔壳体底部设置接水盘，所述喷淋水泵设置在冷却塔壳体外，与接水盘、淋水盘分别相连，用于把存储于闭式冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处实现喷淋，喷淋水泵与淋水盘之间设置第七阀门，蛇形管冷凝器的出水口连接液冷供水管道，蛇形管冷凝器的进水口连接液冷回水管道；蛇形管冷凝器的出水口还通过第一阀门连接气冷供水管道，蛇形管冷凝器的还进水口通过第二阀门连接气冷回水管道，所述冷水机包括构成闭合回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，所述闭式冷却塔、第六阀门、冷凝器、第五阀门、喷淋水泵相连组成冷却水循环回路，气冷供水管道还通过第四阀门连接蒸发器的出水口，气冷回水管道通过第三阀门连接蒸发器的进水口；所述液冷回水管道上设置第一调节水泵，所述气冷回水管道上设置第二调节水泵。本专利技术的冷源模块可以根据环境温度的变化切换机械供冷和自然冷却供冷两种不同模式。其中，自然冷却模式下冷源来源为闭式冷却塔，机械冷却模式下冷源来源为冷水机。将闭式冷却塔、第六阀门、冷凝器、第五阀门、喷淋水泵相连组成冷却水循环回路，即在冷却水循环回路设置旁通，通入冷水机的冷凝器，实现了机械冷却与自然冷却一体化结构设计。冷源模块包含液冷通道和气冷通道。在实际应用过程中，冷源模块可以有三种运行模式进行选择：1、只供液冷，此时气冷通道关闭，冷源模块只需要开启闭式冷却塔供液冷部分，自然条件下已经能够满足液冷需求；2、只供气冷，此时液冷通道关闭，在环境温度较低时使用闭式冷却塔对气冷通道供冷，当环境温度上升，自然冷却满足不了气冷通道的需求时，开启冷水机供冷，闭式冷却塔此时作为冷水机的冷凝端；3、同时供给液冷和气冷通道，此时气冷通道和液冷通道同时开启，根据环境工况切换冷水机的起停。冷源模块包含电动阀门，可实现上述运行模式的切换。本专利技术提供两种不同的冷源，即闭式冷却塔的自然冷却系统与冷水机机械制冷系统，且将两者一体化设计，满足整个机房的散热需求。进一步地，还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器与第六传感器，所述第一温度传感器设置在供水主管道上，第二温度传感器设置在回水主管道上，第三温度传感器设置在与冷水机相连的气冷供水管道上，所述第四温度传感器设置在与冷水机相连的气冷回水管道上，所述第五温度传感器设置在冷却水循环回路中的喷淋水泵与淋水盘之间，所述第六传感器用于检测环境温度。所述温度传感器可以分为检测环境温度的传感器与检测供水回水温度的传感器这两大类，根据温度传感器所采集的温度，对冷源模块中的运行设备如第一调节泵、第二调节泵、喷淋水泵、轴流风机、压缩机的运行频率进行调节，使其能最大限度地利用自然冷量，降低设备的能耗。进一步地，所述填料层的材料为PVC填料散热胶片。一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块采用权利要求2或3所述的冷源模块实现，上述方法包括如下步骤：所述液冷回水管道与液冷供水管道有冷源介质，气冷回水管道与气冷供水管道中有冷源介质；通过第一温度传感器控制轴流风机，第二调节水泵，第一调节水泵与喷淋水泵的频率，通过第三温度传感器控制压缩机的运行频率：（1）当环境湿球温度小于一定温度值F时，所述液冷回水管道与液冷供水管道冷源介质来自闭式冷却塔，气冷回水管道与气冷供水管道中冷源介质来自闭式冷却塔，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门关闭，第一阀门、第二阀门、第七阀门打开；当供水水温小于一定温度值C，先调节轴流风机的频率，当轴流风机频率到达最低转速下自然冷却产生的冷量仍然大于供冷需求，调节喷淋水泵的频率，当喷淋水泵频率降到最低转速冷量仍大于供冷需求时，降低第一调节水泵、第二调节水泵的频率；当供水温度大于一定温度值C，先调节第一调节水泵、第二调节水泵的频率，当第一调节水泵、第二调节水泵频率达到最大冷量仍然不满足供冷需求时，调节轴流风机的频率，当轴流风机频率达到最大冷量仍不满足供冷需求，增大喷淋水泵的频率；（2）当环境湿球温度大于或等于一定温度值F时，所述液冷回水管道与液冷供水管道冷源介质来自闭式冷却塔，气冷回水管道与气冷供水管道中冷源介质来自冷水机，第一阀门、第二阀门关闭，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门打开：冷水机供水温度大于一定温度值D时，开启压缩机满载运行；冷水机供水温度小于一定温度值E时，压缩机低频运行，其中温度值D大于温度值E；冷却塔供水温度小于一定温度值A时，先调节轴流风机的频率，当轴流风机频率到达最低转速下自然冷却产生的冷量仍然大于供冷需求，调节喷淋水泵的频率，当喷淋水泵频率降到最低转速冷量仍过大时，降低第一调节水泵的频率；冷却塔供水温度大于一定温度值A时，先调节第一调节水泵的频率，当水泵频率达到最大冷量仍然小于供冷需求时，调节轴流风机的频率，当轴流风机频率达到最大冷量仍不满足液冷需求，增大喷淋水泵的频率。