[发明专利]一种集装箱数据中心冷却系统及其运行方法

说明书

本发明公开的一种集装箱数据中心冷却系统及其运行方法，属于节能技术领域。包括箱体内水冷循环模块、新风自然冷却模块、热水罐、天空辐射制冷模块、水侧自然冷却模块、冷水罐、蒸汽压缩制冷模块、蓄水箱、第一电磁三通阀、第二电磁三通阀、第一三通接头和第二三通接头。本发明将天空辐射制冷技术结合至集装箱数据中心冷却系统中，考虑了多种冷源耦合情况，对集装箱数据中心冷却系统广域全天候应用进行了科学的集成优化设计，并通过加装温度传感器、流量计、阀门和旁通管道，实时监测运行状况并根据系统内外参数灵活切换冷却模式，充分利用自然冷源，降低制冷能耗，提升能源经济效益。同时，保证集装箱数据中心的灵活移动和快速建设安装能力。

技术领域

本发明属于节能技术领域，具体涉及一种集装箱数据中心冷却系统及其运行方法。

背景技术

现阶段最常用的数据中心自然冷却是风侧和水侧自然冷却，但直接风冷在室外空气质量较差时存在IT设备的腐蚀问题，同时室内空气质量较难满足要求。而间接风冷的投资又相对较高，换热效率较低，占用空间大。直接水冷往往需要数据中心位于水源丰富的地区，还需要考虑余热废水的环境影响。间接水冷最为常用，但在炎热干旱的地区不太可行，而在寒冷地区冷却塔的防冻也是技术难点所在。并且，间接水冷和结合蒸发冷却的风侧自然冷却还需要消耗大量水。从这方面看，耦合新的自然冷却技术可能有助于缓和现有的问题，进一步提高数据中心自然冷却的强度和广度。

值得注意的是，一种以集装箱为单元的模块化数据中心正在逐渐取代一些传统数据中心，它们具有更高能源利用效率和较低的投资成本，模块化设计也使得它们从建设到部署的时间相对较短。如今IBM、谷歌和华为等集装箱数据中心生产商采用的自然冷却方式多为直接风冷，而许多的集装箱数据中心研究集中在箱体内的气流组织优化，少有研究针对集装箱数据中心模块化及快速部署等特点来探讨其他自然冷却方式。

现在，一种新颖的自然冷却技术正在崛起，业界称它为天空辐射制冷，它通过两个对热辐射有很高透过率的大气窗口(8-14um,16-25um)将废热以可再生和完全被动的方式放散到接近3K的宇宙背景中，天空辐射制冷以其结构简单、塑性强、无能耗、无环境影响等优点正在被广泛关注和研究。然而耦合天空辐射制冷作为数据中心自然冷却系统的研究现阶段还比较匮乏。

针对上述问题，中国专利CN109757078A提供了一种带天空辐射制冷模块、相变传热装置、补冷蓄冷和通风设备的数据中心冷却系统，其实施方法为通过两个两位三通阀将天空辐射制冷模块、制冷机组和地下蓄冷装置进行连接，在风管中再设置与可用冷源相连的换热器，实现蓄冷、制冷、释冷模式自由切换，更大程度利用自然冷源，然其设计复杂且不具备快速部署和灵活移动能力，过多耦合自然冷源但并未设计完善的运行策略，使得其实际运用存在困难；中国专利CN211977127U提出了一种结合室外风侧换热器、天空辐射制冷模块和蓄冷设备的数据中心热管空调系统，其实施方法为将蒸发器通过集气器与室外换热器或天空辐射制冷模块组相连，在天空辐射制冷模块后设置蓄冷罐，通过PLC控制模块进行控制，系统制冷范围和强度得到提高，然而其冷却模式设计和切换都不够灵活，难以在复杂的气象条件实现自然冷源最大化，不设置蒸汽压缩制冷模块可能导致在某些场合不可用；中国专利CN112432275A提出了一种带有蓄冷装置、水源热泵、天空辐射制冷模块、组合式空调箱、水侧自然冷却设备的新型空调系统，其实施方法是将水源热泵和天空辐射制冷模块通过蓄能装置关联，并连接两个换热盘管满足组合式空调箱换热需求，水源热泵冷却可借助蓄能装置和冷却塔，降低空调系统的能耗，同时可灵活进行模式切换，然而该系统由于考虑了供热回路，对数据中心针对性不强，且对水侧自然冷源和风侧自然冷源利用并不充分，同时系统未对天空辐射制冷模块在特殊情况即冷却能力过低或过高的运行做出规划。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种集装箱数据中心冷却系统及其运行方法，通过天空辐射制冷、新风冷却、水侧塔式自然冷却获取冷量，在自然冷量盈余时予以蓄存，在自然冷量不足时予以机械冷源补充，形成多种工作模式，有效降低集装箱数据中心冷却系统能耗，最大程度利用自然冷源，同时保证集装箱数据中心的灵活移动和快速建设安装能力。