基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，涉及一种基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统。

背景技术

在我国新基建的推动下，为顺应全世界数据化的大趋势，实施我国“互联网+”的行动计划，国内各行各业的计算量和数据存储量正呈现指数型增长之势。数据中心作为互联网应用的基础设施迎来新的机遇与挑战。数据存储、计算和应用集中化己是大势所趋，应运而生的数据中心以前所未有的速度发展，其能耗也越来越不容忽视。在数据中心的能耗构成中，空调系统的能耗占数据中心总能耗的30％～50％，因此空调系统是当前数据中心提高能源效率的重点环节。现有的数据中心基本上为机械制冷或者单一制冷，系统运行成本高，制冷性能的不稳定性。

太阳能、干空气能均是自然界中的可再生能源，光伏发电是利用半导体的“光生伏特效应”将太阳辐射能直接转换成电能。蒸发冷却技术是利用水蒸发吸热制冷的绿色节能技术，以水作为制冷剂，通过空气和水直接或间接的接触进行空气与水的热湿交换，制取冷风或冷水，而蓄冷系统具有削峰填谷的功能，作为数据中心高效稳定运行不可或缺的重要组成部分。将太阳能光伏、蓄冷和蒸发冷却的有机的结合，更加迎合数据中心和国家绿色环保可持续的发展政策。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统，将将太阳能光伏、蓄冷和蒸发冷却的有机的结合，系统运行成本低，节能可靠。

本发明所采用的技术方案是，基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统，包括蒸发冷却冷水机组、在数据机房内设置的板式换热器、在数据机房上方设置有室内风机盘管、服务器机柜背板上设置有循环液管盘及蓄冷罐，蒸发冷却冷水机组通过导线电连接有太阳能光伏发电装置，蒸发冷却冷水机组通过管道分别和蓄冷罐、室内风机盘管、板式换热器连接并形成循环回路，换热器和循环液管盘通过管道连接并形成循环回路，蓄冷罐还分别和室内风机盘管及板式换热器通过管道连接并形成循环回路。

本发明的特征还在于，

蒸发冷却冷水机组包括机组壳体，机组壳体内形成呈上下分布的上风道和下风道，上风道对应的机组壳体两侧壁上均设置有出风口，上风道对应的机组壳体两侧壁上均设置有进风口，机组壳体中间设置有直接蒸发冷却单元，直接蒸发冷却单元两侧朝向设置进风口的机组壳体侧壁方向依次呈对称设置有立管间接蒸发冷却单元和半导体制冷片，半导体制冷片的冷端位于下风道内，半导体制冷片的热端位于上风道内，半导体制冷片、直接蒸发冷却单元和立管间接蒸发冷却单元通过导线电连接有太阳能光伏发电装置，直接蒸发冷却单元通过管道分别和蓄冷罐、室内风机盘管、板式换热器连接并形成循环回路。

直接蒸发冷却单元包括设置在机组壳体中间的填料，填料下方设置有蓄水箱c，蓄水箱c内设置有浮球阀c，填料上方由下到上依次设置有布水装置c、乙二醇盘管、挡水板c、排风机c及排风口c，排风口c位于上风道内，布水装置c通过供水管c连接有机组回水管，蓄水箱c连接有机组供水管，机组供水管和机组回水管另一端分别通过管道分别和蓄冷罐、室内风机盘管、板式换热器连接并形成循环回路。

供水管c上设置有闸阀c。

立管间接蒸发冷却单元包括设置在下风道内的立管式换热器，立管式换热器下方设置有蓄水箱a，立管式换热器上方由下到上依次设置有布水装置a、挡水板a、排风机a及排风口a，排风口a位于上风道内，布水装置a和蓄水箱a通过供水管a连接，蓄水箱a内还设置有浮球阀，供水管a上还设置有循环水泵a，立管式换热器和蓄水箱a之间对应的机组壳体侧壁上还设置有二次空气进风口。

供水管a上设置有闸阀。

太阳能光伏发电装置与半导体制冷片通过导线连接有光伏控制器，光伏控制器通过导线分别连接有光伏板、蓄电池及逆变器，逆变器通过导线分别连接排风机a、排风机c及循环水泵a。

出风口处设置有离心式风机，离心式风机通过导线连接逆变器。

半导体制冷片下方设置有导流叶片，导流叶片朝向立管间接蒸发冷却单元导流，进风口处设置有粗效过滤器。

机组供水管上设置有三通调节阀a，蓄水箱c内的冷却水依次经机组供水管和三通调节阀a后分流为管道G1和管道G2，管道G1连接蓄冷罐，管道G2连接有三通调节阀c后分为管道G3和管道G4，管道G3连接室内风机盘管，管道G4连接换热器，室内风机盘管和换热器还分别通过管道G5和管道G6合并后连接有三通调节阀d，三通调节阀d通过分别管道G7和G8连接蓄冷罐和三通调节阀b，三通调节阀b通过管道G9连接蓄冷罐，三通调节阀b还连接机组回水管，换热器分别通过管道G10和管道G11和循环液管盘连接形成循环回路。

