CN211977127U - 一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统，包括机柜和蒸发器，所述各个蒸发器通过管道向上分别与集气器连接，所述集气器的上端通过第一电动阀及管道与冷凝器连接，所述集气器还通过第二电动阀和管道与辐射制冷模块组相连，所述冷凝器的上方设有冷凝器风机，所述辐射制冷模块组与储液器连接，所述蒸发器、冷凝器和辐射制冷模块的出口处均设有温度传感器，各个温度传感器分别与PLC控制模块相连。本实用新型的优点：加入辐射制冷模块后，系统的工况范围拓宽，制冷能力强；通过PLC控制系统可对设备的不同工况进行控制和监控，系统发生异常时也可对系统进行检修。

Description

一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统

技术领域

本实用新型属于节能技术领域，尤其涉及一种应用于通信机房及信息中心机房散热的基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统。

背景技术

近些年我国通信及数字化产业迅猛发展，数据机房数量及能耗迅速增长。数据机房是耗能大户，在能耗评价指标中有个PUE的概念，即PUE＝数据中心总能耗/IT设备能耗，除去IT设备能耗，多出来的能耗很大一部分消耗在IT设备散热中。

为了节约散热能耗，行业内现已将热管技术应用于机房散热方面，热管作为一种热的“超导体”，散热效率非常理想；但是当外界温度越高热管空调散热能力就越差，当室外温度低于室内温度差值小于5℃时，就可能无法工作，需开启机械制冷。

常温物体表面热辐射波长通常集中在8～13μm，大气对此波段电磁波透过率较高；太空温度接近绝对零度，是天然的辐射冷源；白天太阳光线波长集中在0.4～4μm。在辐射体表面涂一层选择性涂层，涂层在8～13μm波长的光谱发射率较高，对其它波段电磁波吸收率很低。物体表面可以尽可能多的向天空辐射热量，而很少吸收阳光的热量。在不断向天空辐射热量的过程中实现降温，即为天空辐射制冷原理。

在授权公告号为“CN208779764U”的中国专利中，公布了一种带储液罐的热管空调系统。该系统蒸发器安装在服务器机柜后门板外侧的热出口处，蒸发器加风机引流热空气，蒸发后的其态制冷剂工质在室外冷凝器中散热，冷凝后在重力作用下流入储液罐，液体工质再回流到蒸发器制冷，循环往复。该方案存在如下缺点：1、在室外温度高于室内以及在室外温度低于室内，但温差较小时，热管无法继续工作；2、工质风冷冷凝，工质过冷度小，单位质量制冷剂制冷量相对较小；3、装置无法对白天日照进行反射，不能减少建筑由于光照造成的制冷负荷。

发明内容

针对上述现有技术，本实用新型新型要解决的技术问题是提供一种能够拓宽传统热管空调的工况范围，并减少屋顶建筑的制冷负荷的数据机房热管空调系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统，包括设置在机房中各机柜出风口处的蒸发器、集气器、冷凝器和辐射制冷模块组，所述各个蒸发器通过管道向上与集气器连接，所述集气器的上端通过第一电动阀及管道与冷凝器连接，所述集气器还通过第二电动阀和管道与辐射制冷模块组相连；所述冷凝器的上方设有冷凝器风机，所述辐射制冷模块组与储液器连接；所述蒸发器、集气器、冷凝器、辐射制冷模块组、储液器、第一电动阀、第二电动阀通过管路连接为一个密闭的循环系统；所述蒸发器出口处设有第一温度传感器，所述风冷冷凝器的出口处设有第二温度传感器，所述辐射制冷模块出口处设有第三温度传感器，上述温度传感器分别与PLC控制模块连接，所述PLC控制模块还分别与设置在机房内、外的室内第四温度传感器、室外第五温度传感器相连接。

所述辐射制冷模块组包括保温边框、制冷工质管、全透明盖板和辐射板，所述保温边框的顶面设有开口，开口内镶嵌有全透明盖板，所述制冷工质管从保温边框的一侧伸入、呈S型均布在保温边框内并从另一侧伸出，所述制冷工质管与保温边框的底面之间设有辐射板，制冷工质管与辐射板钎焊连接形成面接触。

