[发明专利]基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统

说明书

本发明公开一种基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统，冷却系统末端利用液冷冷却单元带走服务器芯片发热量，同时行级冷却模块用来消除扩散到机房环境内的热量。与传统机房风冷却技术相比多级并相互独立冷却模式既能精确的将机房内芯片发热源的热量带走，又能维持机房内环境温度在合理舒适的范围。冷塔在数据中心全年冷却过程中作为冷源，一方面给机房内液冷服务器提供冷水，另一方面通过内置冷凝器在夏季和过渡季节充分利用冷塔排风提高机行级冷却模块所用压缩制冷、氟泵制冷的冷却效率。同时，冷塔内设置双布水器，分别置于冷凝器上下方，在冬季仅通过切换水管阀门就能实现冷凝器对进入冷塔的水进行加热，解决了冷塔冬季防冻的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统，具体涉及数据中心制冷空调领域。

背景技术

随着数据中心的机柜数量和相应容量逐渐增加，制冷系统的能耗和效率成为社会重点关注的问题。为提升服务器的散热效率，充分降低数据中心TCO，液冷技术已成为解决这一难题的有效措施。采用液冷技术后，可实现数据中心所有元件全年利用自然冷却，单机架功耗可超过30kW，能大幅降低PUE。在利用液冷的同时辅助以传统空气冷却的技术，既能满足制冷系统相互备份的安全性，且不受地域和季节限制，从而大幅减少能耗和电费运营成本，助力国家节能减排。

现有技术中，授权公告号为CN113316365A的专利文献，一种数据中心风液复合制冷系统，将液冷冷却盘管和经济器风冷模块串联并集成在一个制冷系统中，采用闭式冷却塔提高散热效率。授权公告号为CN109769376A的专利文献，一种基于蒸发冷却技术的液冷冷却系统，提供一种基于蒸发冷却技术的液冷冷却系统，全年利用蒸发冷却冷水机组作为冷源，结合间接冷板式液冷服务器，冬季使用乙二醇自由冷模式，实现数据中心全年使用自然冷却，降低数据中心全年运行费用。授权公告号为CN113271747A的专利文献，数据中心的液冷系统和数据中心，通过用闭式冷却塔作为冷源将自然冷却得到的冷水输送至中间换热器，之后在通过热量交换对机房服务器进行冷却。

数据中心需全年供冷，空调系统能耗巨大，主要原因是一方面常规机械制冷系统在冬季及过渡季节不能充分利用自然冷源；另一方面随着市场中单机柜功耗不断提高，需要更加贴近芯片的冷却末端来冷却机柜。采用液冷技术可以满足高发热功率服务器的冷却需求，采用机柜级的风冷换热器可以降低机房整体环境温度，而液冷与机柜级风冷技术相结合又能在全年冷却过程中相互利用，节省了空调系统运行费用。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统，冷却系统末端利用液冷冷却单元带走服务器芯片发热量，同时行级冷却模块用来消除扩散到机房环境内的热量。所述行级冷却模块属于精密空调的一种，将空调尺寸设置成跟机柜模块一致，安装在热源旁边进行制冷，完全具备房间级别空调一样的基本功能。本发明中，基于冷塔自然冷却的数据中心多级冷却系统包括一级冷却系统和二级冷却系统。一级冷却系统包括液冷冷却单元、冷塔、第一板换、一级一次水系统和一级二次水系统；液冷冷却单元通过一级二次水系统与第一板换相连，第一板换通过一级二次水系统与冷塔相连。二级冷却系统包括行级冷却模块、机械制冷单元、第二板换、二级一次水系统和二级二次水系统；行级冷却模块通过二级二次水系统与第二板换相连，第二板换通过二级二次水系统与机械制冷单元相连。

本发明中，所述一级一次水系统包括第一回水管、第一供水管、第一水泵；冷塔通过第一供水管与第一板换冷源侧相连，第一板换冷源侧通过第一回水管连接冷塔构成回路。

本发明中，所述一级二次水系统包括第二回水管、第二供水管、第二水泵；液冷冷却单元通过第二回水管经由第二水泵与第一板换用户侧相连，第一板换用户侧通过第二供水管连接液冷冷却单元构成回路。