地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的一种地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统及方法，属于地下空间数据中心降温技术领域。本发明专利技术包括移动冷源、送风主管、架空支架、靶向精准降温对象、送风支管、送风口、精准送风柜、相变材料、热流体通道、排风扇、涡轮风机。针对地下空间数据中心空间受限的制约，采用移动冷源制冷，通过更换移动冷源实现地下空间数据中心的外循环制冷，提高制冷效率。送风主管用于输送冷空气；架空支架用于支撑所述机柜；送风支管将送风主管输送的冷空气送至目标区域，通过送风口喷洒出去；相变材料用于储存地下空间数据中心服务器释放的热量；热流体通道用于热气流流通；排风扇用于增强室内气流循环速率；涡轮风机用于增压，提供气流动能。提供气流动能。提供气流动能。

【技术实现步骤摘要】
地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统及方法


[0001]本专利技术属于地下空间数据中心降温
，尤其涉及空间受限的地铁地下数据机房精准降温系统及方法。

技术介绍

[0002]地下空间作为数据中心的重要场所,在现代社会的信息化进程中发挥着关键作用。随着数据量的爆发式增长和对高性能计算的需求，数据中心对运行环境和散热系统提出了更高要求。地铁地下机房作为一种特殊的地下空间数据中心类型，备受关注。现有的地铁站的地下设备机房，普遍存在以下四点问题：第一：由于地铁地下机房设备工作时间长、工作强度高、散热量大、散热困难，导致设备过热，性能和可靠性降低，容易出现宕机，安全隐患大；第二：由于地下环境的限制，目前采用的常规空调进行房间级冷却技术缺乏针对性，气流组织差、制冷效率低、能源消耗高；导致服务器设备局部热点多、粉尘堆积大；第三：机房热量大多直接排放至地铁隧道内，热量仍旧在地下空间内循环，未从根本上解决热量去除问题；第四：地铁地下机房通常受到空间限制，无法扩展或布置更多的散热设备，这导致散热设备的数量和容量有限，难以满足地铁地下机房高功率设备的散热需求。
[0003]因此，如何消除局部热点，降低地下数据中心空调能耗，尤其是空间受限的地铁地下数据机房空调能耗成为关键技术难点。

