本發明涉及一種冷卻系統，尤其涉及一種用于數據中心的自然冷卻系統及方法。
背景技術：
隨著能源成本的不斷攀升與人們對綠色環保的重視，數據中心節能需求越來越強烈,自然冷卻技術是數據中心最有效和最常用的節能技術，能有效降低數據中心空調系統電耗，提高電源使用效率。自然冷卻分為風側自然冷卻和水側自然冷卻，水側自然冷卻由于技術簡單可靠，且適用于大型數據中心而得到了廣泛應用。
隨著信息技術的廣泛應用與發展，耐高溫服務器的誕生，數據中心出現了高溫服務器機房與普通服務器機房。兩種機房服務器的溫度適應性不同，高溫服務器一般建議送風溫度不高于35℃，普通服務器機房送風溫度不高于27℃。但目前現有的水側自然冷卻只能提供一種溫度要求的冷凍水，這種自然冷卻系統運用于有兩種溫度要求機房的數據中心，具有自然冷源的利用率低、能量消耗高的缺陷，進而使冷水機的工作強度增加、使用壽命縮短。
技術實現要素：
為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種用于數據中心的自然冷卻系統及方法。
為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種用于數據中心的自然冷卻系統，包括冷卻水泵，它還包括高溫冷凍水泵、低溫冷凍水泵、換熱器、冷水機；冷卻水泵通過冷卻水管與換熱器的冷卻進水口相連接；換熱器的冷卻出水口與冷水機的冷卻進水口相連接；
冷卻水泵與換熱器之間設置有二號電動閥；冷卻水泵與二號電動閥之間的冷卻水管向右發出一條支路，支路的末端連接在換熱器與冷水機之間的冷卻水管上；支路上設置有一號電動閥；
高溫冷凍水泵的出水口與換熱器的冷凍進水口相連接；低溫冷凍水泵的出水口分為兩路，一路與冷水機的冷凍進水口相連接，另一路連接在換熱器與高溫冷凍水泵之間的管道上；換熱器的冷凍出水口與冷水機的冷凍出水口通過冷凍水管相連接；
冷凍水管向上發出兩條支管，從左向右依次為高溫冷凍供水管、低溫冷凍供水管；換熱器與高溫冷凍供水管之間設置有三號電動閥；高溫冷凍供水管和低溫冷凍供水管之間設置有四號電動閥；
高溫冷凍供水管上設置有第一調節閥；低溫冷凍供水管上設置有第二調節閥。
高溫冷凍水泵與換熱器之間設置有單向閥；低溫冷凍水泵與冷水機之間設置有六號電動閥；單向閥的出水口與六號電動閥的進水口之間設置有冷凍水管支路；冷凍水管支路上設置有五號電動閥。
高溫冷凍水泵的進水口與高溫冷凍回水管相連接；低溫冷凍水泵的進水口與低溫冷凍回水管相連接；高溫冷凍回水管與低溫冷凍回水管通過連接管相連接；連接管上設置有七號電動閥。
冷卻水泵的進水口、冷水機的冷卻出水口均與室外冷卻塔相連接。高溫冷凍供水管、高溫冷凍回水管均與高溫機房的末端相連接。低溫冷凍供水管、低溫冷凍回水管均與普通機房的末端相連接。換熱器為板式換熱器或套管式換熱器。
本發明的具體使用方法為：對冷卻水溫進行實時監測，將冷卻水溫進行分段預設定，預設定的溫度范圍為：冷卻水溫≤15.5℃、15.5℃＜冷卻水溫≤22.5℃、冷卻水溫＞22.5℃；根據監測到的冷卻水溫的不同，進行以下操作：
a、當冷卻水溫≤15.5℃時，啟動全自然冷卻工作模式；首先將高溫冷凍水泵6、六號電動閥14、冷水機10、一號電動閥2關閉，打開七號電動閥15、低溫冷凍水泵13、五號電動閥12、冷卻水泵1、二號電動閥3；高溫冷凍回水通過七號電動閥15與低溫冷凍回水混合后由低溫冷凍水泵13加壓，再經過換熱器4與冷卻水進行換熱，使冷凍水溫達到設定值17℃；
然后打開三號電動閥5、四號電動閥8，將冷凍水分別送入高溫冷凍供水管和低溫冷凍水供水管，兩個管道中的進水量分別通過第一調節閥7、第二調節閥9進行調節；
