一种基于数据中心的冬季供暖VRV空调的制作方法

一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调
技术领域
1.本发明涉及空调领域，具体涉及一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调。


背景技术：

2.近年来，随着互联网、大数据、云计算等行业的快速发展，数据中心的数量、规模急剧增加，数据中心运维人员的舒适需求也在不断提高。单栋数据中心内部常设有运维值班室、监控中心、办公室、巡检走廊等日常工作区域，此类工作区域通常用vrv(variable refrigerant volume)空调系统——变制冷剂流量多联式空调系统(简称多联机)解决夏季和冬季冷热负荷。但是在我国北方地区，冬季室外温度较低，vrv空调冬季制热效果不佳。
3.对于有市政供热条件的地区，通常会增设一套热水供暖系统，增加了数据中心建设成本，另外也挤压了数据中心园区室外管综和室内管综的空间。对于较为偏僻地区，冬季只能采用电制暖系统，大大增加了数据中心的运行成本，不利于pue的降低。因此，数据中心内部冬季供暖需求亟需经济有效的解决。


技术实现要素：

4.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，提供一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调，解决vrv空调冬季制热效果不佳的难题，降低了数据中心的建设成本以及运行成本。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调，包括vrv空调室内机、vrv室外机以及安装于数据中心机房内部的制热专用换热单元，vrv室外机包括压缩机、四通换向阀以及室外制热单元；四通换向阀的进口端口与压缩机的排气口连通，四通换向阀的出口端口与压缩机的入气口连通；vrv室内机的一端与四通换向阀的第一工作端口连通，vrv室内机的另一端可选择地仅连通室外制热单元的一端或者制热专用换热单元的一端；四通换向阀的第二工作端口可选择地仅连通室外制热单元的另一端或者制热专用换热单元的另一端；压缩机、vrv空调室内机以及室外制热单元连通时形成第一冷媒循环回路，从而实现夏季制冷或室外机制热工况；压缩机、vrv空调室内机以及制热专用换热单元连通时形成第二冷媒循环回路，从而实现冬季制热工况。
6.数据中心机房内部由于存在大量不间断运行的高发热量的服务器机柜，通常服务器机柜出风温度在35℃左右，高于冬季较冷地区的室外环境温度，因此仅需将本发明中制热专用换热器放置在数据机房内部，vrv空调便可有效吸收机柜热量为办公区域制热。
7.具体的，vrv室外机还包括第一制冷工况电动开关阀、第二制冷工况电动开关阀、第一制热工况电动开关阀以及第二制热工况电动开关阀，第一制冷工况电动开关阀与第二制冷工况电动开关阀分别连接于室外制热单元两端，室外制热单元的一端通过第一制冷工况电动开关阀与四通换向阀的第二工作端口连通，室外制热单元的另一端通过第二制冷工况电动开关阀与vrv室内机远离四通换向阀的一端连通；第一制热工况电动开关阀与第二制热工况电动开关阀分别连接于制热专用换热单元两端，制热专用换热单元的一端通过第
一制热工况电动开关阀与四通换向阀的第二工作端口连通，制热专用换热单元的另一端通过第二制热工况电动开关阀与vrv室内机远离四通换向阀的一端连通；通过控制第一制冷工况电动开关阀、第二制冷工况电动开关阀、第一制热工况电动开关阀以及第二制热工况电动开关阀的通断，实现室外制热单元和制热专用换热单元之间的切换。
8.具体的，进口端口与第二工作端口连通、出口端口与第一工作端口连通、第一制冷工况电动开关阀和第二制冷工况电动开关阀均开启、第一制热工况电动开关阀和第二制热工况电动开关阀均关闭时，冷媒在第一冷媒循环回路内沿逆卡诺方向循环，实现夏季制冷工况；进口端口与第一工作端口连通、出口端口与第二工作端口连通、第一制冷工况电动开关阀和第二制冷工况电动开关阀均开启、第一制热工况电动开关阀和第二制热工况电动开关阀均关闭时，冷媒在第一冷媒循环回路内沿卡诺方向循环，实现室外机制热工况；进口端口与第一工作端口连通、出口端口与第二工作端口连通、第一制冷工况电动开关阀和第二制冷工况电动开关阀均关闭、第一制热工况电动开关阀和第二制热工况电动开关阀均开启时，冷媒在第二冷媒循环回路内沿卡诺方向循环，实现冬季制热工况。
