一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，“云計(jì)算數(shù)據(jù)中心”的術(shù)語開始漸漸被大家熟知，由于數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模以及容量不斷地?cái)U(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的能耗問題也日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)：早在2010年時，Google的數(shù)據(jù)中心就已經(jīng)擁有90萬臺服務(wù)器，年電力消耗量為19億kW·h，而用于冷卻數(shù)據(jù)機(jī)房所需消耗的電能大約占數(shù)據(jù)中心的總耗電的35％，Google服務(wù)器的數(shù)量占全球服務(wù)器數(shù)量的2.8％，但其電力消耗低于全球水平，僅1％。研究估計(jì)，2011年在我國，以三大電信運(yùn)營商為首，以及眾多互聯(lián)網(wǎng)公司諸如阿里巴巴、百度、騰訊等等公司的數(shù)據(jù)中心消耗了500億kW·h的電力，在2014年，美國數(shù)據(jù)中心消耗了700億kW·h的電力，占美國電力消耗總量中的1.8％。同時建筑能耗占我國能源總消費(fèi)的比例已達(dá)27.6％，在建筑能耗中，生活熱水系統(tǒng)耗能約為20％～30％。而目前數(shù)據(jù)中心常規(guī)的冷卻技術(shù)有：①集中冷凍水+冷凍型空調(diào)系統(tǒng)；②風(fēng)冷型直接膨脹空調(diào)系統(tǒng)；③水冷型直接膨脹空調(diào)系統(tǒng)；④蒸發(fā)式冷卻空調(diào)系統(tǒng)，這些方法都造成能源浪費(fèi)，得不到能源的回收利用；新興的冷卻技術(shù)有：⑤冬、春、秋過渡季節(jié)采用水側(cè)、風(fēng)側(cè)自然冷卻技術(shù)；以及⑥國內(nèi)阿里巴巴在千島湖建成的數(shù)據(jù)中心全部采用湖水自然冷卻技術(shù)；⑦Google芬蘭數(shù)據(jù)中心和近期微軟建造的海底數(shù)據(jù)中心采用低溫海水冷卻技術(shù)冷卻數(shù)據(jù)中心，而這些則受到條件限制，不適于大眾數(shù)據(jù)中心冷卻處理。然而數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的大量熱能資源白白浪費(fèi)，造成資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)及方法，用以降低數(shù)據(jù)中心制冷能耗和制備生活熱水能耗，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)，包括自來水組、用于數(shù)據(jù)中冷卻的冷凍水組以及用于冷凍水組冷卻的冷卻水組，其中冷凍水組與冷卻水組通過冷水機(jī)組進(jìn)行冷熱交換，冷卻水組與自來水組通過第一板式熱換器進(jìn)行冷熱交換。

進(jìn)一步的，自來水組管路上設(shè)有用于數(shù)據(jù)中心冷卻的第一自來水旁支管路以及用于與冷卻水組進(jìn)行冷熱交換的第二自來水旁支管路，與第一自來水旁支管路并聯(lián)的自來水組管路段和第一自來水旁支管路上分別設(shè)有第一閥門和第二閥門，與第二自來水旁支管路并聯(lián)的自來水組管路段和第二自來水旁支管路上分別設(shè)有第三閥門和第四閥門。

進(jìn)一步的，冷卻水組管路上設(shè)有用于與自來水組進(jìn)行冷熱交換的冷卻水旁支管路，與冷卻水旁支管路并聯(lián)的冷卻水組管路段和冷卻水旁支管路上分別設(shè)有第五閥門和第六閥門。

進(jìn)一步的，其中冷凍水組管路上設(shè)有用于與自來水組進(jìn)行冷熱交換的冷凍旁支管路，冷凍水組與自來水組通過第二板式熱換器進(jìn)行熱交換。

進(jìn)一步的，與冷凍旁支管路并聯(lián)的冷凍水組管路段和冷凍旁支管路上分別設(shè)有第七閥門和第八閥門，冷凍水組管路上與冷水機(jī)組并聯(lián)部分設(shè)有截留管路，冷凍水組管路上與冷水機(jī)組并聯(lián)部分和截留管路上分別設(shè)有第九閥門和第十閥門。

進(jìn)一步的，自來水組、冷凍水組管路上和冷卻水組管路上分別設(shè)有自來水水泵、冷凍水水泵和冷卻水水泵。

進(jìn)一步的，還包括安裝于自來水組、冷凍水組與冷卻水組的溫度監(jiān)控裝置以及與溫度監(jiān)控裝置連接的控制系統(tǒng)。

一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收方法，具體包括以下步驟：

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，則自來水經(jīng)過第一板式換熱器與冷卻水組回水進(jìn)行換熱，將冷卻水組冷凝熱換出；當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，則自來水組先進(jìn)行數(shù)據(jù)中心冷卻后進(jìn)入第二板式換熱器與冷卻水組回水換熱，將冷凝熱換出；當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，關(guān)閉冷卻水組及冷凍水組，采用自來水組進(jìn)行數(shù)據(jù)中心冷卻。

