一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统及其控制方法，系统包括数据中心微模块机房、液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，还包括冷源备份旁通系统，所述冷源备份旁通系统连接了液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，用于切换液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统的冷却介质；方法通过液冷通道致冷系统的控制系统依据液、气双通道冷负荷需求和环境温度变化，通过控制调节旁通第一电动阀、旁通第二电动阀、液冷第一电动阀、液冷第二电动阀、气冷第一电动阀和气冷第二电动阀，实现液气双通道致冷系统冷源侧冷却介质的备份切换。本发明专利技术具有高可靠性、安全性及冷源协同控制性能，能避免单个设备或单个致冷系统故障导致大量服务器宕机。

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统及其控制方法
本专利属于服务器设备致冷
，尤其是一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统及其控制方法。
技术介绍
大型数据中心在全球化、信息化发展过程中发挥了重要作用，是电信、互联网、金融等行业的重要基础设施，更是各国推进网络强国战略的重要信息化基础。近几年，随着互联网、云计算和大数据产业的加速发展，全球数据中心建设步伐明显加快，总量已超过300万个，市场规模将在2018年超过1060亿元。与此同时，据统计，数据中心年耗电量占全球总耗电量的比例为1.5％-2％，一直被带上“耗能大户”的帽子，消耗了大量资源，同时热岛效应突出、建设投资大、机房利用率低等问题都已成为数据中心节能领域亟待攻克的国际难题。在能耗方面，数据中心大部分PUE都在2.0以上，存在高能耗、高浪费；在可靠性方面，由于传统风冷技术存在机房内冷量分布不均匀的问题，机房热岛效应突出，严重情况下导致计算机服务器死机、重要业务数据丢失；在资源利用率方面，受限于纯粹风冷技术的致冷瓶颈，数据中心单机架装机功率被设置为3kW-5kW，单机架所能承载的业务容量极低。而随着电子元器件集成度提高，其体积不断减少，性能不断提升，芯片的功能密度也越来越大，传统的风冷(气冷)散热方式能耗高、换热效率低，已经不能满足日益增长的散热需求。而液体冷却技术以其高效的散热效率以及较低的能耗为高热流密度电子器件散热提供了新的解决方案，并已经在数据中心、服务器、个人PC等多个领域展开应用。但目前几种液冷技术多是针对IT设备，存在以下问题：一种直接水冷技术是将水流直接通至服务器主板CPU、内存等散热元件上方的液冷技术。由于直接水冷技术的水流被通至主板CPU等元件上方，既存在结构上的水流泄漏安全隐患，又会因导流水管过于细小而导致需要较大驱动压强、水流泄漏风险进一步加大。而且应用此技术的服务器架构需大幅定制开发，增加一系列水冷板及导流管，工艺较复杂，可维护性低，初投资较高。一种浸没式技术是将服务器主板浸没于绝缘液体的液冷技术。由于浸没式技术的服务器主板置于液态电介质之中，主板高频元器件之间具有潜在的耦合可能、影响主板电磁兼容性和维护的便利性，故而该技术尚未产业化推广并且还需数年时间的测试优化。而且浸没式液冷技术同样面临初投资大、工艺复杂、可维护性较差等问题。还有一种热管间接式液冷技术，采用“水冷型热管散热器”吸收服务器核心部件发热量，水(或采用其它冷媒)被约束在集中的冷板之内、不到服务器主板，安全性高，而且所用“水冷型热管散热器”不接触或者不贴近服务器主板的高频针脚、线路、容感等，不影响主板的电磁兼容性，且服务器架构也不需要大幅改造，维护简单便捷，因此热管间接式液冷技术与其它液冷技术相比，具备较大优势。然而受限于热管及冷板的制造工艺和投资成本，热管间接式液冷技术难以带走服务器的全部热量。虽然现有技术也出现采用了热管间接式液冷技术与列间空调辅助散热技术，如专利号201520185138.3、专利名称列间空调和液冷装置结合的服务器机柜散热系统，但是它公开的液冷技术与列间空调辅助散热技术之间的配合使整个系统还达不到较高的节能性和可靠性，它们之间冷源端冷却介质做不到切换利用，有待进一步改进提升。