9.具体的，vrv室内机包括室内换热器和与室内换热器的第一电子膨胀阀，室内换热器的一端与四通换向阀的第一工作端口连通，室内换热器的另一端经第一电子膨胀阀后并联有第二制冷工况电动开关阀和第二制热工况电动开关阀。
10.具体的，室外制热单元包括室外换热器、与室外换热器连通的单向阀以及与单向阀并联的第二电子膨胀阀，室外换热器的一端经第一制冷工况电动开关阀后与四通换向阀的第二工作端口连通，室外换热器的另一端依次经第二电子膨胀阀和第二制冷工况电动开关阀后与vrv室内机远离四通换向阀的一端连通。
11.具体的，制热专用换热单元包括蒸发器，蒸发器的一端经第一制热工况电动开关阀后与四通换向阀的第二工作端口连通，蒸发器的另一端依次经第三电子膨胀阀和第二制热工况电动开关阀后与vrv室内机远离四通换向阀的一端连通。
12.进一步的，vrv室外机还包括气液分离器，气液分离器位于四通换向阀与压缩机之间，气液分离器的进口与四通换向阀的工作端口连通，气液分离器的出口与压缩机的入气口连通。
13.进一步的，室内换热器、室外换热器以及蒸发器均配有风机。
14.进一步的，制热专用换热单元以吊顶空调形式安装于热回风吊顶内部或者以列间空调形式安装于服务器机柜列间。
15.进一步的，制热专用换热单元能够通过冷媒管与分歧管实现多台并联。
16.有益效果：
17.(1)本发明通过在数据中心的机房内部增设制热专用换热单元，通过制热专用换热单元吸收机柜热量为办公区域制热，由于数据机房内部热源稳定，在冬季室外较冷地区，可保证vrv的冬季制热效果；同时，数据机房内部温度较高，普遍可达35℃左右，有利于提高vrv空调制热效率；
18.(2)本发明中，制热专用换热器从数据中心的机房内部吸收热量，减少了数据中心的机房内部专用空调的冷负荷，降低了数据机房专用空调功耗，从而降低数据中心整体pue；
19.(3)本发明仅需增加少量冷媒管、第一制冷工况电动开关阀、第二制冷工况电动开
关阀、第一制热工况电动开关阀、第二制热工况电动开关阀以及制热专用换热单元，可共用vrv室内机以及管线，无需新增室外热力管网与末端，节省工程投资。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
21.图1为本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的原理示意图；
22.图2为本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的夏季制冷工况原理示意图；
23.图3为本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的冬季制热工况原理示意图；
24.图4为本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的室外机制热工况原理示意图。
具体实施方式
25.本发明的附图标记如下所示：vrv室内机1、vrv室外机2、制热专用换热单元3、室内换热器4、压缩机5、气液分离器6、四通换向阀7、第一制冷工况电动开关阀8、第一制热工况电动开关阀9、室外换热器10、单向阀11、第一电子膨胀阀12、蒸发器13、第二电子膨胀阀14、第三电子膨胀阀15、第一风机16、第二风机17、第三风机18、第二制冷工况电动开关阀19以及第二制热工况电动开关阀20。
26.数据中心机房内部由于存在大量不间断运行的高发热量的服务器机柜，通常服务器机柜出风温度在35℃左右，高于冬季较冷地区的室外环境温度，因此本发明在传统vrv空调基础上，通过在数据机房内部增设制热专用换热单元、少量的冷媒管以及电动开关阀等执行元件，利用制热专用换热单元吸收机柜热量为办公区域制热。
27.图1给出了本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的原理示意图。图2、图3以及图4分别给出了图2为本发明提供的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的夏季制冷工况、冬季制热工况以及室外机制热工况的原理示意图。在图1至图4中，实心箭头表示制冷模式下冷媒的流向，虚线箭头表示制热模式下冷媒的流向。