進(jìn)一步的，當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，關(guān)閉第二閥門、第四閥門、第五閥門，開啟第一閥門、第三閥門、第六閥門，自來水水泵工作，冷凍水水泵工作，冷卻水水泵工作，冷水機(jī)組工作，冷凍水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，冷卻水組通過冷水機(jī)組對冷凍水組降溫后回水進(jìn)行熱交換后，冷卻水組回水與自來水組經(jīng)過第一進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出后利用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門、第三閥門、第六閥門，關(guān)閉第一閥門、第四閥門、第五閥門，自來水水泵工作，冷凍水水泵工作，冷卻水水泵工作，冷水機(jī)組工作，自來水組首先對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫后冷卻水組進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出后利用；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門、第四閥門，關(guān)閉第一閥門、第三閥門，關(guān)閉冷凍水組和冷卻水組，通過自來水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫。

進(jìn)一步的，具體包括以下步驟：

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，關(guān)閉第二閥門、第四閥門、第五閥門，開啟第一閥門、第三閥門、第六閥門，自來水水泵工作，冷凍水水泵工作，冷卻水水泵工作，冷水機(jī)組工作，冷凍水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，冷卻水組通過冷水機(jī)組對冷凍水組降溫后回水進(jìn)行熱交換后，冷卻水組回水與自來水組經(jīng)過第一進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門、第三閥門、第六閥門、第八閥門、第九閥門，關(guān)閉第一閥門、第四閥門、第五閥門、第七閥門、第十閥門，自來水水泵工作，冷凍水水泵工作，冷卻水水泵工作，冷水機(jī)組工作，自來水組首先對冷凍水組回水進(jìn)行冷卻降溫后再與冷卻水組進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門、第四閥門、第十閥門、第八閥門，關(guān)閉第一閥門、第三閥門、第七閥門、第九閥門，關(guān)閉冷卻水組，通過自來水組對冷凍水組回水進(jìn)行冷卻降溫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)及方法，通過冷凍水組進(jìn)行數(shù)據(jù)中心降溫處理，采用自來水組輔助冷凍水組進(jìn)行數(shù)據(jù)中心冷卻降溫，依據(jù)自來水溫度及冷凍水、冷卻水供回水水溫，采用冷凍水組與自來水組兩者交替的冷卻方式進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的冷卻降溫，充分利用了自來水自身溫度用以降低數(shù)據(jù)中心制冷能耗和制備生活熱水能耗，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的，在冷凍水組回水回路上通過冷卻水組冷卻，冷卻水組熱交換后通過自來水組二次冷卻，充分利用自來水組進(jìn)行降溫以及余熱回收，對冷卻后自來水進(jìn)行熱量回收，實(shí)現(xiàn)能源再利用，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。自來水不承擔(dān)冷負(fù)荷時，自來水完全回收冷凝熱，獲得大量的較高溫度的熱水。自來水承擔(dān)全部冷負(fù)荷時，可完全節(jié)約冷凍水組的運(yùn)行能耗，并提高自來水溫度，自來水承擔(dān)部分冷負(fù)荷時，可節(jié)約部分冷凍水組的運(yùn)行能耗，并提高自來水溫度，自來水直接進(jìn)入空調(diào)末端消除數(shù)據(jù)中心余熱，減少了因中間通過換熱器換熱而產(chǎn)生的能源品位損失。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、自來水水泵；2、冷凍水水泵；3、冷卻水水泵；4、第二板式熱換器；5、第一板式熱換器；7、冷水機(jī)組；8、第一閥門；9、第二閥門；10、第四閥門；11、第三閥門；12、第八閥門；13、第七閥門；14、第六閥門；15、第五閥門；16、第十閥門；17、第九閥門；18、自來水組；19、冷凍水組；20、冷卻水組。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示，一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收系統(tǒng)，包括自來水組18、用于數(shù)據(jù)中冷卻的冷凍水組19以及用于冷凍水組冷卻的冷卻水組20，其中冷凍水組19與冷卻水組20通過冷水機(jī)組7進(jìn)行冷熱交換，冷卻水組20與自來水組18通過第一板式熱換器5進(jìn)行冷熱交換；

自來水組18管路上設(shè)有用于數(shù)據(jù)中心冷卻的第一自來水旁支管路以及用于與冷卻水組進(jìn)行冷熱交換的第二自來水旁支管路，與第一自來水旁支管路并聯(lián)的自來水組管路段和第一自來水旁支管路上分別設(shè)有第一閥門8和第二閥門9，與第二自來水旁支管路并聯(lián)的自來水組管路段和第二自來水旁支管路上分別設(shè)有第三閥門10和第四閥門11，

