管理封闭空间中的条件的系统和方法技术方案

用于控制封闭空间中的温度的系统和方法，可包括空气‑空气热交换器(AAHX)和直接蒸发冷却器(DEC)。DEC可位于扫气空气流束或者室外空气流束中，使得DEC冷却室外空气，然后冷却的室外空气用以冷却或排出来自穿过AAHX的过程空气流束的热。在一示例中，AAHX可以是显热轮。在另一示例中，AAHX可以是逆流平板。所述系统可以在各种模式下操作，包括节能器模式和蒸发模式，这部分地取决于室外空气条件以及系统上的负载。在一些示例中，所述系统可包括DX盘管，以在另一操作模式下对过程空气提供附加的冷却。

System and method for managing conditions in closed spaces

A system and method for controlling the temperature in the enclosed space, including air air heat exchanger (AAHX) and the direct evaporative cooler (DEC). The DEC may be located in a scavenging air stream or an outdoor air stream, allowing the DEC to cool out the outdoor air, and then cooling the outdoor air to cool or discharge the heat from the air flow stream through the AAHX. In one example, the AAHX can be a sensible heat wheel. In another example, the AAHX may be a counter current plate. The system can operate in a variety of modes, including an economizer mode and an evaporative mode, which depend in part on the outdoor air conditions and on the system load. In some examples, the system may include an DX coil to provide additional cooling to the process air in another mode of operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管理封闭空间中的条件的系统和方法优先权要求本申请要求于2014年6月20日提交的美国临时专利申请62/014,985的权益，还要求于2014年7月21日提交的美国临时专利申请62/027,050的权益，其中每个申请的优先权权益在此要求保护，并且每个申请通过引用以其整体并入本文。
本专利申请涉及加热和冷却，并且更具体地，涉及用于冷却包括例如数据中心的封闭空间的冷却系统和方法。
技术介绍
有许多控制封闭空间内的环境条件(例如，冷却数据中心)比较重要的应用。数据中心通常由计算机和相关部件组成，这些计算机和相关部件每周7天、每天24小时运行。数据中心中的电气部件产生大量热，需要从空间中移除这些热。数据中心中的空气调理系统可以消耗总能量中的多达40％。在诸如数据中心的仅冷却应用中，存在多种降低空气调理系统的能量消耗的方法，例如，包括常规的蒸发/绝热冷却器，包括用于空间冷却的间接/混合设计。目前使用的两种通常方法是空气侧节能器和水侧节能器。当室外空气条件适合于排除来自数据中心的热时，空气侧节能器将室外空气导入数据中心。使用空气侧节能器可能增加空间内的灰尘积聚和空气污染物的风险，并且会受限于相对冷和干燥的气候。水侧节能器通常是对冷却水环路的回流水中的一些或全部进行冷却的冷却塔。水侧节能器的一些缺陷在于水矿物质沉积、微生物和生物膜生长(例如军团菌(Legionellabacteria))、金属部件的腐蚀以及塔中的其它维护挑战。此外，水侧节能器应用会受到相对热和干燥的气候的限制。另一种最近的冷却方法是使用直接蒸发冷却器(DEC)来冷却建筑物和其它封闭空间。传统的直接蒸发冷却器虽然通常比蒸汽压缩系统更能量有效，但具有一些缺陷。对从冷却器出来的供应空气温度的控制会是一种挑战，并且该供应空气温度依赖于室外空气温度和湿度水平。供应空气可能过湿。这些系统需要仔细维护以确保细菌、藻类、真菌和其它污染物不会在水系统中增殖并转移到供应空气流束中。由于这些系统利用了蒸发液体水和供应空气之间的直接接触，可能发生污染物被携带到空气流中，这又可能导致室内空气质量降低，臭味和“病态建筑综合症”。此外，矿物沉积物在单元和蒸发垫上的积累会降低性能，并需要维护。除了维护的挑战之外，直接和间接蒸发冷却器通常受到冷却温度不低于行进通过蒸发装置的空气流束的湿球温度的限制。例如，如果间接蒸发冷却器使用室外扫气空气，则当外部空气的湿球温度变得太高时，冷却器可能不能满足所需的冷却温度或处理建筑空间的显热负载。这可能限制适于蒸发冷却技术的气候条件的范围，或者当蒸发系统失去能力时需要使用备份冷却器。冗余冷却设备进一步增加了系统的成本和复杂性。
技术实现思路