其中，自然冷却指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，包括气冷供水管道、气冷回水管道、液冷供水管道、液冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机、供水主管道、回水主管道；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、轴流风机、淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层，所述淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层均设置在冷却塔壳体内，轴流风机设置在冷却塔壳体的顶端，蛇形管冷凝器设置在冷却塔壳体的中部，淋水盘设置在轴流风机与蛇形管冷凝器之间，冷却塔壳体底部设置接水盘，填料层设置在蛇形管冷凝器与接水盘之间，所述喷淋水泵设置在冷却塔壳体外，与接水盘、淋水盘分别相连，用于把存储于冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处实现喷淋，喷淋水泵与淋水盘之间设置第七阀门，蛇形管冷凝器的出水口连接供水主管道，蛇形管冷凝器的进水口连接回水主管道，供水主管道连接液冷供水管道并通过第一阀门连接气冷供水管道，回水主管道连接液冷回水管道并通过第二阀门连接气冷回水管道；所述冷水机包括构成闭合回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，所述闭式冷却塔、第六阀门、冷凝器、第五阀门、喷淋水泵相连组成冷却水循环回路，蒸发器的出水口通过第四阀门连接气冷供水管道，蒸发器的进水口通过第三阀门连接气冷回水管道；所述液冷回水管道上设置第一调节水泵，所述气冷回水管道上设置第二调节水泵。...

【技术特征摘要】
1.一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，包括气冷供水管道、气冷回水管道、液冷供水管道、液冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机、供水主管道、回水主管道；所述闭式冷却塔包括冷却塔壳体、轴流风机、淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层，所述淋水盘、接水盘、蛇形管冷凝器、填料层均设置在冷却塔壳体内，轴流风机设置在冷却塔壳体的顶端，蛇形管冷凝器设置在冷却塔壳体的中部，淋水盘设置在轴流风机与蛇形管冷凝器之间，冷却塔壳体底部设置接水盘，填料层设置在蛇形管冷凝器与接水盘之间，所述喷淋水泵设置在冷却塔壳体外，与接水盘、淋水盘分别相连，用于把存储于冷却塔壳体底部接水盘的冷却液体泵到淋水盘处实现喷淋，喷淋水泵与淋水盘之间设置第七阀门，蛇形管冷凝器的出水口连接供水主管道，蛇形管冷凝器的进水口连接回水主管道，供水主管道连接液冷供水管道并通过第一阀门连接气冷供水管道，回水主管道连接液冷回水管道并通过第二阀门连接气冷回水管道；所述冷水机包括构成闭合回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，所述闭式冷却塔、第六阀门、冷凝器、第五阀门、喷淋水泵相连组成冷却水循环回路，蒸发器的出水口通过第四阀门连接气冷供水管道，蒸发器的进水口通过第三阀门连接气冷回水管道；所述液冷回水管道上设置第一调节水泵，所述气冷回水管道上设置第二调节水泵。2.根据权利要求1所述的一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器与第六传感器，所述第一温度传感器设置在供水主管道上，第二温度传感器设置在回水主管道上，第三温度传感器设置在与冷水机相连的气冷供水管道上，所述第四温度传感器设置在与冷水机相连的气冷回水管道上，所述第五温度传感器设置在冷却水循环回路中的喷淋水泵与淋水盘之间，所述第六传感器用于检测环境温度。3.根据权利要求1所述的一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，所述填料层的材料为PVC填料散热胶片。4.一种液气双供的自然冷却与机械制冷相结合的冷源模块的控制方法，其特征在于，所述冷源模块采用权利要求2或3所述的冷源模块实现，上述方法包括如下步骤：所述液冷回水管道与液冷供水管道有冷源介质，气冷回水管道与气冷供水管道中有冷源介质；通过第一温度传感器控制轴流风机，第二调节水泵，第一调节水泵与喷淋水泵的频率，通过第三温度传感器控制压缩机的运行频率：（1）当环境湿球温度小于一定温度值F时，所述液冷回水管道与液冷供水管道冷源介质来自闭式冷却塔，气冷回水管道与气冷供水管道中冷源介质来自闭式冷却塔，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门关闭，第一阀门、第二阀门、第七阀门打开；当供水水温小于一定温度值C，先调节轴流风机的频率，当轴流风机频率到达最低转速下自然冷却产生的冷量仍然大于供冷需求，调节喷淋水泵的频率，当喷淋水泵频率降到最低转速冷量仍大于供冷需求时，降低第一调节水泵、第二调节水泵的频率；当供水温度大于一定温度值C，先调节第一调节水泵、第二调节水泵的频率，当第一调节水泵、第二调节水泵频率达到最大冷量仍然不满足供冷需求时，调节轴流风机的频率，当轴流风机频率达到最大冷量仍不满足供冷需求，增大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岗，吴金河，周圆圆，
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