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统，它具有较高的可靠性、安全性及冷源协同控制性能，能够有效避免单个设备或单个致冷系统故障导致大量服务器宕机。本专利技术采用的技术方案如下：一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统，包括数据中心微模块机房、液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，所述数据中心微模块机房内设有若干液冷服务器机柜和设置于液冷服务器机柜内的若干服务器，所述服务器设有高热流密度芯片和若干低热流密度元件，通过液冷通道致冷系统对服务器的高热流密度芯片进行液冷散热，通过气冷通道致冷系统进行辅助散热，对低热流密度元件气冷散热，还包括冷源备份旁通系统，所述冷源备份旁通系统连接了液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，用于切换液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统的冷却介质。进一步地，所述液冷通道致冷系统包括内循环系统和外循环系统，所述内循环系统包括依次连接的水冷型热管散热器、液冷分配单元、液冷维护单元和温控换热单元，所述水冷型热管散热器、液冷分配单元设于液冷服务器机柜内，所述液冷维护单元设于液冷服务器机柜下方底座内，所述温控换热单元包括内循环泵和换热器；所述液冷维护单元与内循环泵之间通过内循环回液总管连接，所述换热器与液冷维护单元之间通过内循环供液总管连接；所述外循环系统包括冷却单元、外循环泵和控制系统，所述冷却单元和换热器之间通过外循环供液总管和外循环回液总管连接，所述外循环泵位于冷却单元和换热器之间且通过外循环供液总管与它们连接，所述冷却单元和外循环泵均与换热器连接，通过换热器实现内、外循环系统热量的传递；所述换热器与冷却单元之间且在外循环回液总管上设有液冷第一电动阀，所述外循环泵与冷却单元之间且在外循环供液总管上设有液冷第二电动阀。进一步地，所述内循环系统采用双环路同程设计，包括供液环路和回液环路，所述供液环路包括了内循环供液总管，所述回液环路包括了内循环回液总管。进一步地，所述气冷通道致冷系统包括冷冻水分配单元和列间空调，所述列间空调设于数据中心微模块机房内，且与冷冻水分配单元连接，所述冷冻水分配单元通过空调回水总管和空调供水总管连接了冷水主机，所述列间空调由空调供水支管供水且由空调回水支管回收排出的水，所述空调供水支管连接了空调供水总管，所述空调回水支管连接了空调回水总管；所述冷冻水分配单元与冷水主机之间且在空调回水总管上设有气冷第一电动阀，所述冷冻水分配单元与冷水主机之间且在空调供水总管上设有气冷第二电动阀。进一步地，所述冷源备份旁通系统包括旁通第一电动阀和旁通第二电动阀，所述旁通第一电动阀通过第一旁通管路连接了外循环供液总管和空调供水总管，且第一旁通管路与外循环供液总管的连接处位于换热器与冷却单元连接管路之间，第一旁通管路与空调供水总管的连接处位于冷冻水分配单元与冷水主机连接管路之间；所述旁通第二电动阀通过第二旁通管路连接了外循环回液总管和空调回水总管，第二旁通管路与外循环回液总管的连接处位于换热器与冷却单元连接管路之间，第二旁通管路与空调回水总管的连接处位于冷冻水分配单元与冷水主机连接管路之间。进一步地，所述外循环系统的控制系统与所述旁通第一电动阀、旁通第二电动阀、液冷第一电动阀、液冷第二电动阀、气冷第一电动阀、气冷第二电动阀电性连接，所述控制系统可依据液、气双通道冷负荷需求和环境温度变化，通过控制调节旁通第一电动阀、旁通第二电动阀、液冷第一电动阀、液冷第二电动阀、气冷第一电动阀、气冷第二电动阀，实现液气双通道致冷系统冷源侧冷却介质的备份切换。