一种间接蒸发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间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法。冷却模块包括自然冷却模块、机械制冷系统与控制模块，一体模块化设计，便于在机械制冷和自然冷却之间相互切换，最大限度的利用自然冷源，从而降低了系统的能耗。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。

A cold source module combined with indirect evaporative cooling and mechanical refrigeration and its control method

The invention provides a cold source module combined with indirect evaporative cooling and mechanical refrigeration and a control method thereof. Cooling module includes natural cooling module, mechanical refrigeration system and control module. The integrated modular design facilitates the switching between mechanical refrigeration and natural cooling, and maximizes the use of natural cold sources, thus reducing the energy consumption of the system. Natural cooling module adopts indirect evaporative cooling mode, which can theoretically reduce the water supply temperature to the ambient wet bulb temperature and maximize the use of natural cold source. The water supply loop is an internal circulation pipeline, which ensures the water quality of the water supply. The water supply at the condensing end of the mechanical refrigeration unit is provided by the natural cooling device, which saves the installation of additional cooling tower. At the same time, the water supply at the condensing end is provided by evaporative cooling. Theoretically, the water supply temperature is lower, and the internal circulation water supply is provided, thus effectively preventing the circulating water from being polluted by the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种间接蒸发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
，特别涉及一种间接蒸发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
传统空调系统大多利用高品位电能制取冷量来满足服务对象的冷负荷要求，没有利用室外大量的自然冷源，节能效果较差。在我国大部分地区每年个别月份平均气温能达到10°C下，尤其是我国北方地区，冬季和过渡季的室外环境湿度较低，若将此时室外大量自然冷量采用直接或间接的方式利用起来，如利用高效换热器或分离式热管自然循环将室外冷能引入室内，不仅能够保证室内降温的要求，还减少了传统空调系统的运行时间，既经济又环保。传统自然供冷方式，应用到数据机房等供冷要求比较严格的场合，会存在很多问题。如直接利用新风自然冷却，会造成室内空气的污染，湿度难以控制，要额外加装过滤器，同时进行湿度控制；间接利用新风，空-空换热器体积大，效率不高；运用开式冷却塔供冷水，会有防冻和水污染的问题。因而这些方法实际应用到服务器机房等特殊场合时，并不是太适用。间接蒸发冷却是将被冷却载冷剂（水，空气，制冷剂）与喷淋侧空气利用通道隔开，在湿通道内喷淋循环水，水与二次空气发生直接蒸发冷却过程，干通道中的一次空气只被冷却不被加湿。若采用循环水，则可近似认为水温在整个过程中保持不变，喷淋水充当了传热媒介，吸收一次空气的释放的显热，再潜热的形式传递给空气，最终随着空气的运动而带走。理论上，空气通过间接蒸发冷却可达到入口空气的湿球温度，冷却效果明显高于直接蒸发冷却。间接蒸发冷却技术的结构虽然比较复杂，但适用性较高。但是，蒸发冷却技术受限于环境空气的湿度，因而不可能全年适用，需要加装额外的机械制冷模块，以备在特殊工况下运行。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块及其控制方法，加装额外的机械制冷模块，不再受限于环境空气的湿度，以备在特殊工况下运行。一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块，包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、第一冷却水泵、闭式冷却塔、冷水机，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门；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，第一冷却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，蛇形管冷凝器的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门设置在液冷回水管道上；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，蒸发器的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门设置在气冷供水管道上，蒸发器的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门设置在气冷回水管道上；还包括第二冷却水泵（5），蛇形管冷凝器（14）、第六阀门（46）、第二冷却水泵（5）、冷凝器（32）、第五阀门（45）相连组成冷却水循环回路。