[实用新型]一种利用地下水源热泵的机房空调

说明书

技术领域

本实用新型涉及空调领域，特别是涉及一种机房空调机组。

背景技术

机房因为有大量的电子设备，所以空调系统来为其降温。空调系统的能耗主要由三部分组成：空调冷热源阶段、管道输配阶段和末端设备阶段。常规的空调系统的末端形式主要有三种：上送风系统、底部送风系统以及管道送风系统。

从机房空调的发展历史来看，上送风系统是最早被应用于机房内部的气流组织形式，冷风从送风格栅向下送出，或者通过风帽直接送风，但该方式只适合于空间狭小的机房或做冷源备份之用。高速低温的冷风被直接送到机架排与排之间的高温通道中，通过与高温气体混合形成涡旋来降低环境温度。为了保证低温送风能够直达地面与热通道中的高温空气充分混合，防止其直接进入机架内部影响电子设备工作，天花板上的出风口位置要正对热通道，且倒流片方向要经过专门设计从而对出风方向起到限制作用。在实际应用中，每个机架的发热量并不一定相同，因为它们的发热量由放置其中的电子设备种类和数量决定的，而送风量以及送风温度则是预先设计好的，并不会安装机架实际热负荷条件进行调整，所以无论如何也得不到最理想的气流分布方式，在热负荷高的机架区域风量不足，而在热负荷低的机架区域风量又过大的现象总会出现。不同机架内部的温度也不相同，热负荷越高的机架内部温度越高。机房内部的温度场也不均匀，温度的变化趋势由相应区域的热负荷决定，所以永远也无法得到稳定的温度梯度场。由于上送风系统中冷风由顶部向下送出，所以低温气流首先经过温度最高区域，与热空气强烈混合，形成涡旋，而机房空调回风口则在温度最低区域，这种布置方式不符合温度自然分布规律，而且形成涡旋增加了冷量损失，所以降低了空调的制冷效率。上送风相同比较适合空间狭小，热流密度也较小的环境使用，比如传统的电信机房，但不适合于当前热流密度较高的大中型数据中心机房。

为了克服上送风系统的弊端，下送风系统应运而生，根据送风口与机架的相对位置，下送风系统又可以分为底部送风和通道送风两种。

底部送风的冷风由通过架空地板在机架下面的出风口向上送出，直接进入独立的机架内部，机架底部开放，侧面密封，以防止冷空气外泄，冷风自下而上充分吸收每个机架内部的热量变为热风由顶部吹出。底部送风系统中机房空调的回风口在最上方，即温度最高区域，这样布置符合温度自然分布规律，所以提高了空调设备的热效率。同时，与上送风方式相比，底部送风方式还避免了冷风与机架内部热空气强烈混合形成涡旋，从而减少了冷量损失。如果每个机架内部的热负荷都相同，则底部送风方案能得到最优的热效率，但实际上，机架内部由于摆放的电子设备型号与数量的不同，发热量很难做到统一。另外，机架内部的电子设备会对从中通过的冷风产生阻力，因此，电子设备的数量越多，被冷风带走的热量也就越多，但通过的风量也就越小。这样不同的机架内部就会形成不同的温度梯度，机架内部热负荷越高，温度梯度也越高。造成的结果就是整个机房内部温度不均匀，尤其是在热负荷较小的机架上方区域，在机房顶部区域不同温度的气流还会继续混合，最后空调的回风温度比室内最高温度还要低。从制冷效率来说，底部送风系统比上送风系统有所提高，但并不是最优方案。

利用高架地板，冷风还可以通过机架排与排之间的通道地面送风格栅向上送出，即通道送风。与底部送风相比，所以也就不会受到机架内部所摆放的电子设备种类和数量的影响，而会以相同的风量向上送出。通常热负荷最大的区域都会出现在机架顶部，所以为了冷却它，需要冷风离开地面时有很高的送风速度。这样的送风方式类似于喷泉的工作原理：冷风在下落和落入机架之前径直向上喷出，但是当冷风到达一定高度后，还是会与周围的热空气混合，因为有一部分冷风会吹入旁边的机架。与前面两种送风方式相比，通道送风能够用相同的风量冷却所有机架已经是一种进步了，但是它依然不是一种理想的解决方案，因为送风量的大小应该按照热负荷的实际需要进行分配。利用通道送风，机架内部的温度梯度较前两种方式 更小，温度分布更均匀，但均匀程度还没有达到最高热力学效率的要求，所以它依然不是最好的温度解决方案。由于机架中的热气流与旁边的冷气流相混合，空调的回风温度比机房内部最高温度低，不符合节能的要求。

上述解决方案还有一个改善的地方，就是利用CFD(计算流体力学Computational Fluid Dynamics)模拟技术，在机房热负荷大机架前方，配置地板送风单元，使机房温度场趋向均匀。缺点是性价高不够好，地板送风单元的造价不菲，而且地板送风单元本身耗电量也不低，虽然能解决机房宕机的现象，运行费用居高不下。