本专利技术人尤其认识到，使用在扫气空气流束中的直接蒸发冷却器(DEC)和在扫气空气流束与过程空气流束之间交换热的空气-空气热交换器的组合，能够改进向封闭空间提供冷却方面的性能。以下非限制性示例一般地涉及用于冷却包括例如数据中心的封闭空间的系统和方法。提供以下非限制性实施例以进一步说明本文公开的系统和方法。根据本公开的示例包括集成的显热轮(sensiblewheel)，或其它类型的空气-空气热交换器(AAHX)，和用以间接且敏感地冷却过程空气的直接蒸发冷却器(DEC)。在DEC的上游可以包括预冷器盘管，以实现低于室外空气湿球温度的冷却温度。还可以包括具有空气冷却式或水冷式冷凝器的直接膨胀(DX)冷却系统，以在相对热和潮湿的气候中实现目标冷通道供应温度。所提出的系统和方法可以改进用于数据中心(和其它封闭空间)的冷却的市场中现有的直接/间接蒸发冷却/混合系统的性能、封装和价格。尽管在冷却数据中心的情形中描述了一些下述示例，但是包括显热轮和DEC的组合的、根据本公开的示例也可用以控制其它类型封闭空间内的其它环境条件。所提出的系统是与扫气空气流束中的直接蒸发冷却器(DEC)组合的空气-空气热交换器(AAHX)，使用该系统可以实现多个优点。在示例中，显热轮与DEC组合以在冷却应用(例如，数据中心冷却)中提供优于其它类型的AAHX(例如，热管、乙二醇循环环路和交叉流平板AAHX)的改进性能。在实施例中，逆流AAHX与DEC组合以提供改进的性能。这种示例系统和方法可以提供优于常规蒸发/混合冷却系统的许多优点，如下面更详细地描述的。所提出的系统间接地冷却来自封闭空间的过程空气，这可以减少灰尘积聚和室外空气污染物转移到空间的风险。因此，所提出的系统可以显著减少替代的冷却系统所需的空气过滤。此外，所提出的系统明显地冷却过程空气，这可以为诸如数据中心的封闭空间提供更好的湿度控制。根据本公开的示例可以用于屋顶和端对输送应用(end-ondeliveryapplication)，这能够将这种系统和方法的适用性扩展到不同的市场条件。下面描述的一些示例包括将辅助机械冷却系统(例如，直接膨胀或“DX”冷却系统)与空气冷却式/水冷式冷凝器以及显热轮和DEC系统集成在一起，以根据需要对过程空气提供进一步冷却。在水冷式冷凝器中使用处于扫气空气湿球(wet-bulb)温度下的DEC的冷水能够提高DX冷却系统和整体系统的性能。示例性系统和方法还可以允许蒸发系统使用在直接蒸发冷却器(DEC)的上游的预冷器来实现低于扫气空气湿球温度的冷却温度。这扩展了蒸发冷却器的操作范围，并且可以在许多气候中消除对备份冷却器或其它设备(即，备份DX冷却系统)的需要。此外，与其它蒸发技术相比，所提出的部件和气流路径的各种构造可以改善整体系统效率、灵活性以及在许多不同市场中的商业化潜力。该概述旨在提供对本专利申请的主题的概述。其并不旨在提供本专利技术的排他性或穷尽性解释。详细说明被包括以提供关于本专利申请的进一步信息。附图说明这些附图不一定按比例绘制，在这些附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式总体示出了本文献中讨论的各种实施例。图1是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图2是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图3是根据本专利申请在屋顶或端对输送系统中使用的示例直接膨胀(DX)系统的示意图。图4是根据本专利申请的用于屋顶或端对输送系统的示例直接蒸发冷却器(DEC)的示意图。图5是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图6是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图7是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图8是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图9A是根据本专利申请的示例端对输送系统的示意性端视图。图9B是图9A中的端对输送系统的示意性侧视图。图10是根据本专利申请的示例性屋顶系统的侧视图。图11是图10的屋顶系统的示意性底视图。图12是图10的屋顶系统的示意性俯视图。图13是示出空气-空气热交换器(AAHX)的显热性能相对于总体系统性能的影响的曲线图。图14是示出AAHX的显热性能对于室外空气湿球(OAWB)极限的影响的曲线图。图15是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。图16是根据本专利申请的示例性屋顶系统的示意图。具体实施方式本申请涉及用于控制封闭空间(例如，数据冷却中心)内的条件(例如，温度)的系统和方法。该系统可以包括与空气-空气热交换器(AAHX)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制封闭空间中的温度的系统，所述系统包括：空气‑空气热交换器(AAHX)，所述空气‑空气热交换器布置于在过程空气进口和出口之间的过程空气的流动路径中并位于扫气空气进口和出口之间的扫气空气的流动路径中，所述AAHX包括逆流平板式热交换器和显热轮中的至少一个；和直接蒸发冷却器(DEC)，所述直接蒸发冷却器在所述扫气空气的流动路径中布置在所述AAHX和所述扫气空气进口之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/014,985;2014.07.21 US 62/027,0501.一种用于控制封闭空间中的温度的系统，所述系统包括：空气-空气热交换器(AAHX)，所述空气-空气热交换器布置于在过程空气进口和出口之间的过程空气的流动路径中并位于扫气空气进口和出口之间的扫气空气的流动路径中，所述AAHX包括逆流平板式热交换器和显热轮中的至少一个；和直接蒸发冷却器(DEC)，所述直接蒸发冷却器在所述扫气空气的流动路径中布置在所述AAHX和所述扫气空气进口之间。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：直接膨胀(DX)系统，用以向离开所述AAHX的过程空气提供附加冷却。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述直接膨胀(DX)系统包括：DX盘管，所述DX盘管在所述过程空气的流动路径中布置在所述AAHX和所述过程空气出口之间；和冷凝器盘管，所述冷凝器盘管布置在所述AAHX和所述扫气空气出口之间的扫气空气流动路径中。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述直接膨胀(DX)系统包括：DX盘管，所述DX盘管在所述过程空气的流动路径中布置在所述AAHX和所述过程空气出口之间；和液体-液体热交换器，所述液体-液体热交换器在所述扫气空气流动路径中布置在所述扫气空气进口和所述AAHX之间。