本发明的有益效果是

(1)本发明的蒸发冷却空调系统，运行模式多样化，直接-间接蒸发冷却、乙二醇自然冷却、太阳能光伏和蓄冷等多种冷热源方式，提高蒸发冷却空调系统制冷性能的稳定性，系统运行成本低，节能可靠，安全稳定。

(2)本发明的蒸发冷却空调系统，设置了乙二醇盘管，在寒冷地区冬季可以切换成乙二醇自然冷却模式，避免冬季水管结冰问题。

(3)本发明的蒸发冷却空调系统，采用太阳能光伏蓄电系统驱动半导体片制冷和冷水机组运行，此外，太阳能光伏发电为直流电，不需要使用交流逆变器转变为交流电就可以直接驱动半导体制冷，没有电能的转换损失，更加清洁环保。与此同时系统还设置有蓄电池组，可以满足系统夜间运行的稳定性，充分利用清洁能源太阳能降低系统运行能耗。

(4)本发明的蒸发冷却空调系统，蒸发冷却冷水机组中采用了半导体制冷给新风预冷，新风进入进组在半导体片的冷端预冷，机组的排风先经过半导体制冷片的热端，带走热端的热量后由排风口排出机组，实现能量的多级利用，有效提高机组效率。

(5)本发明的蒸发冷却空调系统，蒸发冷却冷水机组中填料采用组合式填料，该组合式填料分为两层布置，上层为方体材料，下层为“V”型填料，不仅增加了填料的体积和与空气的接触面积，同时有效的利用了机组下方的空间，在保证填料高度的前提下有效的降低机组的高度。

附图说明

图1是本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统的结构示意图；

图2是本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统中蒸发冷却冷水机组的结构示意图；

图3是本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统中立管间接蒸发冷却单元的结构示意图；

图4是本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统中太阳能光伏发电装置的结构示意图；

图5是本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统中半导体制冷片的结构示意图。

图中，1.进风口，2.粗效过滤器，3.半导体制冷片，4.导流叶片，5.供水管a，6.闸阀，7.浮球阀，8.循环水泵a，9.蓄水箱a，10.立管式换热器，11.闸阀c，12.供水管c，13.蓄水箱c，14.浮球阀c，15.填料，16.布水装置a，17.挡水板a，18.排风机a，19.排风口a，20.布水装置c，21.挡水板c，22.排风机c，23.排风口c，24.乙二醇盘管，25.离心式风机，26.出风口a，27.机组供水管，28.机组回水管，29.蓄冷罐，30.板式换热器，31.风机盘管，32.服务器机柜背板，33.服务器机柜背板循环液，34.太阳能光伏板，35.光伏逆变器，36.蓄电池，37.交流逆变器，38.机组壳体，39.三通调节阀a，40.三通调节阀c，41.三通调节阀d，42.三通调节阀b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于太阳能光伏与蓄冷结合的蒸发冷却空调系统，其结构如图1所示，包括蒸发冷却冷水机组、在数据机房内设置的板式换热器30、在数据机房上方设置有室内风机盘管31、服务器机柜背板32上设置有循环液管盘33及蓄冷罐29，蒸发冷却冷水机组通过导线电连接有太阳能光伏发电装置，蒸发冷却冷水机组通过管道分别和蓄冷罐29、室内风机盘管31、板式换热器30连接并形成循环回路，换热器30和循环液管盘33通过管道连接并形成循环回路，蓄冷罐29还分别和室内风机盘管31及板式换热器30通过管道连接并形成循环回路。

如图2所示，蒸发冷却冷水机组包括机组壳体38，机组壳体38内形成呈上下分布的上风道和下风道，上风道对应的机组壳体38两侧壁上均设置有出风口26，上风道对应的机组壳体38两侧壁上均设置有进风口1，机组壳体38中间设置有直接蒸发冷却单元，直接蒸发冷却单元两侧朝向设置进风口1的机组壳体38侧壁方向依次呈对称设置有立管间接蒸发冷却单元和半导体制冷片3，半导体制冷片3的冷端位于下风道内，半导体制冷片3的热端位于上风道内，半导体制冷片3、直接蒸发冷却单元和立管间接蒸发冷却单元通过导线电连接有太阳能光伏发电装置，直接蒸发冷却单元通过管道分别和蓄冷罐29、室内风机盘管31、板式换热器30连接并形成循环回路。