技术实现思路

[0004]为解决地下空间数据中心发热量大，散热困难、能耗大的问题，尤其是解决空间受限的地铁地下机房数据中心出现的发热量大，散热困难导致的服务器设备宕机，寿命缩短，运行效率低的问题，本专利技术主要目的是提供一种地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统及方法，能够实现地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温，具有高能效、低能耗、灵活性强、可控性高的优点。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本专利技术公开的地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统及方法，包括移动冷源、送风主管、架空支架、靶向精准降温对象、送风支管、送风口、精准送风柜、热流体通道、排风扇、涡轮风机。针对地下空间数据中心空间受限的制约因素，采用移动冷源对地下空间数据中心制冷，移动冷源分为更换前的移动冷源、地下空间数据中心使用中的移动冷源和更换后的移动冷源三种状态，定义在内循环制冷系统之外提前储存冷量未使用的状态为更换前的移动冷源，定义在地下空间数据中心空间内循环制冷系统工作状态为使用中的移动冷源，定义使用后在空间内循环制冷系统之外交换热能量的状态为更换后的移动冷源。当使用中的移动冷源吸收地下空间数据中心服务器产生的热量后从固态变成液态发生完全相变时更换移动冷源，更换后的移动冷源将地下空间数据中心的热量转移到地下空间内循环制冷系统之外交换热量提高制冷效率；更换前的移动冷源在内循环制冷系统之外提前储存冷量，提高移动冷源对地下空间数据中心的制冷能力；通过更换移动冷源打破原地
下空间数据中心的内循环制冷模式，实现地下空间数据中心的外循环制冷，充分发挥受限空间内的移动冷源的制冷作用，提高地下空间数据中心受限空间内的制冷效率，避免地下空间数据中心热量积聚导致地下空间数据中心设备宕机，解决设备由温度积聚导致的寿命降低问题。所述送风主管用于输送冷空气；所述架空支架用于支撑所述机柜；所述送风支管将送风主管输送的冷空气送至目标区域，通过所述送风口喷洒出去；所述热流体通道用于换热后的热气流流通；所述排风扇用于增强室内气流循环速率；所述涡轮风机用于增压，提供气流动能。
[0007]综合成本和储热性能，作为优选，移动冷源选用冰，便于吸收地下空间数据中心的热量，降低地下空间数据中心受限空间内的温度，变废为宝，所述移动冷源冰可按需求提供冷负荷，地下空间数据中心受限空间内的冷负荷主要是服务器发热冷负荷，服务器冷负荷Q由地下空间数据中心受限空间内的服务器数量(N)和功率(P)决定，α1，α2，α3，
…
α
n
，α为对应功率下服务器工作负荷指数，则服务器冷负荷Q由下式(1)决定
[0008][0009]在式(1)基础上增加5％
‑
10％的安全系数，即为移动冷源冰最大储冷量Q
max
＝(1.05
‑
1.1)Q。
[0010]为了进一步提高地下空间数据中心受限空间内制冷系统的效率、可控性、可靠性，降低能耗，提高经济效益，更换前的移动冷源，采用利用磁悬浮技术和膨胀机制的直膨式磁悬浮空调机组为移动冷源提供冷量，磁悬浮空调机组具有控制系统，通过传感器监测压力P，速度参数V，按照需求调整磁力和气流，调节与移动冷源模块相连接的磁悬浮空调机组的冷却系统，将冷量传递给水制成冰块，提高更换前的移动冷源的储存冷量容量。
[0011]为了优化地下空间数据中心受限空间内气流组织，实现靶向精准送风，为靶向精准降温对象高效降温，作为优选，所述送风支管根据靶向精准降温对象特征垂直方向梯度配置。
[0012]为了增强换热效率，根据冷空气密度ρ
l
大于热空气密度ρ
g
，在浮力作用下热气流上升原理，作为优选，所述地下空间数据中心移动冷源采用靶向精准降温系统置换送风，将温度低的冷空气从下部区域直接送至靶向精准降温对象，冷空气经过靶向精准降温对象吸收热量在热羽流作用下上升，作为进一步优选，所述靶向送风系统采用下送上回置换通风模式。靶向精准降温对象与送风口送风之间的换热量根据式(2)计算：
[0013]Q＝hA(t
w
‑
t
f
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]其中，Q为所述靶向精准降温对象与送风口送风之间的换热量，单位W；h为对流换热系数，单位W/(m2·
℃)；A为所述靶向精准降温对象与所述送风口冷风之间的接触面积，单位m2；t
w
为服务器表面温度，单位为℃；t
f
为送风口送风温度，单位为℃；为了增大换热接触面积，作为优选，所述送风口选择小孔径，多数目。
[0015]为了降低靶向精准降温对象温度，提高地下空间数据中心受限空间内的制冷效率，在实现高效降温和高密度热能储存的同时，充分利用地下空间数据中心服务器释放的热量，变废为宝。作为优选，靶向精准降温对象内布设储热密度高的相变材料和导热系数大的翅片，布设相变材料的质量由式(3)决定：