本专利技术的冷源模块将自然冷却模块和机械制冷模块集成在一起，根据环境温度变化切换自然冷却和机械制冷两种不同的供冷模式，最大限度的利用自然冷源。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。自然冷却模块采用间接蒸发冷却方式供冷，理论上能够将供水温度降低到环境湿球温度，最大限度的利用自然冷源。自然冷却模块包括第一冷却水泵，蛇形管冷凝器，填料层，轴流风机及相应的管路部件，自然冷却模块冷量的调节主要通过调节第一冷却水泵和轴流风机频率实现。机械冷却模块包含压缩机，冷凝器，蒸发器，节流阀，膨胀阀及相应的管路部件，机械制冷模块的冷量调节主要通过调节冷凝端供水水温即第一冷却水泵，供水水量即第二冷却水泵以及压缩机开启时间实现。将蛇形管冷凝器、第六阀门、第二冷却水泵、冷凝器、第五阀门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，机械制冷模块冷凝端的散热量由自然冷却模块提供，通过调节第二冷却水泵调节进入冷凝器的水量，实现了机械冷却与自然冷却一体化结构设计。冷源模块包括一条总供水管道与一条总回水管道，即为一路供回水，当感应到环境温度变化时，冷源制冷模式的切换在冷源模块内部完成。供水回路为内循环管路，保证了供水水质。一体模块化设计，机械制冷装置冷凝端供水由自然冷却装置提供，节省了额外的冷却塔的安装，同时，以蒸发冷却的方式为冷凝端供水，理论上能达到的供水温度更低，且内循环供水，有效防止了循环水被环境污染。以间接蒸发冷却方式供冷，载冷剂为冷冻水，避免了直接蒸发冷却以空气为载冷剂带来的除湿、过滤等问题。在实际应用过程中，冷源模块有两种供冷模式：1：自然冷却，当环境温度能够满足冷源供水要求时，采取自然冷却模块供冷，冷水机关闭。2：机械制冷，当环境温度升高，自然冷却不能满足冷源供冷需求时，开启冷水机实现机械制冷，其中，自然冷却供水通道为冷水机冷凝端供水。冷源模块包含多个阀门，可实现上述运行模式的切换。第一阀门与第二阀门打开，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门关闭的情况下为自然冷却模式，第一阀门与第二阀门关闭，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门打开的情况下为机械制冷模式。本专利技术的冷源模块，加装额外的机械制冷模块，当环境冷量达不到气冷通道冷量要求时，通过机械制冷辅助冷却。机械制冷冷凝端使用自然冷却模块进行冷却，不再受限于环境空气的湿度，冷凝端供水温度理论上达到环境湿球温度，冷凝温度的降低，减少了压缩机的能耗。一体模块化设计，降低了初期的建设成本以及后期的维护成本。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，第一温度传感器设置在蛇形管冷凝器与第一阀门之间；第二温度传感器设置在第二阀门与蛇形管冷凝器之间；第三温度传感器设置在蒸发器与第三阀门之间；第四温度传感器设置在第四阀门与蒸发器之间。第一温度传感器用来检测液冷供水管道的供水温度，第二温度传感器用来检测液冷回水管道的回水温度，第三温度传感器用来检测气冷供水管道的供水温度，第四温度传感器用来检测气冷回水管道的回水温度。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冷却水泵、第二冷却水泵、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，还包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器；所述第一压力传感器设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵与第六阀门之间；第二压力传感器设置在冷却水循环回路的第二冷却水泵与冷凝器之间；第三压力传感器设置在第四阀门与蒸发器之间。压力传感器同样是控制系统的一部分，根据压力值来控制各个设备的运行频率。进一步地，还包括第一流量传感器与第二流量传感器，第一流量传感器设置在闭式冷却塔与第五阀门之间，第二流量传感器设置在淋水盘和第一冷却水泵之间。第一流量传感器作为第一冷却水泵将冷却塔壳体底部接水盘的冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机，第一冷却水泵（2）、第一阀门（41）、第二阀门（42）、第三阀门（43）、第四阀门（44）、第五阀门（45）、第六阀门（46）；所述闭式冷却塔（1）包括冷却塔壳体（12）、轴流风机（11）、淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15），所述淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15）均设置在冷却塔壳体（12）内，轴流风机（11）设置在冷却塔壳体（12）的顶端，蛇形管冷凝器（14）设置在冷却塔壳体（12）的中部，淋水盘（12）设置在轴流风机（11）与蛇形管冷凝器（15）之间，冷却塔壳体（12）底部设置接水盘（16），填料层（15）设置在蛇形管冷凝器（15）与接水盘（16）之间，第一冷却水泵（2）设置在冷却塔壳体（12）外，与接水盘（16）、淋水盘（13）分别相连，用于把存储于冷却塔壳体（12）底部接水盘（16）的冷却液体泵到淋水盘（13）处实现喷淋，蛇形管冷凝器（14）的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门（41）设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器（14）的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门（42）设置在液冷回水管道上；所述冷水机（3）包括构成闭合回路的压缩机（31）、冷凝器（32）、膨胀阀（33）、蒸发器（34），蒸发器（34）的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门（43）设置在气冷供水管道上，蒸发器（34）的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门（44）设置在气冷回水管道上；还包括第二冷却水泵（5），蛇形管冷凝器（14）、第六阀门（46）、第二冷却水泵（5）、冷凝器（32）、第五阀门（45）相连组成冷却水循环回路。...