所述辐射板上表面镀有光谱选择性薄膜。

所述储液器的高度高于各个蒸发器的最高点，低于集气器的高度。

所述辐射制冷模块组为倾斜安装，辐射制冷模块组与冷凝器连接的一端高于辐射制冷模块组与储液器连接的一端。

所述PLC控制模块的输出端与显示器相连。

本发明的有益效果如下：

(1)采用辐射制冷，在室外环境温度高于室内时，辐射模块表面温度仍会低于室内，热管内制冷工质流到辐射模块内部即可获得冷量冷凝；与传统的风冷热管相比，工况范围拓宽，原本无法工作的条件下，设备仍能进行工作；

(2)在室外环境温度较低时，风冷散热能力可以实现工质冷凝的条件下，工质流入辐射制冷模块，能过获得更大的过冷度，制冷能力更强。

(3)辐射制冷模块表面对太阳光的吸收率极低，有阳光照射时，太阳辐射所在波段的大部分电磁波被反射，把辐射制冷模块安装在屋顶时，原本照射在屋顶被屋顶表面吸收的能量得到避免；对于建筑而言，自身的热量减少，机房内空调制冷负荷也相对减少。

(4)采用PLC控制系统监控各个部件出口处的温度，可对比计算出冷凝器、辐射制冷模块组的散热情况和辐射制冷模块中工质的过冷情况，如发生异常可对系统进行检修。

附图说明

图1为本实用新型的数据机房热管空调系统的结构示意图；

图2为辐射制冷模块组的结构示意图；

图3为图2的A-A剖面图。

其中，1-机柜；2-蒸发器；3-集气器；4-冷凝器；5-辐射制冷模块组；6-储液器；7-PLC控制模块；8-第一温度传感器；9-第二温度传感器；10-第三温度传感器；11-第四温度传感器；12-第五温度传感器；13-第一电动阀；14-第二电动阀；15-显示器；16-冷凝器风机；17-制冷工质管；18-保温边框；19-全透明盖板；20-辐射板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统，包括设置在机房中各机柜1出风口处的蒸发器2、集气器3、冷凝器4、辐射制冷模块组5和储液器6，所述各个蒸发器2通过管道向上与集气器3连接，所述集气器3的上端通过第一电动阀13及管道与冷凝器4连接，所述集气器3还通过第二电动阀14和管道与辐射制冷模块组5相连，所述辐射制冷模块组5与储液器6连接，所述蒸发器2、集气器3、冷凝器4、辐射制冷模块组5、储液器6、第一电动阀13、第二电动阀14通过管路连接为一个密闭的循环系统；所述各个蒸发器2与集气器3连接，用以汇集各支路蒸汽，在安装方位上，蒸发器2竖直安装，制冷剂由下向上流；集气器3高度应高于各个蒸发器2最高点，以保证蒸汽正常上升凝聚；储液器6高度应高于各个蒸发器2最高点，以保证液态制冷剂能在重力作用下流入各支路蒸发器内；储液器6高度应低于集气器3，避免制冷剂蒸发产生气泡，使制冷剂进入集气器3；风冷冷凝器4安装位置最高，冷凝器4排管内制冷剂从上至下折流，保证制冷剂液体能在重力作用下流动，避免回流；风冷冷凝器4安装在屋顶，制冷剂出口高度应高于辐射制冷模块组5；辐射制冷模块组5倾斜安装，保证制冷剂液体在辐射制冷模块组5内也为从上至下折流，利用重力作用，避免液体在辐射制冷模块组5内堆积；辐射制冷模块组5表面坡度不应太大，避免周围建筑物的热辐射干扰；储液器6高度应在辐射制冷模块组5最低点之下，上述空间布置能充分利用重力作用，保证制冷剂能自然循环，无需辅助动力。

所述辐射制冷模块组包括制冷工质管17、保温边框18、全透明盖板19、辐射板20，所述保温边框18的顶面设有开口，开口内镶嵌有全透明盖板19，所述制冷工质管17从保温边框18的一侧伸入、呈S型均布在保温边框18内并从另一侧伸出，所述制冷工质管17与保温边框18的底面之间设有辐射板20，制冷工质管17与辐射板20钎焊连接形成面接触，辐射板20与制冷工质管17外壁贴合，接触面积更大，传热效果好；全透明盖板19对全波段辐射透过率均良好，对辐射板20表面起保护作用；辐射板20上表面镀有光谱选择性薄膜，对8～13μm波段的辐射发射率很高，对8～13μm波段以外的辐射反射能力很强；常温物体表面辐射光谱波长集中在8～13μm范围内，天空辐射光谱波长集中在8～13μm以外，接受与发射能量差，造成辐射板20温度降低；辐射板20与制冷工质管17接触，不断从管内吸收热量，致使管内工质冷凝；保温边框18可阻止辐射获取的冷量外漏。

