一种用于数据中心冷却的系统和方法与流程

1.本发明总体上涉及数据中心节能技术领域，并且更具体地，涉及一种利用分体式热管为数据中心提供冷却的系统和方法。


背景技术：

2.数据中心是一类特殊建筑，用来集中放置和管理各类it设备及其配套设施，以实现对大量数据的存储、运算、通信、网络服务等功能，为不同需求的用户提供实时高效的信息处理服务。在提供数据服务的同时，数据中心自身也在消耗着大量能源，数据中心能耗高，单位面积发热密度高，且全年连续运行。
3.随着5g、云计算等新兴技术的大规模推广应用，用户需求正在呈现几何级爆发，数据中心的数量也随之急速攀升，而相应的用电量也在急剧增加。按照国家节能中心及中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会联合发布的统计数据，2012-2016年，我国数据中心的年耗电量增速始终维持在12％以上，最高达16.8％，并指出“数据中心的高能耗不仅给机构和企业带来了沉重负担，也造成了全社会能源的巨大浪费”。
4.我国专门推出了一项衡量数据中心能效水平的评价指标——电能使用效率值(pue)。该指标由数据中心设备总能耗除以信息设备能耗得出，基准值为2，数值越接近1意味着能源利用效率越高。工信部、国家机关事务管理局、国家能源局出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》，要求到2022年，“数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，新建大型、超大型数据中心的pue达到1.4以下”。
5.在此背景下，期望获得一种实现降低数据中心pue值的用于数据中心冷却的系统和方法。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种令人期望的用于数据中心冷却的系统和方法。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.根据本发明的一方面，提供一种用于数据中心冷却的系统，包括：
9.服务器机柜；
10.分体式热管蒸发器，该分体式热管蒸发器安装在服务器机柜上；
11.分体式热管冷凝器，该分体式热管冷凝器的一侧通过管道连接到分体式热管蒸发器；
12.制冷机组，该制冷机组的一侧通过管道和与管道串联的阀门连接到分体式热管冷凝器的另一侧；
13.第一室外空气换热器，该第一室外空气换热器通过管道和与管道串联的阀门连接到制冷机组的另一侧，该制冷机组两侧连接的管道之间并联有对应的管道和与管道串联的阀门；
14.地下土壤换热器，该地下土壤换热器通过管道和与管道串联的阀门连接到在第一室外空气换热器和制冷机组之间的管道；以及
15.第二室外空气换热器，该第二室外空气换热器通过管道和与管道串联的阀门连接到地下土壤换热器。
16.根据本发明的一个实施例，服务器机柜的数量为多个，每个服务器机柜安装有分体式热管蒸发器。
17.根据本发明的一个实施例，管道内填充制冷工质。
18.根据本发明的一个实施例，分体式热管冷凝器和分体式热管蒸发器均为高效传热器件。
19.根据本发明的一个实施例，地下土壤换热器采用多个双u地埋孔，地埋孔的孔径为150-200mm，地埋孔的孔间距为3-5m。
20.根据本发明的一个实施例，地下土壤换热器采用聚乙烯pe100sdr11管材，管材承压不超过1.6mpa。
21.根据本发明的另一方面，提供一种采用如前所述的用于数据中心冷却的系统对数据中心进行冷却的方法，该方法包含以下三种供冷运行模式中的至少一种：第一种运行模式为第一室外空气换热器和第二室外空气换热器供冷模式，第二种运行模式为第一室外空气换热器和地下土壤换热器供冷模式，第三种运行模式为制冷机组供冷模式。
22.根据本发明的一个实施例，在第一种运行模式下，第一室外空气换热器、分体式热管冷凝器和分体式热管蒸发器运行以带走服务器机柜的全部热量，第二室外空气换热器运行以提供自然冷量，并且自然冷量储存在地下土壤换热器中。
23.根据本发明的一个实施例，在第二种运行模式下，第一室外空气换热器、分体式热管冷凝器和分体式热管蒸发器运行以带走服务器机柜的部分热量，地下土壤换热器运行以将储存的自然冷量提供给分体式热管冷凝器和分体式热管蒸发器运行以带走服务器机柜的剩余热量。
