[发明专利]一种计算机房制冷-热泵联合运行系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机房制冷-热泵联合运行的废热综合利用系统。该系统为一蒸汽压缩制冷-致热循环模式，该模式中的蒸发器吸收机房排热，产冷空气对机房降温，水冷冷凝侧可产生活、供暖用热水并可辅助风冷冷凝器散热保障制冷系统正常工作；在热水需求减少或无需求时，风冷冷凝器再向大气环境排放。

背景技术

计算机房周年不间断运行，运行中服务器等设备向机房放热，目前机房发热元件热流密度已高达10₅w/m₂，而且有继续快速攀升的趋势。必须对机房进行良好控温(主要是降温)，否则数据处理系统出现烧毁、运转失灵。数据中心在运行中产生大量废热，这些废热目前大多通过空冷型蒸汽压缩制冷循环向室外环境排放，计算机房单位建筑面积产热量目前已达到单位平方米产生350-650w甚至更多的热量，基本排向大气没有加以利用，文献(Juan Abanto.etal，Air flow modeling in a computer room.Building and Environment 39(2004)1393-1402)等对机房热负荷进行了描述。

目前机房空调蒸汽压缩制冷系统多采用如图1循环模式(以下内容涉及制冷循环均以R22压焓图为背景图为例描述)，其结构组成主要为：A-B过程曲线为压缩机1的工作过程，B-C曲线为风冷冷凝器3的工作过程，C-D曲线为热膨胀阀的工作过程，D-A曲线为蒸发器4的工作过程，系统设备通常还包括干燥器，汽液分离器(分流器或分流管)，压力控制传感器，液镜，针阀等各类辅助配件。

也有一些改进型制冷热泵装置，如专利1(Yamazaki et al，Room-warming/cooling and hot-water supplying heat-pump apparatus.United States Patent 4,592,206，June 3，1986)描述了室内加热、制冷和热水供应热泵装置；专利2(Take et al，Refrigeration system，compressingand heat-releasing apparatus and heat-releasing device，United StatesPatent，7,690,217，April 6，2010)提及一种制冷系统、压缩和散热元件与装置；专利3(Weng，et al.Apparatus for making hot-water by airconditioner/heater()，United States Patent  6,357,245，March 19，2002)涉及一种利用空调制热水装置。上述专利提及制冷系统元件及热水利用元件，但针对计算机房制冷系统周年运行，热利用模式及制冷安全保障，没有文献提及。

如上述传统机房空调模式运行时，夏天空冷型制冷机的放热侧(风冷冷凝器)周围环境温度可高达50℃，导致小环境的过热，造成局部热污染；而机房废热在直接向环境排放的同时，机房的邻近建筑需要生活热水，在冬季需要供暖，目前多采用额外的锅炉供暖或其他独立的热泵式制热空调系统供暖，几乎没有对机房的废热加以综合利用。这是极大的浪费。

将机房废热综合利用既严格保障机房降温目标，又将废热(可产生35-50℃热水)利用来生产生活用热水及冬季供暖，在当今节能型社会将有积极意义。对机房及其邻近房屋的用能综合考虑，可以实现在满足计算机房的恒温环境要求，运行费用降到目前技术条件下的极低。

发明内容

本发明的目的是要提供一种计算机房制冷-热泵联合运行系统。它既有制冷降温的功能，又有热量利用与安全平衡保护功能；其热量利用系统提供生产生活与供暖用热水；在热负荷需求减少或没有的情况下，现有风冷冷凝器正常工作排热对高温冷凝散热波动起平衡作用；热量利用系统停用时，安全平衡保护系统辅助风冷冷凝器工作保障制冷降温的首要目标；安全平衡保护系统保障制冷循环的安全可靠运行散热并使制冷系统避免出现高温高压保护停机的危险。

为了达到本发明所阐述的目的，计算机房用制冷-热泵联合运行系统采用技术包括：

系统包括如图2所述的现有的压缩机1，风冷冷凝器3，蒸发器4，热膨胀阀及控制器17、汽液分离器18，上述发明的特征在于：在压缩机1与风冷冷凝器3之间串联一个热量利用与安全平衡保护系统，系统包括水冷冷凝器2和水泵11，其中热量利用系统包括储热水罐7及与之串联的电动阀8和供暖系统9与之串联的电动阀10，热水利用变频衡压泵19；安全平衡保护系统包括热交换器5，与之串联的电动阀6。