28.如图1所示，本实施例公开的一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调包括vrv空调室内机1、vrv室外机2以及制热专用换热单元3。制热专用换热单元3安装在数据中心机房内部，vrv空调室内机1可以安装在办公区域或者其他需要供暖的区域。vrv室外机2包括压缩机5、与压缩机5的入气口连通的气液分离器6、四通换向阀7以及室外制热单元。其中，四通换向阀7包括四个端口，分别为进口端口、出口端口、第一工作端口以及第二工作端口。从图1可知，四通换向阀7的进口端口与压缩机5的排气口连通，四通换向阀7的出口端口与压缩机5的入气口连通。vrv室内机1的一端与四通换向阀7的第一工作端口连通，vrv室内机1的另一端可选择地仅连通室外制热单元的一端或者制热专用换热单元3的一端。四通换向阀7的第二工作端口可选择地仅连通室外制热单元的另一端或者制热专用换热单元3的另一端。
29.其中，四通换向阀7的工作模式可设置为制冷模式或制热模式。当四通换向阀7调
整到制冷模式时，进口端口与第二工作端口连通，出口端口与第一工作端口连通，冷媒沿逆卡诺方向循环。当四通换向阀7调整到制热模式时，进口端口与第一工作端口连通，出口端口与第二工作端口连通，冷媒沿卡诺方向循环。
30.由此，压缩机5、vrv空调室内机1以及室外制热单元连通时形成第一冷媒循环回路，通过控制四通换向阀7为制冷模式，进口端口与第二工作端口连通，出口端口与第一工作端口连通，冷媒在第一冷媒循环回路沿逆卡诺方向循环，可实现与传统vrv空调相同的夏季制冷工况；通过控制四通换向阀7为制热模式，进口端口与第一工作端口连通，出口端口与第二工作端口连通，冷媒在第一冷媒循环回路沿卡诺方向循环，可实现与传统vrv空调相同的室外机制热工况。压缩机5、vrv空调室内机1以及制热专用换热单元3连通时形成第二冷媒循环回路，通过设置四通换向阀7为制热模式，进口端口与第一工作端口连通，出口端口与第二工作端口连通，冷媒在第二冷媒循环回路沿卡诺方向循环，便可利用制热专用换热单元3有效吸收数据中心机柜的热量为办公区域制热，实现冬季制热工况。
31.为了实现制热工况下的第一冷媒循环回路与第二冷媒循环回路之间的切换，如图1所示，vrv室外机2设置有第一制冷工况电动开关阀8、第一制热工况电动开关阀9、第二制冷工况电动开关阀19以及第二制热工况电动开关阀20。第一制冷工况电动开关阀8与第二制冷工况电动开关阀19分别连接于室外制热单元两端，室外制热单元的一端通过第一制冷工况电动开关阀8与四通换向阀7的第二工作端口连通，室外制热单元的另一端通过第二制冷工况电动开关阀19与vrv室内机1远离四通换向阀7的一端连通。第一制热工况电动开关阀9与第二制热工况电动开关阀20分别连接于制热专用换热单元3两端，制热专用换热单元3的一端通过第一制热工况电动开关阀9与四通换向阀7的第二工作端口连通，制热专用换热单元3的另一端通过第二制热工况电动开关阀20与vrv室内机1远离四通换向阀7的一端连通。由此，通过控制第一制冷工况电动开关阀8、第一制热工况电动开关阀9、第二制冷工况电动开关阀19以及第二制热工况电动开关阀20的通断，实现制热工况下室外制热单元和制热专用换热单元3之间的切换，即第一冷媒循环回路与第二冷媒循环回路之间的切换。
32.具体的，如图1所示，vrv室内机1包括室内换热器4和与室内换热器4的第一电子膨胀阀12。室内换热器4的一端与四通换向阀7的第一工作端口连通，另一端经第一电子膨胀阀12后并联有第二制冷工况电动开关阀19和第二制热工况电动开关阀20，即另一端经第一电子膨胀阀12后可选择地仅连通室外制热单元的一端或者制热专用换热单元3的一端。室内换热器4配有第一风机16。
33.具体的，如图1所示，室外制热单元包括室外换热器10、与室外换热器10连通的单向阀11以及与单向阀并联设置的第二电子膨胀阀14。室外换热器10的一端经第一制冷工况电动开关阀8后与四通换向阀7的第二工作端口连通，另一端依次经第二电子膨胀阀14和第二制冷工况电动开关阀19后与vrv室内机1远离四通换向阀7的一端连通。室外换热器10配有第二风机17。
34.具体的，如图1所示，制热专用换热单元3包括蒸发器13以及与蒸发器13连通的第三电子膨胀阀15。蒸发器13一端经第一制热工况电动开关阀9后与四通换向阀7的第二工作端口连通，另一端依次经第三电子膨胀阀15和第二制热工况电动开关阀20后与vrv室内机1远离四通换向阀7的一端连通。蒸发器13配有第三风机18。
35.由图1可知，当第一制冷工况电动开关阀8和第二制冷工况电动开关阀19导通、第
