[发明专利]一种带热回收/全自然冷却机房散热系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机房采暖散热系统，尤其是涉及一种带热回收/全自然冷却机房散热系统及其控制方法。

背景技术

根据统计数据，我国数据中心能耗约占全国总能耗1.8%，相当于三峡水电站整年约1000亿度的发电量。但大量能源被制冷系统浪费（占比高达40%～50%，PUE值普遍高于2.2），严重制约了数据中心绿色可持续发展。

解决数据中心高能耗、高浪费问题的核心在于减少空调甚至去除空调。而压缩机是空调系统主要的耗电部件，因此如何减少压缩机运行时间甚至去除压缩机是降低机房能耗的关键。目前在低温地区有数据中心采用自然冷源和转轮致冷等方式散热降温，但这会使数据中心的选址受到限制；而采用行级空调或者热管背板空调等方式，虽然能在一定程度上降低机房的能耗，但是本质上还是依赖压缩机致冷，不能从根本上解决机房能耗过大的问题。另一方面，数据中心全年对外散发大量热量，而与数据中心配套的周边办公、运维和宿舍等辅助建筑在冬季却同时需要大量的热量来解决供暖的问题，在非采暖季节也有提供生活、洗浴热水的需要。常规设计中，供暖通常需要锅炉解决，需要消耗大量煤炭、燃油、天然气等不可再生能源。而化石原料燃烧过程产生大量的CO₂是造成温室效应的主要原因，并且发电过程中粉尘和酸性气体等排放物严重污染环境，对人体健康造成损害。因此数据中心热回收利用对提高能源利用效率，降低环境污染具有重要意义。

申请号为201510778693.1的中国发明专利公开了一种数据机房余热回收系统，包括：控制器、换热机构、压缩机、余热回收机构，换热机构、压缩机、余热回收机构具有导通的制冷剂回路；换热机构包括并联的液冷换热器和风冷换 热器；余热回收机构包括并联的液态介质加热设备和气态介质加热设备；余热回收机构的液态介质加热设备连接热水输出装置，且气态介质加热设备连接热风输出装置；控制器分别连接液冷换热器和风冷换热器以控制液冷换热器或风冷换热 器工作利用压缩机的制冷剂为数据机房内的热风进行冷却；控制器还分别连接液态介质加热设备和气态介质加热设备以控制液态介质加热设备或气态介质加热设备工作以输出热水或热风。该发明虽然提供了一种机房余热回收的方法，但该方法只能加热液态或气态介质提供热水或热风，仅能用于冬天供暖而已。另外，该方案中液冷和风冷都采用了压缩机，能耗高，且造成了极大的资源浪费。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种保证数据中心实现全年安全可靠自然散热，解决数据中心液气双通道联合控制的带热回收/全自然冷却机房散热系统。

本发明还提供了上述机房散热系统的控制方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种带热回收/全自然冷却机房散热系统，包括全自然冷却系统、热回收系统和控制系统；所述全自然冷却系统包括冷却单元、冷却水泵、液冷系统和气冷系统；所述冷却单元、冷却水泵和液冷系统通过管路依次循环连接；所述气冷系统通过管路与液冷系统并联，同时与所述冷却单元和冷却水泵串联；所述热回收系统包括水源热泵机组、热源泵和用热设备，所述水源热泵机组与所述冷却单元并联且与冷却水泵和液冷系统串联，所述用热设备、热源泵和水源热泵机组依次连接形成循环回路；所述控制系统用于控制全自然冷却系统和热回收系统的工作。

在即将颁布的新版GB-50174-2016中，我国国家和行业标准均将服务器允许进风温度由27℃扩大为32℃，这对冷却系统送风要求进一步放宽。本发明通过利用液/气双通道致冷技术，由液冷致冷系统带走服务器主要发热量，大幅提高了气冷系统的送风温度，因此使得液冷系统和气冷系统能够共用冷却单元，从而实现数据中心完全自然冷却，最大限度降低数据中心的PUE值。同时，本发明还设有包括水源热泵机组的热回收系统，水源热泵能够回收一部分液/气双通道的散热量，减少冷却单元热负荷，同时为冷却单元作温度补偿，保证数据中心的自然冷却。如此，本发明实现了数据中心能量的合理高效利用，提高了数据中心能源的利用效率。

另外，目前数据中心自然冷却散热系统仍然存在夏季高温工况散热能力不足，冬季低温工况导致机房出现凝露甚至冷却液出现冻结的风险以及液气双通道热负荷实时变化时冷却液流量匹配等问题，因此本发明还设置有控制系统，能够实现所述机房控制系统的自动化控制，保证数据中心实现全年安全可靠自然散热，解决数据中心液气双通道联合控制。