直接蒸发冷却单元包括设置在机组壳体38中间的填料15，填料15下方设置有蓄水箱c13，蓄水箱c13内设置有浮球阀c14，填料15上方由下到上依次设置有布水装置c20、乙二醇盘管24、挡水板c21、排风机c22及排风口c23，排风口c23位于上风道内，布水装置c20通过供水管c12连接有机组回水管28，蓄水箱c13连接有机组供水管27，机组供水管27和机组回水管28另一端分别通过管道分别和蓄冷罐29、室内风机盘管31、板式换热器30连接并形成循环回路，填料15为“V”型。

供水管c12上设置有闸阀c11。

如图3所示，立管间接蒸发冷却单元包括设置在下风道内的立管式换热器10，立管式换热器10下方设置有蓄水箱a9，立管式换热器10上方由下到上依次设置有布水装置a16、挡水板a17、排风机a18及排风口a19，排风口a19位于上风道内，布水装置a16和蓄水箱a9通过供水管a5连接，蓄水箱a9内还设置有浮球阀7，供水管a5上还设置有循环水泵a8，立管式换热器10和蓄水箱a9之间对应的机组壳体38侧壁上还设置有二次空气进风口。

供水管a5上设置有闸阀6。

如图4所示，太阳能光伏发电装置与半导体制冷片3通过导线连接有光伏控制器35，光伏控制器35通过导线分别连接有光伏板34、蓄电池36及逆变器37，逆变器37通过导线分别连接排风机a18、排风机c22及循环水泵a8。

出风口26处设置有离心式风机25，离心式风机25通过导线连接逆变器37。

如图5所示，半导体制冷片3下方设置有导流叶片4，导流叶片4朝向立管间接蒸发冷却单元导流，进风口1处设置有粗效过滤器2。

机组供水管27上设置有三通调节阀a39，蓄水箱c13内的冷却水依次经机组供水管27和三通调节阀a39后分流为管道G1和管道G2，管道G1连接蓄冷罐29，管道G2连接有三通调节阀c40后分为管道G3和管道G4，管道G3连接室内风机盘管31，管道G4连接换热器30，室内风机盘管31和换热器30还分别通过管道G5和管道G6合并后连接有三通调节阀d41，三通调节阀d41通过分别管道G7和G8连接蓄冷罐29和三通调节阀b42，三通调节阀b42通过管道G9连接蓄冷罐29，三通调节阀b42还连接机组回水管28，换热器30分别通过管道G10和管道G11和循环液管盘33连接形成循环回路。

本发明蒸发冷却空调系统的工作原理为：

蒸发冷却冷水机组产生的在蓄水箱c13内的冷水通过机组供水管27输配，在供水管27的三通调节阀a39处分为两部分，一部分储存在蓄冷罐29中，另一部分沿供水管继续向后输送经过三通调节阀c40之后再次分为两部分，一部分在板式换热器30中与服务器机柜背板循环液33进行换热，另一部分则被输送至室内风机盘管31内，对室内循环空气进行降温；

换热后的循环水由回水管28经过三通调节阀d41和三通调节阀b42回到冷水机组进行循环，同时蓄冷罐29中未被冷却的水也通过三通调节阀b42进入机组。

数据中心夜间和极端天气时，三通调节阀a和三通调节阀b关闭，蓄冷罐29中储存的冷水经过三通调节阀c和d进行供冷循环。

蒸发冷却冷水机组的工作原理为：

室外新风由下风道进风口1进入机组，经过粗效过滤器2过滤，在导流叶片4的导流作用下经过半导体制冷片3的冷端预冷，预冷后的新风进入立管间接蒸发冷却单元，此时新风分为两股气流，进入立管内的空气(二次空气)与管内壁的水进行直接蒸发冷却，预冷经过管外的空气(一次空气)，随后经过两级预冷的空气(一次空气)在直接蒸发冷却单元内与在填料15中的水进行热湿交换后经排风口c23排出。

机组产生的冷水分为三部分：一部分被输送至板式换热器30与服务器机柜背板循环管盘33进行换热；另一部分则被输送至室内风机盘管31内，对室内循环空气进行降温；最后多余的冷水通过三通调节阀被储存在蓄冷罐中，提供数据中心夜间和极端天气冷源的保证，吸收热量后的回水由机组回水管28送入机组布水装置c20中进行喷淋。

太阳能光伏系统：光伏板中半导体的“光生伏特效应”将太阳辐射能直接转换成电能，经过光伏控制器的调控一部分电能直接驱动半导体片进行制冷；另一部分则经过交流逆变器转换为交流电后驱动蒸发冷却冷水机组和输配系统；多余的电能储存在蓄电池中，提供数据中心夜间和极端天气中电源的保证。

当冬季室外干球温度低于3℃时，运行乙二醇自然冷却模式，为了防止机组冻裂，喷淋水系统停止工作，充分利用室外冷风冷却乙二醇盘管24内的乙二醇溶液，被冷却的乙二醇溶液通入板式换热器30与服务器机柜背板循环管盘33换热。