[发明专利]一种节能数据中心制冷复合系统及方法

说明书

本发明公开了一种节能数据中心制冷复合系统及方法，包括由太阳能供能的双喷射式制冷循环、由电供能的蒸汽压缩式制冷循环和自动手动切换系统。本发明采用双喷射式+蒸汽压缩式制冷的复合系统，可避开大部分的平、高时段的高额冷却系统用电费用，并在无太阳能时使用低谷时段的廉价电量运行蒸汽压缩式制冷循环带动制冷系统工作。本系统支持双喷射式制冷循环与蒸汽压缩式制冷循环的自动及手动切换和联合运行，可在太阳能消失时进行双喷射式制冷循环与蒸汽压缩式制冷循环的自动切换，同时可以在高负荷情况下单太阳能供能的双喷射式制冷循环冷却能力不足时自动启动蒸汽压缩式制冷循环，双喷射式制冷循环与联合运行为服务器冷却。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种数据中心制冷复合系统及方法。

背景技术

随着计算机云计算、智能制造、大数据技术在近些年的迅猛发展部，数据中心成为推动社会进步必不可少的基础设施之一。目前，数据中心正朝着集中化、大型化发展，降低能耗、节约成本成为数据中心崛起中亟待解决的问题之一。

随着数据中心规模的不断增加，数据中心带来的全球能源消耗急剧增加，其高能耗问题引发产业界的高度重视。目前，全球在运行的300万个数据中心耗电量占全球总耗电量的1.1％～1.5％。

数据中心空调制冷系统耗能占比巨大，冷却系统能耗占数据中心机房总能耗的44％，是降低数据中心耗能的关键。日前，我国数据中心机架数从2016年的124.4万个增加到2019年的315万个，三年增154％，其中超大型数据中心占比从11.3％增加到37.4％。预计2030年数据中心耗电量是2020年的5.1倍。

中国工程院院士、中国工程院原副院长邬贺铨在我国首届数字碳中和高峰论坛上讲到，要实施数据中心绿色低碳运行方式，就需要做到：叠加光伏、综合供能、高效致冷、余热循环利用等。

目前大多数数据中心依然采用空调风冷或者水冷式液冷方案对服务器进行冷却，空调风冷不仅耗电量大，且冷却效果有限，而水冷式液冷解决方案不但结构复杂、造价昂贵，而且众多管路接口的泄漏问题也是影响系统长期运行可靠性的关键隐患之一。而目前兴起的两相式浸没冷却系统正逐渐成为未来服务器数据中心冷却的主流冷却方式之一，在两相式浸没冷却系统中服务器系统部件不需额外密封，可直接运行在液体环境中,可以通过液体的自然对流来均匀各部位温度，并通过液体相变的巨大潜热降低系统部件温度，是目前服务器冷却系统中最具优势的冷却系统之一。

目前存在多种浸没式制冷系统备选循环，例如溴化锂吸收式制冷、压缩式制冷以及传统的单级喷射制冷等制冷系统，虽然这些系统在日常生产生活中已经得到广泛的应用，但他们都存在着一定的弊端与不足。

蒸汽压缩式制冷循环是最经典的制冷循环，是目前发展最为成熟，应用最为广泛的制冷循环，但蒸汽压缩式制冷循环必须采用电力为制冷循环中的泵进行供能。

传统的单喷射制冷系统结构紧凑，占用空间小，能够利用太阳能或工厂余热等低温热源，但其制冷系数偏低和经济性较差的缺陷，且仍然需要电力为循环中的泵供能，限制了其进一步推广和发展。

专利CN101818965A提出了一种新式的双喷射制冷系统，其在继承单喷射制冷系统的优势的同时，采用汽-液喷射器代替了循环中的机械泵，同时解决了喷射制冷系统效率偏低和需要电力为泵供能的问题。该系统利用从发生器出来的高温高压工质通过气―液喷射器引射冷凝器中的液体，从而替代了机械泵，系统成为不需要任何电能的被动系统，除太阳能外无其他能源输入，实现了零外动力损耗，无任何运动部件，无噪声污染。

电能无法大规模存储，生产与消费需要实时平衡，不同用电时段所耗用的电力资源不同，供电成本差异很大。分时电价机制是基于电能时间价值设计的，是引导电力用户削峰填谷、保障电力系统安全稳定经济运行的一项重要机制安排，例如河南电网全年峰谷时段按每日24小时分为高峰、平段、低谷三段各8小时，其中，高峰时段为10至14时和17至21时，低谷时段为23时至次日7时，其余时段为平段。