24.根据本发明的一个实施例，在第三种运行模式下，制冷机组、分体式热管冷凝器和分体式热管蒸发器运行以带走服务器机柜的全部热量。
25.通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
26.本发明通过不同阀门转换，可以最大程度地利用室外自然冷源，对数据中心服务器机柜进行降温，进一步降低数据中心pue。
附图说明
27.图1示出了本发明提供的用于数据中心冷却的系统的示意连接图。
28.附图标记列表
29.1 服务器机柜
30.2 分体式热管蒸发器
31.3 分体式热管冷凝器
32.4 制冷机组
33.5、6、7、8、10、11、13、14、15、16 阀门
34.9 第一室外空气换热器
35.12 第二室外空气换热器
36.17 地下土壤换热器
37.18 管道
具体实施方式
38.应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
39.参照图1，本发明提供一种用于数据中心冷却的系统，包括：
40.服务器机柜1；
41.分体式热管蒸发器2，该分体式热管蒸发器2安装在服务器机柜1上；
42.分体式热管冷凝器3，该分体式热管冷凝器3的一侧通过管道18连接到分体式热管蒸发器2；
43.制冷机组4，该制冷机组4的一侧通过管道18和与管道串联的阀门5、6连接到分体式热管冷凝器3的另一侧；
44.第一室外空气换热器9，该第一室外空气换热器9通过管道18和与管道串联的阀门10、11连接到制冷机组4的另一侧，该制冷机组4两侧连接的管道18之间并联有对应的管道18和与管道串联的阀门7、8；
45.地下土壤换热器17，该地下土壤换热器17通过管道18和与管道串联的阀门15、16连接到在第一室外空气换热器9和制冷机组4之间的管道18；以及
46.第二室外空气换热器12，该第二室外空气换热器12通过管道18和与管道串联的阀门13、14连接到地下土壤换热器17。
47.在上述系统中，服务器机柜1的数量为多个，每个服务器机1柜安装有分体式热管蒸发器2。
48.在上述系统中，管道18内填充制冷工质。
49.在上述系统中，分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2均为高效传热器件。
50.在上述系统中，地下土壤换热器17采用多个双u地埋孔，地埋孔的孔径为150-200mm，地埋孔的孔间距为3-5m。
51.在上述系统中，地下土壤换热器17采用聚乙烯pe100sdr11管材，管材承压不超过1.6mpa。
52.此外，本发明还提供一种采用如前所述的用于数据中心冷却的系统对数据中心进行冷却的方法，该方法包含以下三种供冷运行模式中的至少一种：第一种运行模式为第一室外空气换热器9和第二室外空气换热器12供冷模式，第二种运行模式为第一室外空气换热器9和地下土壤换热器17供冷模式，第三种运行模式为制冷机组4供冷模式。
53.在上述方法中，在第一种运行模式下，第一室外空气换热器9、分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2运行以带走服务器机柜1的全部热量，第二室外空气换热器12运行以提供自然冷量，并且自然冷量储存在地下土壤换热器17中。
54.在上述方法中，在第二种运行模式下，第一室外空气换热器9、分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2运行以带走服务器机柜1的部分热量，地下土壤换热器17运行以将储存的自然冷量提供给分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2运行以带走服务器机柜1的剩余热量。
55.在上述方法中，在第三种运行模式下，制冷机组4、分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2运行以带走服务器机柜1的全部热量。
56.下面通过具体实施例对本发明进一步进行详细地说明。