【技术特征摘要】
1.一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，包括总供水管道、总回水管道、液冷供水管道、气冷供水管道、液冷回水管道、气冷回水管道、闭式冷却塔、冷水机，第一冷却水泵（2）、第一阀门（41）、第二阀门（42）、第三阀门（43）、第四阀门（44）、第五阀门（45）、第六阀门（46）；所述闭式冷却塔（1）包括冷却塔壳体（12）、轴流风机（11）、淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15），所述淋水盘（13）、接水盘（16）、蛇形管冷凝器（14）、填料层（15）均设置在冷却塔壳体（12）内，轴流风机（11）设置在冷却塔壳体（12）的顶端，蛇形管冷凝器（14）设置在冷却塔壳体（12）的中部，淋水盘（12）设置在轴流风机（11）与蛇形管冷凝器（15）之间，冷却塔壳体（12）底部设置接水盘（16），填料层（15）设置在蛇形管冷凝器（15）与接水盘（16）之间，第一冷却水泵（2）设置在冷却塔壳体（12）外，与接水盘（16）、淋水盘（13）分别相连，用于把存储于冷却塔壳体（12）底部接水盘（16）的冷却液体泵到淋水盘（13）处实现喷淋，蛇形管冷凝器（14）的出水口通过液冷供水管道连接总供水管道，第一阀门（41）设置在液冷供水管道上，蛇形管冷凝器（14）的进水口通过液冷回水管道连接总回水管道，第二阀门（42）设置在液冷回水管道上；所述冷水机（3）包括构成闭合回路的压缩机（31）、冷凝器（32）、膨胀阀（33）、蒸发器（34），蒸发器（34）的出水口通过气冷供水管道连接总供水管道，第三阀门（43）设置在气冷供水管道上，蒸发器（34）的进水口通过气冷回水管道连接总回水管道，第四阀门（44）设置在气冷回水管道上；还包括第二冷却水泵（5），蛇形管冷凝器（14）、第六阀门（46）、第二冷却水泵（5）、冷凝器（32）、第五阀门（45）相连组成冷却水循环回路。2.根据权利要求2所述的一种间接蒸发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（61）、第二温度传感器（62）、第三温度传感器（63）、第四温度传感器（64），第一温度传感器（61）设置在蛇形管冷凝器（14）与第一阀门（61）之间；第二温度传感器（62）设置在第二阀门（42）与蛇形管冷凝器（14）之间；第三温度传感器（63）设置在蒸发器（34）与第三阀门（43）之间；第四温度传感器（64）设置在第四阀门（44）与蒸发器（34）之间。3.根据权利要求2所述的一种间接蒸发冷却与机械制冷相结合的冷源模块，其特征在于，还包括第一压力传感器（71）、第二压力传感器（72）、第三压力传感器（7...

【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