进一步地，所述水冷型热管散热器、液冷分配单元、液冷维护单元、列间空调安装于数据中心微模块机房内，所述若干个液冷服务器机柜和若干台列间空调分成两列前门对前门间隔安装，两列机柜之间的空间形成封闭冷通道；所述温控换热单元、外循环泵、控制系统、冷冻水分配单元安装于数据中心设备间，所述冷却单元安装于室外；温控换热单元的换热器隔离内、外循环系统，冷冻水分配单元隔离空调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统，包括数据中心微模块机房、液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，所述数据中心微模块机房内设有若干液冷服务器机柜和设置于液冷服务器机柜内的若干服务器，所述服务器设有高热流密度芯片和若干低热流密度元件，通过液冷通道致冷系统对服务器的高热流密度芯片进行液冷散热，通过气冷通道致冷系统进行辅助散热，对低热流密度元件气冷散热，其特征在于，还包括冷源备份旁通系统，所述冷源备份旁通系统连接了液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，用于切换液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统的冷却介质。

【技术特征摘要】
1.一种数据中心液气双通道精准高效致冷系统，包括数据中心微模块机房、液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，所述数据中心微模块机房内设有若干液冷服务器机柜和设置于液冷服务器机柜内的若干服务器，所述服务器设有高热流密度芯片和若干低热流密度元件，通过液冷通道致冷系统对服务器的高热流密度芯片进行液冷散热，通过气冷通道致冷系统进行辅助散热，对低热流密度元件气冷散热，其特征在于，还包括冷源备份旁通系统，所述冷源备份旁通系统连接了液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统，用于切换液冷通道致冷系统和气冷通道致冷系统的冷却介质。2.根据权利要求1所述的数据中心液气双通道精准高效致冷系统，其特征在于，所述液冷通道致冷系统包括内循环系统和外循环系统，所述内循环系统包括依次连接的水冷型热管散热器、液冷分配单元、液冷维护单元和温控换热单元，所述水冷型热管散热器、液冷分配单元设于液冷服务器机柜内，所述液冷维护单元设于液冷服务器机柜下方底座内，所述温控换热单元包括内循环泵和换热器；所述液冷维护单元与内循环泵之间通过内循环回液总管连接，所述换热器与液冷维护单元之间通过内循环供液总管连接；所述外循环系统包括冷却单元、外循环泵和控制系统，所述冷却单元和换热器之间通过外循环供液总管和外循环回液总管连接，所述外循环泵位于冷却单元和换热器之间且通过外循环供液总管与它们连接；所述换热器与冷却单元之间且在外循环回液总管上设有液冷第一电动阀，所述外循环泵与冷却单元之间且在外循环供液总管上设有液冷第二电动阀。3.根据权利要求2所述的数据中心液气双通道精准高效致冷系统，其特征在于，所述内循环系统采用双环路同程设计，包括供液环路和回液环路，所述供液环路包括了内循环供液总管，所述回液环路包括了内循环回液总管。4.根据权利要求2所述的数据中心液气双通道精准高效致冷系统，其特征在于，所述气冷通道致冷系统包括冷冻水分配单元和列间空调，所述列间空调设于数据中心微模块机房内，且与冷冻水分配单元连接，所述冷冻水分配单元通过空调回水总管和空调供水总管连接了冷水主机，所述列间空调由空调供水支管供水且由空调回水支管回收排出的水，所述空调供水支管连接了空调供水总管，所述空调回水支管连接了空调回水总管；所述冷冻水分配单元与冷水主机之间且在空调回水总管上设有气冷第一电动阀，所述冷冻水分配单元与冷水主机之间且在空调供水总管上设有气冷第二电动阀。5.根据权利要求4所述的数据中心液气双通道精准高效致冷系统，其特征在于，所述冷源备份旁通系统包括旁通第一电动阀和旁通第二电动阀，所述旁通第一电动阀通过第一旁通管路连接了外循环供液总管和空调供水总管，且第一旁通管路与外循环供液总管的连接处位于换热器与冷却单元连接管路之间，第一旁通管路与空调供水总管的连接处位于冷冻水分配单元与冷水主机连接管路之间；所述旁通第二电动阀通过第二旁通管路连接了外循环回液总管和空调回水总管，第二旁通管路与外循环回液总管的连接处位于换热器与冷却单元连接管路之间，第二旁通管路与空调回水总管的连接处位于冷冻水分配单元与冷水主机连接管路之间。6.根据权利要求5所述的数据中心液气双通道精准高效致冷系统，其特征在于，所述外循环系统的控制系统与所述旁通第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢春辉，周圆圆，顾剑彬，陈前，李敏华，廖润球，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