本发明属于数据中心制冷技术领域，尤其涉及一种数据中心空调系统。
背景技术：
随着互联网、移动互联网、云计算以及大数据等应用的快速发展，全球数据中心的建设步伐正在加快。与此同时，数据中心的节能降耗问题也进一步凸显。据统计，数据中心空调用电约占整个数据中心耗能的40%。空调的用量愈大，消耗电力也愈多，直接造成夏季限电危机及大量能源消耗的问题。
针对机房空调全天候运行的特点，在室外湿球温度较低的时候，尤其是在北方或者冬天，充分利用自然冷源散热来代替压缩机运行，是降低机房空调能耗的重要方向。
此外，数据中心内制冷量越来越大，一旦电源发生故障，此时服务器虽然能依靠ups系统继续运行，但由于制冷设备停止运行，致使机房温度迅速上升，仍会导致服务器过热而停止运行。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，而提供一种同时有自然冷源装置和备份装置的高效、安全、低能耗的数据中心空调系统。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种数据中心空调系统，包括热管系统、机械制冷系统和备份系统。
所述热管系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第二组冷却塔、第三阀门、第一液泵、第一热管换热器、第四阀门通过管路依次相连形成热管冷却水第一循环回路，由第二组冷却塔、第三阀门、第三液泵、第二热管换热器、第四阀门通过管路依次相连形成热管冷却水第二循环回路，由第二组冷却塔、第三阀门、第五液泵、第三热管换热器、第四阀门通过管路依次相连形成热管冷却水第三循环回路；冷媒侧由第一热管换热器、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成热管冷媒第一循环回路，由第二热管换热器、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成热管冷媒第二循环回路，由第三热管换热器、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成热管冷媒第三循环回路。
所述机械制冷系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第一组冷却塔、第一阀门、第二液泵、第一冷水机组、第二阀门通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第一循环回路，由第一组冷却塔、第一阀门、第四液泵、第二冷水机组、第二阀门通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第二循环回路，由第一组冷却塔、第一阀门、第六液泵、第三冷水机组、第二阀门通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第三循环回路；冷媒侧由第一冷水机组、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第一循环回路，由第二冷水机组、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第二循环回路，由第三冷水机组、储液罐、第七液泵、膨胀阀、室内机通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第三循环回路。
所述备份系统包括蓄冷系统和放冷系统；所述蓄冷系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第一组冷却塔、第一阀门、第八液泵、备份冷水机组、第二阀门通过管路依次相连形成机械制冷冷却水备份循环回路；冷媒侧由备份冷水机组、第七阀门、蓄冷罐、第八阀门、第九液泵通过管路依次相连形成冷媒备份循环回路；所述放冷系统由蓄冷罐、第八阀门、第九阀门、第一液泵、第一热管换热器、第十阀门、第七阀门通过管路依次相连形成第一放冷循环回路，由蓄冷罐、第八阀门、第十一阀门、第三液泵、第二热管换热器、第十二阀门、第七阀门通过管路依次相连形成第二放冷循环回路，由蓄冷罐、第八阀门、第十三阀门、第五液泵、第三热管换热器、第十四阀门、第七阀门通过管路依次相连形成第三放冷循环回路。
所述第一组冷却塔包括第一冷却塔、第二冷却塔和第三冷却塔，且三台冷却塔的送水口和回水口分别并联连接；所述第二组冷却塔包括第四冷却塔、第五冷却塔和第六冷却塔，且三台冷却塔的送水口和回水口分别并联连接。
所述第二阀门的输入端与第四阀门的输出端之间通过管路相连，管路上串联有第五阀门；所述第三阀门的输入端与第一阀门的输出端之间通过管路相连，管路上串联有第六阀门。
本系统有三种运行模式，分别为热管模式、机械制冷模式、机械制冷与热管同时运行模式；当系统单独运行机械制冷模式时，第一阀门、第二阀门、第二液泵、第四液泵、第六液泵、第七液泵、第一冷水机组、第二冷水机组、第三冷水机组开启，第三~第十四阀门、第一液泵、第三液泵、第五液泵、第八液泵、第九液泵、备份冷水机组关闭；当系统单独运行热管模式时，第三阀门、第四阀门、第一液泵、第三液泵、第五液泵、第七液泵开启，第一阀门、第二阀门、第五~第十四阀门、第二液泵、第四液泵、第六液泵、第八液泵、第九液泵、第一冷水机组、第二冷水机组、第三冷水机、备份冷水机组关闭；当系统同时运行机械制冷与热管时，第一~第四阀门、第一~第七液泵、第一冷水机组、第二冷水机组、第三冷水机开启，第五~第十四阀门、第八液泵、第九液泵、备份冷水机组关闭。
备份系统在市电正常工作时，通过第一组冷却塔和备份机组对蓄冷罐进行蓄冷，此时开启第八液泵、备份冷水机组、第一阀门、第二阀门、第七阀门、第八阀门、第九液泵；当市电出现故障时，开启备份系统，蓄冷罐中的冷水释放冷量，带走热管换热器中释放的热量，液泵耗电由机房ups提供，此时第七~第十四阀门、第一液泵、第三液泵、第五液泵、第七液泵、第九液泵开启，第一~第六阀门、第二液泵、第四液泵、第六液泵、第八液泵、第一~第三冷水机组、备份冷水机组关闭。
进一步的，热管换热器和冷水机组均可根据冷量需求设置为一台、两台或者多台。
进一步的，室内机可根据冷量需求设置为一台、两台或者多台。
进一步的，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门和第十四阀门均为电动阀。
进一步的，第一液泵、第二液泵、第三液泵、第四液泵、第五液泵、第六液泵、和第八液泵为水泵，第七液泵和第九液泵为冷媒泵。
进一步的，第一组冷却塔与第二组冷却塔的数量相同，且可以是一个冷却塔，也可以是多个冷却塔并联连接。
进一步的，第一组冷却塔和第二组冷却塔为多个冷却塔并联时，可采用冷却塔一对一备份切换，也可采用整组冷却塔同时备份切换。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.采用热管系统和机械制冷系统耦合的形式，可根据不同的室外温度条件选择最佳的运行模式，保证系统高效节能的运行；
2.采用两套冷却水系统分别对热管系统和机械制冷系统提供冷却水，使冷却水温度同时满足两种工作模式，确保本系统可以最大化的利用自然冷源；
3.在系统中增加蓄冷罐，确保在电力系统出现故障时及时供冷，提高了整个系统的安全性；
4.系统采用模块化的分散系统，进一步提高了系统的安全性。
附图说明
图1为数据中心空调系统的第一实施例。
图2为数据中心空调系统的第二实施例。
图中：（1）第一组冷却塔；（2）第二组冷却塔（101）第一冷却塔；（102）第二冷却塔；（103）第三冷却塔；（104）第四冷却塔；（105）第五冷却塔；（106）第六冷却塔；（201）第一热管换热器；（202）第二热管换热器；（203）第三热管换热器；（301）第一冷水机组；（302）第二冷水机组；（303）第三冷水机组；（304）备份冷水机组；（401）第一液泵；（402）第二液泵；（403）第三液泵；（404）第四液泵；（405）第五液泵；（406）第六液泵；（407）第七液泵；（408）第八液泵；（409）第九液泵；（5）蓄冷罐；（6）储液罐；（7）室内机；（701）第一室内机；（702）第二室内机；（703）第三室内机；（704）第四室内机；（705）第五室内机；（706）第六室内机；（8）膨胀阀；（801）第一膨胀阀；（802）第二膨胀阀；（803）第三膨胀阀；（804）第四膨胀阀；（805）第五膨胀阀；（806）第六膨胀阀；（901）第一阀门；（902）第二阀门；（903）第三阀门；（904）第四阀门；（905）第五阀门；（906）第六阀门；（907）第七阀门；（908）第八阀门；（909）第九阀门；（9010）第十阀门；（9011）第十一阀门；（9012）第十二阀门；（9013）第十三阀门；（9014）第十四阀门；（9015）第十五阀门；（9016）第十六阀门；（9017）第十七阀门；（9018）第十八阀门；（9019）第十九阀门；（9020）第二十阀门；（9021）第二十一阀门；（9022）第二十二阀门；（9023）第二十三阀门；（9024）第二十四阀门。
具体实施方式
图1所示是一种数据中心空调系统的第一实施例，包括热管系统、机械制冷系统和备份系统。
热管系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第二组冷却塔2、第三阀门903、第一液泵401、第一热管换热器201、第四阀门904通过管路依次相连形成热管冷却水第一循环回路，由第二组冷却塔2、第三阀门903、第三液泵403、第二热管换热器202、第四阀门904通过管路依次相连形成热管冷却水第二循环回路，由第二组冷却塔2、第三阀门903、第五液泵405、第三热管换热器203、第四阀门904通过管路依次相连形成热管冷却水第三循环回路；冷媒侧由第一热管换热器201、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成热管冷媒第一循环回路，由第二热管换热器202、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成热管冷媒第二循环回路，由第三热管换热器203、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成热管冷媒第三循环回路。
机械制冷系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第一组冷却塔1、第一阀门901、第二液泵402、第一冷水机组301、第二阀门902通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第一循环回路，由第一组冷却塔1、第一阀门901、第四液泵404、第二冷水机组302、第二阀门902通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第二循环回路，由第一组冷却塔1、第一阀门901、第六液泵406、第三冷水机组303、第二阀门902通过管路依次相连形成机械制冷冷却水第三循环回路；冷媒侧由第一冷水机组301、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第一循环回路，由第二冷水机组302、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第二循环回路，由第三冷水机组303、储液罐6、第七液泵407、膨胀阀8、室内机7通过管路依次相连形成机械制冷冷媒第三循环回路。
备份系统包括蓄冷系统和放冷系统；所述蓄冷系统包括水侧和冷媒侧，其中水侧由第一组冷却塔1、第一阀门901、第八液泵408、备份冷水机组304、第二阀门902通过管路依次相连形成机械制冷冷却水备份循环回路；冷媒侧由备份冷水机组304、第七阀门907、蓄冷罐5、第八阀门908、第九液泵409通过管路依次相连形成冷媒备份循环回路；所述放冷系统由蓄冷罐5、第八阀门908、第九阀门909、第一液泵401、第一热管换热器201、第十阀门9010、第七阀门907通过管路依次相连形成第一放冷循环回路，由蓄冷罐5、第八阀门908、第十一阀门9011、第三液泵403、第二热管换热器202、第十二阀门9012、第七阀门907通过管路依次相连形成第二放冷循环回路，由蓄冷罐5、第八阀门908、第十三阀门9013、第五液泵405、第三热管换热器203、第十四阀门9014、第七阀门907通过管路依次相连形成第三放冷循环回路。
第一组冷却塔1包括第一冷却塔101、第二冷却塔102和第三冷却塔103，且三台冷却塔的送水口和回水口分别并联连接；第二组冷却塔2包括第四冷却塔104、第五冷却塔105和第六冷却塔106，且三台冷却塔的送水口和回水口分别并联连接。第二阀门902的输入端与第四阀门904的输出端之间通过管路相连，管路上串联有第五阀门905；第三阀门903的输入端与第一阀门901的输出端之间通过管路相连，管路上串联有第六阀门906。
本系统有三种运行模式，分别为热管模式、机械制冷模式、机械制冷与热管同时运行模式。
当室外温度较高时系统单独运行机械制冷模式，第一阀门901、第二阀门902、第二液泵402、第四液泵404、第六液泵406、第七液泵407、第一冷水机组301、第二冷水机组302、第三冷水机组303开启，第三~第十四阀门903~9014、第一液泵401、第三液泵403、第五液泵405、第八液泵408、第九液泵409、备份冷水机组304关闭。此时系统有三个循环回路，分别为机械制冷冷媒循环回路、冷水机组循环回路和机械制冷冷却水循环回路。其中冷水机组由水侧换热器、节流阀、冷媒侧换热器、压缩机组成。此时储液罐6中的液态室内冷媒被第七液泵407抽出后分别经过膨胀阀8输送到室内机7，液态冷媒吸收室内高温环境的热量后蒸发成气态回到第一、第二、第三冷水机组301；302；303的冷媒侧换热器降温，降温后液态冷媒继续被第七液泵407抽出为室内环境降温。第一、第二、第三冷水机组301；302；303内低温的液态冷媒经过节流阀后进入冷媒侧换热器蒸发吸热为室内侧冷媒降温，升温后的气态冷媒被吸入压缩机变成高温高压气体，之后进入水侧换热器与冷却水热交换，冷凝成低温高温的液态冷媒，再经节流阀减压后回到冷媒侧换热器内。低温冷却水从第一组冷却塔1下部流经第一阀门901后分三路流经第二、第四、第六液泵402；404；406分别进入第一、第二、第三冷水机组301；302；303内的水侧换热器为冷水机组内循环的冷媒降温，升温后的冷却水都流经第二阀门902后回到第一组冷却塔1继续降温。
当室外温度较低时系统单独运行热管模式，第三阀门903、第四阀门904、第一液泵401、第三液泵403、第五液泵405、第七液泵407开启，第一阀门901、第二阀门902、第五~第十四阀门905~9014、第二液泵402、第四液泵404、第六液泵406、第八液泵408、第九液泵409、第一冷水机组301、第二冷水机组302、第三冷水机组303、备份冷水机组304关闭。此时系统有两个循环回路，分别为热管冷媒循环回路和热管冷却水循环回路。储液罐6中的液态室内冷媒被第七液泵407抽出后分别经过膨胀阀8输送到室内机7，液态冷媒吸收室内高温环境的热量后蒸发成气态回到第一、第二、第三热管换热器201；202；203降温，降温后液态冷媒继续被第七液泵407抽出为室内环境降温。低温冷却水从第二组冷却塔2下部流经第三阀门903后分三路流经第二、第四、第六液泵402；404；406分别进入第一、第二、第三热管换热器201；202；203为室内循环的冷媒降温，升温后的冷却水流经第四阀门904后回到第二组冷却塔2继续降温。
当系统同时运行机械制冷与热管时，第一~第四阀门901~904、第一~第七液泵401~407、第一冷水机组301、第二冷水机组302、第三冷水机组303开启，第五~第十四阀门905~9014、第八液泵408、第九液泵409、备份冷水机组304关闭。运行此模式的条件为冷却水温度已低于室内冷媒温度，可利用免费自然冷源，但热管换热器产生的冷量又达不到系统的要求，因此同时开启热管模式和机械制冷模式，用机械制冷模式来补足剩余的冷量，使节能利用率达到最大化。
备份系统在市电正常工作时，通过第一组冷却塔1和备份机组对蓄冷罐5进行蓄冷，开启第八液泵408、备份冷水机组304、第一阀门901、第二阀门902、第七阀门907、第八阀门908、第九液泵409。此时系统有三个循环回路，分别为蓄冷冷冻水循环回路、冷水机组循环回路和蓄冷冷却水循环回路。蓄冷罐5中的高温水流经第八阀门908和第九液泵409后输送到备份冷水机组304的冷冻水侧换热器降温，降温后变成低温水流经第七阀门907回到蓄冷罐5。备份冷水机组304内低温的液态冷媒经过节流阀后进入冷冻水侧换热器蒸发吸热为冷冻水降温，升温后的气态冷媒被吸入压缩机变成高温高压气体，之后进入冷却水侧换热器与冷却水热交换，冷凝成低温高温的液态冷媒，再经节流阀减压后回到冷冻水侧换热器内。低温冷却水从第一组冷却塔1下部流经第一阀门901和第八液泵408后进入备份冷水机组304内的冷却水侧换热器为备份冷水机组304内循环的冷媒降温，升温后的冷却水流经第二阀门902后回到第一组冷却塔1继续降温。
当市电出现故障时，开启备份系统，蓄冷罐5中的冷水释放冷量，带走热管换热器中释放的热量，液泵耗电由机房ups提供，此时第七~第十四阀门907~9014、第一液泵401、第三液泵403、第五液泵405、第七液泵407开启，第一~第六阀门901~906、第二液泵402、第四液泵404、第六液泵406、第八液泵408、第九液泵409、第一第三冷水机组301~303、备份冷水机组304关闭。蓄冷罐5中的冷水经过第八阀门908后分为三路，第一路经过第九阀门909和第一液泵401进入第一热管换热器201换热降温后流经第十阀门9010、第七阀门907回到蓄冷罐5；第二路经过第十一阀门9011和第三液泵403进入第二热管换热器202换热降温后流经第十二阀门9012、第七阀门907回到蓄冷罐5；第三路经过第十三阀门9013和第五液泵405进入第三热管换热器203换热降温后流经第十四阀门9014、第七阀门907回到蓄冷罐5。
当系统其中任意一台冷水机组发生故障时，同样启动备份系统和相对应的热管换热器备份，此时热管换热器即作为冷水机组的备份。例如，系统第一冷水机组301故障，第二液泵402关闭，第一液泵401、第七~第十阀门907~9010开启，蓄冷罐5中的冷水经过第八阀门908后经过第九阀门909和第一液泵401进入第一热管换热器201换热降温后流经第十阀门9010、第七阀门907回到蓄冷罐5。
第二组冷却塔2不但为热管模式的第一、第二、第三热管换热器201；202；203提供冷却水，还可作为第一组冷却塔1的备份，为第一、第二、第三冷水机组301；302；303提供冷却水，无需再额外为冷却塔提供备份，不但节省采购和安装成本，还能减少占地面积。当第一组冷却塔1故障，需采用第二组冷却塔2为第一组冷却塔1做备份时，第五阀门905和第六阀门906、第二液泵402、第四液泵404、第六液泵406、第七液泵407、第一、第二、第三冷水机组301；302；303开启，第一~第四阀门901~904、第七~第十四阀门907~9014、第一液泵401、第三液泵403、第五液泵405、第八液泵408、第九液泵409关闭。此时第二组冷却塔2为第一、第二、第三冷水机组301；302；303提供冷却水，系统采用机械制冷模式，第一、第二、第三热管换热器201；202；203暂时不工作，直至故障解除再切换回原有冷却模式。
图2所示是一种数据中心空调系统的第二实施例，本实施例在第一实施例的基础上，优化了第二组冷却塔2为第一组冷却塔1做备份时的切换方式。
本实施例中将第一冷却塔101、第二冷却塔102、第三冷却塔103的送水口和回水口分别并联，在第一冷却塔101送水口与第二冷却塔102送水口之间串联有第十五阀门9015，在第一冷却塔101回水口与第二冷却塔102回水口之间串联有第十六阀门9016，在第二冷却塔102送水口与第三冷却塔103送水口之间串联有第十七阀门9017，在第二冷却塔102回水口与第三冷却塔103回水口之间串联有第十八阀门9018。第四冷却塔104、第五冷却塔105、第六冷却塔106的送水口和回水口分别并联，在第四冷却塔104送水口与第五冷却塔105送水口之间串联有第二十一阀门9021，在第四冷却塔104回水口与第五冷却塔105回水口之间串联有第二十二阀门9022，在第五冷却塔105送水口与第六冷却塔106送水口之间串联有第二十三阀门9023，在第五冷却塔105回水口与第六冷却塔106回水口之间串联有第二十四阀门9024。第一组冷却塔1并联后的送水口与第二组冷却塔2并联后的送水口之间串联有第十九阀门9019，第一组冷却塔1并联后的回水口与第二组冷却塔2并联后的回水口之间串联有第二十阀门9020。
当系统正常运行时，第十五~第十八阀门9015~9018、第二十一~第二十四阀门9021~9024开启，第十九阀门9019、第二十阀门9020关闭，此时第一组冷却塔1为第一、第二、第三冷水机组301；302；303提供冷却水，第二组冷却塔2为第一、第二、第三热管换热器201；202；203提供冷却水。当第一组冷却塔1其中一台发生故障时，第十九阀门9019和第二十阀门9020开启，第二十一阀门9021和第二十二阀门9022截止，此时第一组冷却塔1中正常运行的两台冷却塔和第四冷却塔104为第一、第二、第三冷水机组301；302；303提供冷却水，第五冷却塔105和第六冷却塔106为第一、第二、第三热管换热器201；202；203提供冷却水。当系统中第一组冷却塔1其中两台发生故障时，第十九阀门9019和第二十阀门9020开启，第二十三阀门9023和第二十四阀门9024截止，此时第一组冷却塔1中正常运行的一台冷却塔和第四冷却塔104、第五冷却塔105为第一、第二、第三冷水机组301；302；303提供冷却水，第六冷却塔106为第一、第二、第三热管换热器201；202；203提供冷却水。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。