实施例：

机柜1为室内热源，机柜1出风口热空气被后方蒸发器风机引流，与蒸发器2表面对流换热，空气温度降低，蒸发器2管内工质蒸发，冷凝侧蒸汽冷凝压力减小，蒸发器2侧蒸汽在压力差推动下上升，汇集在集气器3，然后上升至冷凝侧；冷凝侧流道根据工况条件变化有所不同，流道的变化由第一电动阀13、第二电动阀14的开闭状态决定；冷凝侧冷凝的制冷剂液体受重力作用流入到储液器6，储液器6内液体受重力作用再流入蒸发器2，循环往复，同时，辐射制冷模块组5铺设在屋顶，模块表面对阳光反射率较大，减少了屋顶的太阳辐射热量，被动的减小了建筑的制冷负荷。

本实用新型的运行工况：

系统包含一套电动阀门控制系统与监控装置。围绕着PLC控制模块7，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器作为信号输入端，分别获取蒸发器出口蒸汽温度T1、风冷冷凝器出口温度T2、辐射制冷模块出口液体温度T3、室内侧温度T4、室外侧环境温度T5，第一电动阀13、第二电动阀14、冷凝器风机16作为执行部件对流道进行控制，监控基本逻辑为：

当T4>T5时，第一电动阀13开启、第二电动阀14关闭，制冷剂先在冷凝器4中散热，然后进入辐射制冷模块组5中辐射散热。

当T4≤T5，第一电动阀13关闭、第二电动阀14开启，冷凝器风机16停止运行，制冷剂只流过辐射制冷模块，辐射散热。

控制系统可对T1到T5的温度进行监控，并显示在显示器15上，可对比计算出风冷冷凝器4、辐射制冷模块组5的散热情况以及辐射制冷模块中工质的过冷情况，如发生异常可对系统进行检修。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种基于对流传热和天空辐射的数据机房热管空调系统，其特征在于，包括设置在机房中各机柜(1)出风口处的蒸发器(2)、集气器(3)、冷凝器(4)和辐射制冷模块组(5)，所述各个蒸发器(2)通过管道向上与集气器(3)连接，所述集气器(3)的上端通过第一电动阀(13)及管道与冷凝器(4)连接，所述集气器(3)还通过第二电动阀(14)和管道与辐射制冷模块组(5)相连；所述冷凝器(4)的上方设有冷凝器风机(16)，所述辐射制冷模块组(5)与储液器(6)连接；所述蒸发器(2)、集气器(3)、冷凝器(4)、辐射制冷模块组(5)、储液器(6)、第一电动阀(13)、第二电动阀(14)通过管路连接为一个密闭的循环系统；所述蒸发器(2)出口处设有第一温度传感器(8)，所述风冷冷凝器(4)的出口处设有第二温度传感器(9)，所述辐射制冷模块出口处设有第三温度传感器(10)，上述温度传感器分别与PLC控制模块(7)连接，所述PLC控制模块(7)还分别与设置在机房内、外的室内第四温度传感器(11)、室外第五温度传感器(12)相连接。

2.根据权利要求1所述的数据机房热管空调系统，其特征在于，所述辐射制冷模块组(5)包括保温边框(18)、制冷工质管(17)、全透明盖板(19)和辐射板(20)，所述保温边框(18)的顶面设有开口，开口内镶嵌有全透明盖板(19)，所述制冷工质管(17)从保温边框(18)的一侧伸入、呈S型均布在保温边框(18)内并从另一侧伸出，所述制冷工质管(17)与保温边框(18)的底面之间设有辐射板(20)，制冷工质管(17)与辐射板(20)钎焊连接形成面接触。

3.根据权利要求2所述的数据机房热管空调系统，其特征在于，所述辐射板(20)上表面镀有光谱选择性薄膜。

4.根据权利要求1所述的数据机房热管空调系统，其特征在于，所述储液器(6)的高度需高于各个蒸发器(2)的最高点，且低于集气器(3)的高度。

5.根据权利要求1所述的数据机房热管空调系统，其特征在于，所述辐射制冷模块组(5)为倾斜安装，辐射制冷模块组(5)与冷凝器(4)连接的一端高于辐射制冷模块组(5)与储液器(6)连接的一端。

6.根据权利要求1所述的数据机房热管空调系统，其特征在于，所述PLC控制模块(7)的输出端与显示器(15)相连。

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