一制热工况电动开关阀9和第二制热工况电动开关阀20关断时，压缩机5、气液分离器6、四通换向阀7、室内换热器4、第一电子膨胀阀12、第一制冷工况电动开关阀8、第二制冷工况电动开关阀19以及第二电子膨胀阀14连通形成第一冷媒循环回路；当第一制热工况电动开关阀9和第二制热工况电动开关阀20导通、第一制冷工况电动开关阀8和第二制冷工况电动开关阀19关断时，压缩机5、气液分离器6、四通换向阀7、蒸发器13、第一电子膨胀阀12、第一制热工况电动开关阀9、第二制热工况电动开关阀20以及第三电子膨胀阀15连通形成第二冷媒循环回路。
36.制热专用换热单元3可以有多种具体表现形式，对于采用吊顶回风的数据机房，可将制热专用换热单元3制成吊顶空调形式，安装在热回风吊顶内部。对于采用非吊顶回风的数据机房，可将制热专用换热单元3制成列间空调形式，安装在服务器机柜列间。但是，本发明可以以其它许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。
37.在使用时，本实施例的夏季制冷、冬季制热以及vrv室外机制热三种工况如下所示：
38.当本实施例公开的冬季供暖vrv空调处于夏季制冷工况时，冷媒沿逆卡诺方向循环，如图2所示。室内换热器4正常导通，第一电子膨胀阀12和第一风机16按需求打开。vrv室外机2内的压缩机5、气液分离器6正常导通。四通换向阀7调整到制冷模式，进口端口与第二工作端口连通，出口端口与第一工作端口连通，使得冷媒可以沿逆卡诺方向循环。第一制冷工况电动开关阀8和第二制冷工况电动开关阀19导通、第一制热工况电动开关阀9和第二制热工况电动开关阀20关断。室外换热器10、单向阀11、第二电子膨胀阀14和第二风机17均正常导通。制热专用换热单元3内第三电子膨胀阀15、蒸发器13和第三风机18均关断。冷媒在第一冷媒循环回路中流动，冷媒从压缩机5流出，依次流经四通换向阀7、室外换热器10、vrv室内机1、气液分离器6后，又流入压缩机5，如此循环。在夏季制冷工况时，冷媒循环不经过制热专用换热单元3。
39.当本实施例公开的冬季供暖vrv空调处于冬季制热工况时，冷媒沿卡诺方向循环，如图3所示。室内换热器4正常导通，第一电子膨胀阀12和第一风机16按需求打开。vrv室外机2内的压缩机5、气液分离器6正常导通。四通换向阀7调整到制热模式，进口端口与第一工作端口连通，出口端口与第二工作端口连通，使得冷媒可以沿卡诺方向循环。第一制冷工况电动开关阀8和第二制冷工况电动开关阀19关断、第一制热工况电动开关阀9和第二制热工况电动开关阀20导通。室外换热器10、单向阀11、第二电子膨胀阀14和第二风机17均关断。制热专用换热单元3导通，第三电子膨胀阀15、蒸发器13和第三风机18均打开。冷媒在第二冷媒循环回路中流动，冷媒从压缩机5流出，依次经过流经四通换向阀7、vrv室内机1、蒸发器13、气液分离器6后，又流入压缩机5，如此循环。在冬季制热工况时，冷媒循环不经过室外换热器10管路。
40.当本实施例公开的冬季供暖vrv空调处于vrv室外机制热工况时，冷媒沿卡诺方向循环，如图4所示。该vrv室外机制热工况用于应对制热专用换热单元3检修或者制热专用换热单元3所在数据机房内服务器机柜发热量未满足制热专用换热单元3吸热需求的情况。在vrv室外机制热工况下，室内换热器4正常导通，第一电子膨胀阀12和第一风机16按需求打开。vrv室外机2内的压缩机5、气液分离器6正常导通。四通换向阀7调整到制热模式，进口端口与第一工作端口连通，出口端口与第二工作端口连通，使得冷媒可以沿卡诺方向循环。第
一制冷工况电动开关阀8和第二制冷工况电动开关阀19导通、第一制热工况电动开关阀9和第二制热工况电动开关阀20关断，使得冷媒循环通过第一制冷工况电动开关阀8流经室外换热器10管路。室外换热器10、单向阀11、第二电子膨胀阀14和第二风机17均正常打开。制热专用换热单元3内第三电子膨胀阀15、蒸发器13和第三风机18均关断。冷媒在第一冷媒循环回路中流动，冷媒从压缩机5流出，依次经过四通换向阀7、vrv室内机1、室外换热器10、气液分离器6后，又流入压缩机5，如此循环。在vrv室外机制热工况下，冷媒循环不经过制热专用换热单元3。
41.本实施例中，如图1至4所示，制热专用换热单元3可以通过冷媒管与分歧管实现多台并联，以提升制热容量。图1至图4中三角形图形代表分歧管。
42.本发明提供了一种基于数据中心的冬季供暖vrv空调的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。