57.如图1所示，一种用于数据中心冷却的系统，包括多个服务器机柜1、分体式热管蒸发器2、分体式热管冷凝器3、制冷机组4、第一室外空气换热器9、地下土壤换热器17、第二室外空气换热器12、若干管道18和若干阀门5、6、7、8、10、11、13、14、15、16，多个服务器机柜1一个接着一个依次排列布置，每个服务器机柜1上都安装有分体式热管蒸发器2，该分体式热管冷凝器3的一侧通过两根管道18连接到分体式热管蒸发器2；该制冷机组4的一侧通过两根管道18和与各自管道18串联的阀门5、6连接到分体式热管冷凝器3的另一侧，该第一室外空气换热器9通过两根管道18和与各自管道18串联的阀门10、11连接到制冷机组4的另一侧，制冷机组4两侧连接的各个管道18之间并联有对应的各自管道18和与各自管道18串联的阀门7、8，该地下土壤换热器17通过两根管道18和与各自管道18串联的阀门15、16分别与第一室外空气换热器9和制冷机组4之间的两根管道18连接，该第二室外空气换热器12通过两根管道18和与各自管道18串联的阀门13、14连接到地下土壤换热器17。
58.在上述系统中，整个系统内管道18均属于承压管道，管道内走制冷工质，管材选用需根据制冷工质的工作压力结合运行维护进行技术经济综合比较后确定。
59.在上述系统中，分体式热管冷凝器3和分体式热管蒸发器2均为高效传热器件，其内部发生着相变传热，热量从热源端传递到冷源端几乎无须温差，且无需外加功耗。
60.在上述系统中，地下土壤换热器17即地埋管，采用双u地埋孔，孔径150-200mm，孔间距3-5m，地埋孔深度需根据地质情况进行确定。地埋管管材采用聚乙烯pe100sdr11，管材承压不超过1.6mpa。
61.在上述系统中，制冷机组4、第一室外空气换热器9和第二室外空气换热器12、若干阀门5、6、7、8、10、11、13、14、15、16等设备均为成熟的常规产品。
62.当上述系统运行时，可以分为三种运行模式，具体如下：
63.(1)第一种运行模式：当室外气温较低时，例如冬季，服务器机柜1的热量可以通过室外空气冷源全部进行冷却，上述系统通过分体式热管冷凝器3由第一室外空气换热器9进行散热，将数据中心内服务器机柜1的全部热量通过分体式热管蒸发器2带走，此时阀门5、6关闭，阀门7、8、10、11开启。同时，可以开启第二室外空气换热器12提供自然冷量，该自然冷量被储存在地下土壤换热器17内，此时阀门15、16关闭，阀门13、14开启。
64.(2)第二种运行模式：当室外气温升高时，例如春季、秋季，服务器机柜1的热量通过室外空气冷源无法全部进行冷却，上述系统通过分体式热管冷凝器3由第一室外空气换热器9进行散热，将数据中心内服务器机柜1的部分热量通过分体式热管蒸发器2带走，此时阀门5、6关闭，阀门7、8、10、11开启，同时通过地下土壤换热器17将储存的冷量提供给分体式热管冷凝器3，并经过分体式热管蒸发器2带走服务器机柜1内的剩余热量，此时阀门15、16开启，阀门13、14关闭。
65.(3)第三种运行模式：当室外气温很高时，例如夏季，服务器机柜1的热量通过室外空气冷源无法进行冷却，并且地下土壤换热器17也无法直接提供冷量时，则通过开启制冷机组4将冷量提供给分体式热管冷凝器3，并经过分体式热管蒸发器2带走服务器机柜1内的全部热量，此时阀门5、6、15、16开启，阀门7、8、10、11、13、14关闭。
66.由此可见，本发明提出了一种利用分体式热管技术，根据室外空气温度的变化，通过阀门的转换，并结合地下土壤换热器储能，为数据中心提供冷却的系统及方法。本发明可以在室外气温较低时，本系统通过分体式热管冷凝器3由第一室外空气换热器9进行散热，将数据中心内服务器机柜1的全部热量通过分体式热管蒸发器2带走，同时由第二室外空气换热器12提供自然冷量，储存在地下土壤换热器17内；当室外气温升高时，第一室外空气换热器9无法全部提供自然冷量，则通过地下土壤换热器17将储存的冷量提供给分体式热管冷凝器3，并经过分体式热管蒸发器2带走服务器机柜1内的热量；若地下土壤换热器17也无法直接提供冷量时，则通过开启制冷机组4进行供冷。可见本发明通过不同阀门转换，可以最大程度地利用室外自然冷源，对数据中心服务器机柜进行降温，进一步降低数据中心pue。
67.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。