[0016][0017]其中，L为相变材料的潜热，kJ/kg；C
p
为相变材料的比热，J/(kg
·
K)；T
e
为相变材料吸热融化后的温度，℃；T
i
为相变材料的初始温度，℃；Q为服务器发热冷负荷，KW。
[0018]为了保证地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统送风具有足够的动能，作为优选，所述送风主管内布置涡轮风机进行驱动增压。为了响应多模式的服务器工作场景，根据靶向精准降温对象载荷密度，合理匹配冷负荷，避免不必要的冷量浪费，作为优选，所述涡轮机由可调面积进风口、可调面积送风口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统，其特征在于：包括移动冷源、送风主管、架空支架、靶向精准降温对象、送风支管、送风口、精准送风柜、热流体通道、排风扇、涡轮风机；针对地下空间数据中心空间受限的制约因素，采用移动冷源对地下空间数据中心制冷，移动冷源分为更换前的移动冷源、地下空间数据中心使用中的移动冷源和更换后的移动冷源三种状态，定义在内循环制冷系统之外提前储存冷量未使用的状态为更换前的移动冷源，定义在地下空间数据中心空间内循环制冷系统工作状态为使用中的移动冷源，定义使用后在空间内循环制冷系统之外交换热能量的状态为更换后的移动冷源；当使用中的移动冷源吸收机柜产生的热量后从固态变成液态发生完全相变时更换移动冷源，更换后的移动冷源将地下空间数据中心的热量转移到地下空间内循环制冷系统之外交换热能量提高制冷效率；更换前的移动冷源在内循环制冷系统之外提前储存冷量，提高移动冷源对地下空间数据中心的制冷能力；通过更换移动冷源打破原地下空间数据中心的内循环制冷模式，实现地下空间数据中心的外循环制冷，充分发挥受限空间内的移动冷源的制冷作用，提高地下空间数据中心受限空间内的制冷效率；所述送风主管用于输送冷空气；所述架空支架用于支撑所述机柜；所述送风支管将送风主管输送的冷空气送至目标区域，通过所述送风口喷洒出去；所述热流体通道用于换热后的热气流流通；所述排风扇用于增强室内气流循环速率；所述涡轮风机用于增压，提供气流动能。2.如权利要求1所述的地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统，其特征在于：移动冷源选用冰；所述移动冷源冰按需求提供冷负荷，地下空间数据中心受限空间内的冷负荷主要是服务器发热冷负荷，服务器冷负荷Q由地下空间数据中心受限空间内的服务器数量(N)和功率(P)决定，α1，α2，α3，
…
α
n
，α为对应功率下服务器工作负荷指数，则服务器冷负荷Q由下式(1)决定在式(1)基础上增加5％
‑
10％的安全系数，即为移动冷源最大储冷量Q
max
＝(1.05
‑
1.1)Q。3.如权利要求1或2所述的地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统，其特征在于：更换前的移动冷源，采用直膨式磁悬浮空调机组为移动冷源提供冷量，磁悬浮空调机组具有控制系统，通过传感器监测压力P，速度参数V，按照需求调整磁力和气流，调节与移动冷源模块相连接的磁悬浮空调机组的冷却系统，将冷量传递给水制成冰块，提高更换前的移动冷源的储存冷量容量；直膨式磁悬浮空调机组利用磁悬浮技术和膨胀机制实现。4.如权利要求3所述的地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统，其特征在于：所述送风支管根据靶向精准降温对象特征垂直方向梯度配置。5.如权利要求4所述的地下空间数据中心可移动冷源靶向精准降温系统，其特征在于：根据冷空气密度ρ
l
大于热空气密度ρ
g
，在浮力作用下热气流上升；所述地下空间数据中心移动冷源采用靶向精准降温系统置换送风，将温度低的冷空气从下部区域直接送至靶向精准降温对象，冷空气经过靶向精准降温对象吸收热量在热羽流作用下上升；所述靶向送风系统采用下送上回置换通风模式；靶向精准降温对象与送风口送风之间的换热量根据式(2)计算：Q＝hA(t
w
‑
t
f
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
其中，Q为所述靶向精准降温对象与送风口送风之间的换热量，单位W；h为对流换热系数，单位W/(m2·
℃)；A为所述靶向精准降温对象与所述出风...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑丽，陈廷森，张少良，沈永亮，纪文杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：