冷卻水組20管路上設(shè)有用于與自來水組18進(jìn)行冷熱交換的冷卻水旁支管路，與冷卻水旁支管路并聯(lián)的冷卻水組管路段和冷卻水旁支管路上分別設(shè)有第五閥門15和第六閥門14；

如圖2所示，其中冷凍水組19管路上設(shè)有用于與自來水組進(jìn)行冷熱交換的冷凍旁支管路，冷凍水組19與自來水組20通過第二板式熱換器4進(jìn)行熱交換；與冷凍旁支管路并聯(lián)的冷凍水組管路段和冷凍旁支管路上分別設(shè)有第七閥門13和第八閥門12，冷凍水組管路上與冷水機(jī)組7并聯(lián)部分設(shè)有截留管路，冷凍水組19管路上與冷水機(jī)組7并聯(lián)部分和截留管路上分別設(shè)有第九閥門17和第十閥門16；

自來水組18、冷凍水組19管路上和冷卻水組20管路上分別設(shè)有自來水水泵1、冷凍水水泵2和冷卻水水泵3，分別為自來水組、冷凍水組與冷卻水組的動力來源；其中上述所有水泵以及閥門均為與控制系統(tǒng)連接的自動控制水泵和自動控制閥門，其中自來水組、冷凍水組與冷卻水組均安裝有溫度監(jiān)控裝置,控制系統(tǒng)用于溫度監(jiān)控以及控制各回路閥門開啟與關(guān)閉。

一種數(shù)據(jù)中心利用自來水冷卻與余熱回收方法，具體包括以下步驟：

自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，則自來水經(jīng)過第一板式換熱器與冷卻水組回水進(jìn)行換熱，將冷卻水組冷凝熱換出后利用，自來水不承擔(dān)冷負(fù)荷；當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，則自來水組先進(jìn)行數(shù)據(jù)中心冷卻后進(jìn)入第二板式換熱器與冷卻水組回水換熱，將冷凝熱換出后利用，自來水承擔(dān)部分冷負(fù)荷；當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，關(guān)閉冷卻水組及冷凍水組，采用自來水組進(jìn)行數(shù)據(jù)中心冷卻，進(jìn)行余熱回收，自來水承擔(dān)全部冷負(fù)荷，對于自來水組冷卻后自來水進(jìn)行余熱回收利用。

具體的，當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，關(guān)閉第二閥門9、第四閥門10、第五閥門15，開啟第一閥門8、第三閥門11、第六閥門14，自來水水泵1工作，冷凍水水泵2工作，冷卻水水泵3工作，冷水機(jī)組7工作，冷凍水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，冷卻水組通過冷水機(jī)組對冷凍水組降溫后回水進(jìn)行熱交換后，冷卻水組回水與自來水組經(jīng)過第一進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出后利用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門9、第三閥門11、第六閥門14，關(guān)閉第一閥門8、第四閥門10、第五閥門15，自來水水泵1工作，冷凍水水泵2工作，冷卻水水泵3工作，冷水機(jī)組7工作，自來水組首先對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫后冷卻水組進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出后利用；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門9、第四閥門10，關(guān)閉第一閥門8、第三閥門11，關(guān)閉冷凍水組和冷卻水組，通過自來水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫。

當(dāng)冷凍水組管路與自來水組通過第二板式熱換器進(jìn)行熱交換時，

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫高于冷凍水組回水水溫時，關(guān)閉第二閥門9、第四閥門10、第五閥門15，開啟第一閥門8、第三閥門11、第六閥門14，自來水水泵1工作，冷凍水水泵2工作，冷卻水水泵3工作，冷水機(jī)組7工作，冷凍水組對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻降溫，冷卻水組通過冷水機(jī)組對冷凍水組降溫后回水進(jìn)行熱交換后，冷卻水組回水與自來水組經(jīng)過第一進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻降溫；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組回水水溫時并高于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門9、第三閥門11、第六閥門14、第八閥門12、第九閥門17，關(guān)閉第一閥門8、第四閥門10、第五閥門15、第七閥門13、第十閥門16，自來水水泵1工作，冷凍水水泵2工作，冷卻水水泵3工作，冷水機(jī)組7工作，自來水組首先對冷凍水組回水進(jìn)行冷卻降溫后再與冷卻水組進(jìn)行熱交換，將冷凝熱換出；

當(dāng)自來水組進(jìn)水水溫低于冷凍水組供水水溫時，開啟第二閥門9、第四閥門10、第十閥門16、第八閥門12，關(guān)閉第一閥門8、第三閥門11、第七閥門13、第九閥門17，關(guān)閉冷卻水組，通過自來水組對冷凍水組回水進(jìn)行冷卻降溫，承擔(dān)全部冷負(fù)荷。