b、當15.5℃＜冷卻水溫≤22.5℃時，啟動自然冷卻機械制冷模式；首先打開高溫冷凍水泵6、低溫冷凍水泵13、冷卻水泵1、冷水機10；再打開二號電動閥3、三號電動閥5、六號電動閥14；同時關閉一號電動閥2、五號電動閥12、四號電動閥8、七號電動閥15；使高溫冷凍水泵6對高溫冷凍回水進行加壓、低溫冷凍水泵13對低溫冷凍回水進行加壓；
高溫冷凍回水加壓后形成高溫冷凍出水并進入換熱器4與冷卻水換熱，換熱后高溫冷凍水溫度小于設定值24℃，然后通過第一調節閥7的水量調節作用將高溫冷凍水送入數據中心高溫機房末端；
低溫冷凍回水加壓后形成的低溫冷凍出水進入冷水機10降溫，使低溫冷凍出水溫度控制在設定值17℃，然后經過第二調節閥9的調節后送入數據中心普通機房末端；
c、當冷卻水溫＞22.5℃時，啟動全制冷模式；首先關閉高溫冷凍水泵6、五號電動閥12；打開七號電動閥15、低溫冷凍水泵13、六號電動閥14、冷水機10；使高溫冷凍回水與低溫冷凍回水經過混合后，由低溫冷凍水泵13加壓送入冷水機10；
然后關閉二號電動閥3、三號電動閥5，打開冷卻水泵1、一號電動閥2、四號電動閥8，使混合加壓后的冷凍水與進入冷水機10的冷卻水進行熱交換并降溫至設定值17℃，然后將其分別送入高溫機房末端和普通機房末端，用第一調節閥7、第二調節閥9開度調節進入機房末端的進水量。
本發明可以提供兩種溫度要求的冷凍水分別滿足數據中心高溫機房和普通機房的用冷需求；分溫度供水可以增加生產高溫冷凍水的自然冷卻時間，實現對室外自然冷源最大限度的利用，與普通的水側自然冷卻相比更加節能；可以減少冷水機工作時間、降低冷水機工作強度并延長冷水機使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明的整體結構框圖。
圖中：1、冷卻水泵；2、一號電動閥；3、二號電動閥；4、換熱器；5、三號電動閥；6、高溫冷凍水泵；7、第一調節閥；8、四號電動閥；9、第二調節閥；10、冷水機；11、單向閥；12、五號電動閥；13、低溫冷凍水泵；14、六號電動閥；15、七號電動閥。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發明包括冷卻水泵1，它還包括高溫冷凍水泵6、低溫冷凍水泵13、換熱器4、冷水機10；冷卻水泵1通過冷卻水管與換熱器4的冷卻進水口相連接；換熱器4的冷卻出水口與冷水機10的冷卻進水口相連接；換熱器4為板式換熱器或套管式換熱器；
冷卻水泵1與換熱器4之間設置有二號電動閥3；冷卻水泵1與二號電動閥3之間的冷卻水管向右發出一條支路，支路的末端連接在換熱器4與冷水機10之間的冷卻水管上；支路上設置有一號電動閥2；
高溫冷凍水泵6的出水口與換熱器4的冷凍進水口相連接；低溫冷凍水泵13的出水口分為兩路，一路與冷水機10的冷凍進水口相連接，另一路連接在換熱器與高溫冷凍水泵之間的管道上；換熱器4的冷凍出水口與冷水機10的冷凍出水口通過冷凍水管相連接；
冷凍水管向上發出兩條支管，從左向右依次為高溫冷凍供水管、低溫冷凍供水管；換熱器4與高溫冷凍供水管之間設置有三號電動閥5；高溫冷凍供水管和低溫冷凍供水管之間設置有四號電動閥8；
高溫冷凍供水管上設置有第一調節閥7；低溫冷凍供水管上設置有第二調節閥9。
高溫冷凍水泵6與換熱器4之間設置有單向閥11；低溫冷凍水泵13與冷水機10之間設置有六號電動閥14；單向閥11的出水口與六號電動閥14的進水口之間設置有冷凍水管支路；冷凍水管支路上設置有五號電動閥12。