5.根据权利要求4所述的系统，其中，来自所述DEC的水流过所述液体-液体热交换器，并调理从所述DX盘管流过所述液体-液体热交换器的致冷剂。6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述直接膨胀(DX)系统包括：DX盘管，位于所述DEC的收集箱中，并且构造成用于冷却所述收集箱中的水。7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括：第二DX盘管，该第二DX盘管在所述过程空气流动路径中布置在所述AAHX和所述过程空气出口之间。8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：预冷却盘管，该预冷却盘管在所述扫气空气流动路径中布置在所述扫气空气进口和所述AAHX之间。9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：冷却盘管，该冷却盘管在所述过程空气流动路径中布置于所述AAHX和所述过程空气出口之间，其中，来自所述DEC的水流过所述冷却盘管并根据在所述扫气空气进口处的扫气空气的条件而流回到所述DEC，或者流过所述预冷却盘管然后再流到所述DEC。10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：DX盘管，该DX盘管在所述过程空气流动路径中布置于所述冷却盘管和所述过程空气出口之间。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫气空气的流动路径通过所述系统的顶部部分，并且所述过程空气的流动路径通过所述系统的底部部分，并且所述系统构造用于在包含所述封闭空间的建筑物的屋顶上使用。12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括分离所述系统的所述顶部部分和所述底部部分的隔离物，并且其中，所述扫气空气的流动路径和所述过程空气的流动路径在所述系统中保持彼此分离。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述AAHX布置在所述系统的所述顶部部分以及所述底部部分中。14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是端对输送系统，被构造用于附接到包含所述封闭空间的建筑物的一侧，并且所述扫气空气的流动路径通过所述系统的第一侧部，而所述过程空气的流动路径通过所述系统的第二侧部，使得该两个流动路径在所述系统中保持彼此分离。15.根据权利要求14所述的系统，进一步包括分离所述单元的第一侧和第二侧的隔离物，并且所述AAHX布置在所述第一侧部和第二侧部中。16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述封闭空间是数据中心。17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述AAHX是构造成用于逆流平行流的逆流平板式热交换器，使得所述扫气空气的流动路径处于与所述过程空气的流动路径相反的方向。18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述AAHX是构造用于逆流交叉流的逆流平板式热交换器，使得所述扫气空气的流动路径在所述AAHX中与所述过程空气的流动路径相交叉。19.一种用于控制封闭空间中的温度的系统，所述系统包括：显热轮，所述显热轮布置于在过程空气进口和出口之间的过程空气的第一流动路径中以及在扫气空气进口和出口之间的扫气空气的第二流动路径中；直接蒸发冷却器，所述直接蒸发冷却器在所述第二流动路径中布置在所述显热轮的上游；和旁路，所述旁路构造成在所述DEC的下游和所述显热轮的上游的位置处将所述扫气空气引导到所述第二流动路径中。20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述旁路是挡板，并且当所述挡板打开时，所述扫气空气进口关闭。21.根据权利要求20所述的系统，其中，当所述系统以节能器模式运行时，所述挡板打开，使得所述显热轮在没有所述直接蒸发冷却器的情况下充分调理所述过程空气。22.根据权利要求21所述的系统，其中，在蒸发模式中，所述挡板关闭，并且所述扫气空气进口打开。23.根据权利要求19所述的系统，其中，所述过程空气包括回流空气和供应空气，所述回流空气通过所述过程空气进口从所述封闭空间接收并且被所述显热轮调理，以产生通过所述过程空气出口传输回到所述封闭空间中的所述供应空气。24.根据权利要求19所述的系统，其中，所述扫气空气包括外部空气和排气，所述外部空气通过所述扫气空气进口从所述封闭空间的外部接收并且被所述直接蒸发冷却器和所述显热轮调理，以产生通过所述扫气空气出口传输到所述封闭空间的外部的所述排气。25.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一流动路径通过所述系统的第一部分，并且所述第二流动路径通过所述系统的第二部分，其中，所述系统还包括分离所述第一部分和第二部分的隔离物，并且所述第一流动路径和第二流动路径在所述系统中保持彼此分离。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述显热轮跨越所述系统的所述第一部分和第二部分。27.根据权利要求19所述的系统，进一步包括：直接膨胀冷却装置，所述直接膨胀冷却装置在所述第一流动路径中布置在所述显热轮和所述过程空气出口之间。28.根据权利要求27所述的系统，进一步包括：冷凝器，所述冷凝器在所述第二流动路径中布...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·穆加达姆，P·P·莱普德拉，M·盖伯，
申请(专利权)人：北狄空气应对加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA