间接蒸发冷却制冷机组及用于数据中心机房的散热机组的制作方法

本申请涉及机房制冷散热领域，具体而言，涉及一种间接蒸发冷却制冷机组及用于数据中心机房的散热机组。

背景技术：

目前我国大型数据中心建设呈现出快速发展的姿态，大型数据中心在耗能方面相当巨大，同时在散热方面也有很高的要求。但是在一些电力资源比较稀缺的地区，电力资源非常宝贵，不能把宝贵的电力资源都用在机房散热方面。

部分地区采用间接蒸发冷却设备进行制冷散热，间接蒸发冷却技术能从自然环境中获取冷量，由于，间接蒸发冷却是通过水的蒸发吸热来制冷，因此只有当所使用的空气具有较大的干湿球温度差的情况下，才可能有良好的制冷效果，当环境湿球温度较高时，间接蒸发冷却设备制冷效果较差，部分地方采用机械制冷设备进行制冷散热，虽然机械制冷设备能提供较为稳定的散热效果，但是能耗较高，无法充分利用自然资源。

针对相关技术中数据中心的机房制冷散热存在无法充分利用自然冷却资源，能耗高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种间接蒸发冷却制冷机组及用于数据中心机房的散热机组，以解决相关技术中数据中心的机房制冷散热存在无法充分利用自然冷却资源，能耗高。

为了实现上述目的，本申请提供了一种间接蒸发冷却制冷机组，该间接蒸发冷却制冷机组，包括：蒸发模块、喷淋系统、水箱、换热模块、一级管路和二级管路；其中，所述换热模块包括换热箱以及设于所述换热箱内的一级表冷器、用于与机械制冷机组的蒸发器连通的二级表冷器和送风机构；所述喷淋系统设于所述蒸发模块上方；所述水箱与所述蒸发模块下端连通，所述一级表冷器的进口端通过一级管路与所述水箱连通，出口端通过所述二级管路与所述喷淋系统连通。

进一步的，一级表冷器、二级表冷器和送风机构沿机房送风方向依次设置。

进一步的，二级表冷器的进口端和出口端分别连通有三级管路和四级管路，三级管路和四级管路均延伸出换热箱并分别用于与机械制冷机组的蒸发器的出口端和进口端连接。

根据本申请的另一方面，提供一种用于数据中心机房的散热机组，该用于数据中心机房的散热机组，包括：蒸发冷却式冷水机组以及间接蒸发冷却制冷机组；其中，所述间接蒸发冷却制冷机组包括制冷模块和换热模块，所述换热模块包括换热箱、设于所述换热箱内的一级表冷器、二级表冷器以及用于机房送风的送风机构；所述蒸发冷却式冷水机组包括冷却系统和蒸发器，所述蒸发器的进口端和出口端分别与所述二级表冷器的出口端和进口端连通。

进一步的，还包括：温度监测模块，用于监测环境湿球温度和/或机房送风温度；控制模块，用于接收温度监测模块反馈的信号，并控制间接蒸发冷却制冷机组和/或蒸发冷却式冷水机组开启。

进一步的，控制模块用于接收温度监测模块反馈的信号，并控制间接蒸发冷却制冷机组单独开启或间接蒸发冷却制冷机组和蒸发冷却式冷水机组共同开启。

进一步的，一级表冷器、二级表冷器和送风机构沿机房送风方向依次设置。

进一步的，制冷模块包括蒸发模块、喷淋系统、水箱、一级管路和二级管路；其中，所述喷淋系统设于所述蒸发模块上方；所述水箱与所述蒸发模块下端连通，所述一级表冷器的进口端通过一级管路与所述水箱连通，出口端通过所述二级管路与所述喷淋系统连通。

进一步的，一级表冷器和二级表冷器均采用盘管。

根据本申请的另一方面，提供一种应用用于数据中心机房的散热机组的散热方法，设定室外进风湿球温度为t1，具体方式如下：当t1＜19℃时，间接蒸发冷却制冷机组处于开启状态，蒸发冷却式冷水机组处于关闭状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱中的一级表冷器冷却进入换热箱内的机房回风，冷却后的回风由送风机构送至机房，冷却水经过一级表冷器换热后再回到制冷模块，以此循环；

当t1≥19℃时，间接蒸发冷却制冷机组和蒸发冷却式冷水机组均处于开启状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱中的一级表冷器冷却进入换热箱内的机房回风，与此同时，蒸发冷却式冷水机组的冷却系统和蒸发器将冷却介质送至二级表冷器中冷却进入换热箱内的机房回风，冷却后的回风由送风机构送至机房。

根据本申请的另一方面，提供一种应用用于数据中心机房的散热机组的散热方法，设定机房送风温度为t2，具体方式如下：

当t2≤26℃时，间接蒸发冷却制冷机组处于开启状态，蒸发冷却式冷水机组处于关闭状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱中的一级表冷器冷却进入换热箱内的机房回风，冷却后的回风由送风机构送至机房，冷却水经过一级表冷器换热后再回到制冷模块，以此循环；

当t2＞26℃时，间接蒸发冷却制冷机组和蒸发冷却式冷水机组均处于开启状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱中的一级表冷器冷却进入换热箱内的机房回风，与此同时，蒸发冷却式冷水机组的冷却系统和蒸发器将冷却介质送至二级表冷器中冷却进入换热箱内的机房回风，冷却后的回风由送风机构送至机房。

在本申请实施例中，采用增设二级表冷器的方式，通过设置蒸发模块、喷淋系统、水箱、换热模块、一级管路和二级管路，且换热模块包括换热箱以及安装在换热箱内的一级表冷器、送风机构和用于与机械制冷机组的蒸发器连通的二级表冷器，喷淋系统设于蒸发模块上方，水箱与一级表冷器连通，达到了可通过二级表冷器连接机械制冷机组的目的，从而实现了可将间接蒸发冷却设备和机械制冷设备配合制冷的技术效果，进而解决了相关技术中的间接蒸发冷却设备无法和机械制冷设备有效的配合制冷，导致制冷局限性较大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的结构示意图；

图2是根据本申请实施例中间接蒸发冷却制冷机组的结构示意图；

其中，1喷淋系统，2蒸发模块，3水箱，4二级管路，5一级表冷器，6换热箱，7二级表冷器，8送风机构，9间接蒸发冷却制冷机组，10一级管路，11四级管路，12三级管路，13蒸发器，14蒸发冷却式冷水机组，15压缩机，16冷却系统。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图2所示，本申请实施例提供了一种间接蒸发冷却制冷机组，该间接蒸发冷却制冷机组，包括：蒸发模块2、喷淋系统1、水箱3、换热模块、一级管路10和二级管路4；其中，换热模块包括换热箱6以及设于换热箱6内的一级表冷器5、用于与机械制冷机组的蒸发器13连通的二级表冷器7和送风机构8；喷淋系统1设于蒸发模块2上方；水箱3与蒸发模块2下端连通，一级表冷器5的进口端通过一级管路10与水箱3连通，出口端通过二级管路4与喷淋系统1连通。

本实施例中，当环境湿球温度满足制冷要求时，水箱3中的冷却水通过一级管路10输送至换热箱6中的一级表冷器5中冷却进入换热箱6的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房，冷却水经过一级表冷器5换热后通过二级管路4输送至喷淋系统1，喷淋系统1将携带热量的冷却水喷淋至蒸发模块2，冷却水在蒸发模块2上被冷却至接近空气的湿球温度并储存至水箱3中，以此循环完成依靠环境湿球温度进行制冷的过程；当环境湿球温度较高时，可在二级表冷器7的进口端和出口端分别接入机械制冷机组(如蒸发冷却式冷水机组14)的蒸发器13的出口端和进口端，此时一级表冷器5持续工作，并对机房回风进行一次冷却，利用机械制冷机组将冷却介质输送至二级表冷器7中，对换热箱6内的机房回风进行二次冷却，在一级表冷器5和二级表冷器7的共同作用下，有效的对机房回风进行制冷，并且可充分利用自然资源，即环境湿球温度对机房回风进行制冷，有效的减少能耗，通过换热箱6内的二级表冷器7可将机械制冷机组和间接蒸发冷却设备结合进行制冷，提高制冷效率。

如图1至图2所示，一级表冷器5、二级表冷器7和送风机构8沿机房送风方向依次设置，即二级表冷器7位于一级表冷器5和送风机构8之间，当环境湿球温度不满足冷却要求时，机房回风先通过温度贴近环境湿球温度的一级表冷器5进行一次冷却，再通过温度更低的二级表冷器7进行二次冷却，经二次冷却的机房回风满足机房送风温度，送风机构8再将冷风送人机房内，此处送风机构8可采用安装在换热箱6内的送风风机，为便于空气流动，换热箱6上设置有由于机房回风的进风口和用于机房送风的出风口，一级表冷器5和送风机构8分别与进风口和出风口对应，使得一级表冷器5可对机房回风进行一次冷却，二级表冷器7可对机房回风进行二次冷却。

如图1至图2所示，二级表冷器7的进口端和出口端分别连通有三级管路12和四级管路11，三级管路12和四级管路11均延伸出换热箱6并分别用于与机械制冷机组的蒸发器13的出口端和进口端连接，为便于将二级表冷器7和机械制冷机组连接起来，在二级表冷器7的进口端和出口端分别连通有三级管路12和四级管路11，为避免冷气泄漏，三级管路12和四级管路11与换热箱6的连接处密封设置，密封方式可为注胶密封或采用橡胶密封圈进行密封，此处不再赘述。

如图1至图2所示，换热箱6内设置有用于监测机房送风温度的第一温度传感器，第一温度传感器位于换热箱6侧壁上并贴近出风口设置，机房送风温度为设定值，可为25±1℃，第一温度传感器用于监测机房送风温度是否高于设定值，当高于设定值时输出信号，并启动机械制冷机组，由一级表冷器5和二级表冷器7共同制冷，一级表冷器5和二级表冷器7均采用盘管，具有制冷效果好，效率高的优点，还包括用于监测环境湿球温度的第二温度传感器，第二温度传感器用于判断环境湿球温度是否满足制冷要求，若不满足，则需要使用二级表冷器7进行制冷。

如图1至图2所示，根据本申请的另一方面，提供一种用于数据中心机房的散热机组，该用于数据中心机房的散热机组，包括：蒸发冷却式冷水机组14以及间接蒸发冷却制冷机组9；其中，间接蒸发冷却制冷机组9包括制冷模块和换热模块，换热模块包括换热箱6、设于换热箱6内的一级表冷器5、二级表冷器7以及用于机房送风的送风机构8；蒸发冷却式冷水机组14包括冷却系统16和蒸发器13，蒸发器13的进口端和出口端分别与二级表冷器7的出口端和进口端连通。

本实施例中，将蒸发冷却式冷水机组14以及间接蒸发冷却制冷机组9结合起来作为数据中心机房的制冷散热机组，利用在间接蒸发冷却制冷机组9的换热箱6中安装二级表冷器7，并使二级表冷器7的出口端和进口端分别与蒸发冷却式冷水机组14的蒸发器13的进口端和出口端连通，在环境湿球温度满足降温要求时，间接蒸发冷却制冷机组9单独工作，水箱3中的冷却水通过一级管路10输送至换热箱6中的一级表冷器5中冷却进入换热箱6的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房，冷却水经过一级表冷器5换热后通过二级管路4输送至喷淋系统1，喷淋系统1将携带热量的冷却水喷淋至蒸发模块2，冷却水在蒸发模块2上被冷却至接近空气的湿球温度并储存至水箱3中，以此循环完成依靠环境湿球温度进行制冷的过程；

当环境湿球温度较高时，蒸发冷却式冷水机组14和间接蒸发冷却制冷机组9共同工作，在一级表冷器5冷却机房回风时，蒸发冷却式冷水机组14利用压缩机15和蒸发器13等部件对冷却介质进行冷却并输送至二级表冷器7中，对换热箱6内的机房回风进行二次冷却，在一级表冷器5和二级表冷器7的共同作用下，有效的对机房回风进行制冷，并且可充分利用自然资源，即环境湿球温度对机房回风进行制冷，有效的减少能耗，通过换热箱6内的二级表冷器7可将机械制冷机组和间接蒸发冷却设备结合进行制冷，提高制冷效率，此处冷却介质可为冷却水，蒸发冷却式冷水机组14和间接蒸发冷却制冷机组9可分开独立进行安装，仅需将二级表冷器7和蒸发器13连接起来即可，可在更多的安装环境中进行设备的安装，简化了制冷机组的结构，降低了维护难度和维护成本，并且将外侧风系统与机房空气处理系统各自形成独立空间，避免外侧风、外侧蒸发水会通过换热芯体渗漏至机房空气处理系统，影响机房洁净度和湿度。

如图1至图2所示，还包括：温度监测模块，用于监测环境湿球温度和/或机房送风温度；控制模块，用于接收温度监测模块反馈的信号，并控制间接蒸发冷却制冷机组9和/或蒸发冷却式冷水机组14开启。

具体的，需要说明的是，温度监测模块可监测环境湿球温度和机房送风温度，也可仅单独监测环境湿球温度，通过两个监测结果中的任意一个结果均可获知机房送风温度是否满足要求，当环境湿球温度或机房送风温度高于设定阈值时，即表明间接蒸发冷却制冷机组9无法满足制冷散热要求，此时需开启蒸发冷却式冷水机组14进行机械制冷，当环境湿球温度再次满足制冷需求时，即可关闭蒸发冷却式冷水机组14，控制模块用于接收温度监测模块反馈的信号，控制模块将温度监测模块输入的信号与设定阈值进行比较，并控制间接蒸发冷却制冷机组9单独开启或间接蒸发冷却制冷机组9和蒸发冷却式冷水机组14共同开启。

如图1至图2所示，一级表冷器5、二级表冷器7和送风机构8沿机房送风方向依次设置。

具体的，需要说明的是，即二级表冷器7位于一级表冷器5和送风机构8之间，当环境湿球温度不满足冷却要求时，机房回风先通过温度贴近环境湿球温度的一级表冷器5进行一次冷却，再通过温度更低的二级表冷器7进行二次冷却，经二次冷却的机房回风满足机房送风温度，送风机构8再将冷风送人机房内，此处送风机构8可采用安装在换热箱6内的送风风机，为便于空气流动，换热箱6上设置有用于机房回风的进风口和用于机房送风的出风口，一级表冷器5和送风机构8分别与进风口和出风口对应，使得一级表冷器5可对机房回风进行一次冷却，二级表冷器7可对机房回风进行二次冷却，一级表冷器5和二级表冷器7均采用盘管。

如图1至图2所示，制冷模块包括蒸发模块2、喷淋系统1、水箱3、一级管路10和二级管路4；其中，喷淋系统1设于蒸发模块2上方；水箱3与蒸发模块2下端连通，一级表冷器5的进口端通过一级管路10与水箱3连通，出口端通过二级管路4与喷淋系统1连通。

本实施例中，换热箱6的底板上还可设置分别用于安装一级表冷器5和二级表冷器7的第一安装环和第二安装环，便于对一级表冷器5和二级表冷器7在安装过程中的初步定位，所述第一安装环和第二安装环内可沿其周向设置多个承重块，一级表冷器5和二级表冷器7均置于对应的承重块上，可增加一级表冷器5和二级表冷器7与空气的接触面积，便于换热。

如图1至图2所示，根据本申请的另一方面，提供一种应用用于数据中心机房的散热机组的散热方法，设定室外进风湿球温度为t1，具体方式如下：当t1＜19℃时，间接蒸发冷却制冷机组9处于开启状态，蒸发冷却式冷水机组14处于关闭状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组9的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱6中的一级表冷器5冷却进入换热箱6内的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房，冷却水经过一级表冷器5换热后再回到制冷模块，以此循环；

当t1≥19℃时，间接蒸发冷却制冷机组9和蒸发冷却式冷水机组14均处于开启状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组9的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱6中的一级表冷器5冷却进入换热箱6内的机房回风，与此同时，蒸发冷却式冷水机组14的冷却系统16和蒸发器13将冷却介质送至二级表冷器7中冷却进入换热箱6内的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房。

本实施例中，该方案与普通变频离心式冷水机组+未端精密空调相比，在主机方面蒸发冷却式冷水机组14有显著节能效果，选用的高效的蒸发冷却式冷水机组14：设计工况下的cop值达到8.2，满负荷下cop值为8.2，对比1级能效变频离心式冷水机组(满负荷下cop值为6.30)能效提高约15％。在未端方面采用间接蒸发制冷机组能减少主机开机时间，并可在湿球温度≤19℃时采用自然冷源，延长了自然冷源利用时间，减少能耗制冷主机运行的时间1881小时，另外间接蒸发制冷机组可常年使用自然冷源，蒸发冷却式冷水机组14可作为辅助(补充)供冷，可减少蒸发冷却式冷水机组1450％负荷，对比常规变频离心式冷水机组+板换+未端精密空调的方案节能50％。

本实施例中，还可设定机房送风温度设置为t2，t1≥19℃时包括两种情况，分别为当t2＞t1≥19℃时和t1≥t2时，两种情况下的制冷散热方式均与t1≥19℃时相同，区别在于t2＞t1≥19℃蒸发冷却式冷水机组14的能耗会低于另一情况，因此可将整个机组设置成三种模式，在不同的温度条件下，选用不同的制冷散热模式，使机组始终运行在最高效节能模式，间接蒸发冷却制冷机组9和蒸发冷却式冷水机组14的启停控制可通过控制模块进行统一控制，提高该散热机组的智能化，当环境湿球温度温度高于19℃时，间接蒸发冷却制冷机组9的制冷量逐渐降低，蒸发冷却式冷水机组14的制冷量逐渐升高直至各占百分之50。

如图1至图2所示，根据本申请的另一方面，提供一种应用用于数据中心机房的散热机组的散热方法，设定机房送风温度为t2，具体方式如下：

当t2≤26℃时，间接蒸发冷却制冷机组9处于开启状态，蒸发冷却式冷水机组14处于关闭状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组9的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱6中的一级表冷器5冷却进入换热箱6内的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房，冷却水经过一级表冷器5换热后再回到制冷模块，以此循环；

当t2＞26℃时，间接蒸发冷却制冷机组9和蒸发冷却式冷水机组14均处于开启状态，冷却水通过间接蒸发冷却制冷机组9的制冷模块被空气冷却至接近空气的湿球温度，低温冷却水送至换热箱6中的一级表冷器5冷却进入换热箱6内的机房回风，与此同时，蒸发冷却式冷水机组14的冷却系统16和蒸发器13将冷却介质送至二级表冷器7中冷却进入换热箱6内的机房回风，冷却后的回风由送风机构8送至机房。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。