高溫冷凍水泵6的進水口與高溫冷凍回水管相連接；低溫冷凍水泵13的進水口與低溫冷凍回水管相連接；高溫冷凍回水管與低溫冷凍回水管通過連接管相連接；連接管上設置有七號電動閥15。
冷卻水泵1的進水口、冷水機10的冷卻出水口均與室外冷卻塔相連接。高溫冷凍供水管、高溫冷凍回水管均與高溫機房的末端相連接。低溫冷凍供水管、低溫冷凍回水管均與普通機房的末端相連接。
本發明的具體使用方法為：對冷卻水溫進行實時監測，將冷卻水溫進行分段預設定，預設定的溫度范圍為：冷卻水溫≤15.5℃、15.5℃＜冷卻水溫≤22.5℃、冷卻水溫＞22.5℃（預設定的溫度值可調）；根據監測到的冷卻水溫的不同，進行以下操作：
a、當冷卻水溫≤15.5℃時，啟動全自然冷卻工作模式；首先將高溫冷凍水泵6、六號電動閥14、冷水機10、一號電動閥2關閉，打開七號電動閥15、低溫冷凍水泵13、五號電動閥12、冷卻水泵1、二號電動閥3；高溫冷凍回水通過七號電動閥15與低溫冷凍回水混合后由低溫冷凍水泵13加壓，再經過換熱器4與冷卻水進行換熱，使冷凍水溫達到設定值17℃（可調）；
然后打開三號電動閥5、四號電動閥8，將冷凍水分別送入高溫冷凍供水管和低溫冷凍水供水管，兩個管道中的進水量分別通過第一調節閥7、第二調節閥9進行調節；此時高溫冷凍水與低溫冷凍水的供水溫度相同，均為17℃。
b、當15.5℃＜冷卻水溫≤22.5℃時，啟動自然冷卻機械制冷模式；首先打開高溫冷凍水泵6、低溫冷凍水泵13、冷卻水泵1、冷水機10；再打開二號電動閥3、三號電動閥5、六號電動閥14；同時關閉一號電動閥2、五號電動閥12、四號電動閥8、七號電動閥15；使高溫冷凍水泵6對高溫冷凍回水進行加壓、低溫冷凍水泵13對低溫冷凍回水進行加壓；
高溫冷凍回水加壓后形成高溫冷凍出水并進入換熱器4與冷卻水換熱，換熱后高溫冷凍水溫度小于設定值24℃（可調），然后通過第一調節閥7的水量調節作用將高溫冷凍水送入數據中心高溫機房末端；
低溫冷凍回水加壓后形成的低溫冷凍出水進入冷水機10降溫，使低溫冷凍出水溫度控制在設定值17℃（可調），然后經過第二調節閥9的調節后送入數據中心普通機房末端；該狀態時，高溫冷凍水與低溫冷凍水的供水溫度不同。
c、當冷卻水溫＞22.5℃時，啟動全制冷模式；首先關閉高溫冷凍水泵6、五號電動閥12；打開七號電動閥15、低溫冷凍水泵13、六號電動閥14、冷水機10；使高溫冷凍回水與低溫冷凍回水經過混合后，由低溫冷凍水泵13加壓送入冷水機10；
然后關閉二號電動閥3、三號電動閥5，打開冷卻水泵1、一號電動閥2、四號電動閥8，使混合加壓后的冷凍水與進入冷水機10的冷卻水進行熱交換并降溫至設定值17℃（可調），然后將其送入高溫機房末端和普通機房末端，用第一調節閥7、第二調節閥9開度調節進入機房末端的水量。該狀態時，高溫冷凍水與低溫冷凍水的供水溫度相同，均為17℃。
本發明能根據冷卻水溫的不同開啟三種不同的冷卻模式，實現對室外冷源的梯級利用，從而達到節能的目的；與普通的水側自然冷卻相比，提高了數據中心高溫機房的供水溫度，從而增加節能空間、提高高溫機房水側自然冷卻時長，并提高冷水機使用效率。
上述實施方式并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的技術方案范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發明的保護范圍。
文章來源：海洛斯機房空調http://www.ejwym.cn/jingmikongtiao/hiross.html
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