專利名稱：一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在計算機和數據處理機房中使用的單元式空氣調節系統，具體涉及一種具有空氣和土壤雙冷源型的定點送風式機房空調系統。
背景技術：
由于有大量的電子設備，計算機和數據處理機房常年需要空調系統為其冷卻降溫。目前，機房空調普遍采用單一的空氣源制冷系統，這種制冷系統能量消耗大并且效率較低，特別是夏季室外溫度較高時，此類系統制冷工況尤為惡劣；而單一的土壤源機房空調系統常年將熱量排向地埋管附近的土壤，長期的熱量積聚會造成土壤負荷不平衡，易引起埋管附近土壤溫度上升，影響系統的制冷性能。機房空調的送風方式主要為直接送風。這種送風方式冷量分散且無法到達所需冷卻的儀器設備，加之沿途損失較大，機房內的儀器設備受冷不均勻，空調系統的總體制冷效率較低。為了加速地下水流動增強地埋管換熱器的換熱效果，一種復合土壤源系統將地下水抽出后儲入蓄水池再通過地埋管鉆孔回灌，但抽出的水并沒有得到有效利用，更值得注意的是地下水從地埋管鉆孔回灌雖然加速地下水的流動，卻使地下水的流動方向受到限制。
發明內容針對現有機房空調系統制冷運行中存在的不足之處，本實用新型提供一種空氣土壤雙冷源型定點送風式機房空調系統，從而達到降低系統的能源消耗、增加系統的能源利用效率和保證機房空調設備全年穩定運行的目的。為了實現上述發明目的，本實用新型采取的技術方案為一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，包括機房空調室內送風單元、空氣源系統、兩組土壤源系統和加速地下水流動系統，室內送風單元包括蒸發器、表冷器和風管；空氣源系統和土壤源系統包括所述蒸發器、壓縮機、冷凝器、地埋管換熱器和膨脹閥，所述蒸發器和冷凝器各前置一塊表冷器；所述蒸發器連接壓縮機，所述壓縮機通過三通閥與冷凝器、一組地埋管換熱器連接，所述冷凝器和第二組地埋管換熱器通過另一個三通閥與膨脹閥連接，所述膨脹閥與所述蒸發器連接；加速地下水流動系統包括水泵、取水井、回灌井和相關管路，其中，一臺水泵與蒸發器的前置表冷器連接，另一臺水泵與冷凝器的前置表冷器連接。可在每臺設備的上部設置送風孔板，經孔板定點送風為每臺高溫設備提供一對一冷卻，保證每臺設備的均勻冷卻。制冷系統的空氣源系統與土壤源系統通過三通閥連接。冬季和過渡季節，自動控制系統自動控制三通閥，啟動空氣源系統；夏季，自動控制系統自動控制電磁閥和三通閥， 啟動空氣源系統、一組或兩組土壤源系統。[0010]當空氣源系統啟動時，制冷劑從蒸發器出口進入壓縮機，再通過三通閥進入風冷冷凝器冷凝，冷凝后經三通閥通過膨脹閥節流，再送至蒸發器入口，如此構成冬季制冷劑的循環。空氣在蒸發器內被處理到室內送風狀態點，通過孔板向機房內的設備定點送風。蒸發器前置表冷器的作用在于為機房預冷，冷凝器前置表冷器的作用為高溫運行的冷凝器降溫，從而達到降低冷凝溫度的作用。當土壤源系統啟動時，制冷劑由蒸發器出口通過三通閥進入壓縮機，再進入地埋管進行冷凝，冷凝后經三通閥通過膨脹閥節流，再送入蒸發器入口，如此構成制冷劑循環。 土壤源系統的地埋管鋪設在地下水層以下。地埋管采用并聯方式垂直鋪設，換熱效果好且占地面積小。空氣在蒸發器內被處理到室內送風狀態點，通過孔板向機房內的設備定點送風。所述加速地下水流動的裝置由一個抽水井和八個呈星形分布的地下水回灌井構成。抽水井位于兩組地埋管附近，夏季工況下啟動抽水井中的水泵，抽出的地下水通過蒸發器前置的表冷器，對機房進行預冷后，經水管分為八條線路回灌入距離抽水井一定距離的八個呈星形分布的回灌井中從而有效加速地下水的滲流，提高地埋管的換熱效率。本實用新型相對于現有技術有以下六點有益效果1、和單一空氣源機房空調相比，本系統在室外環境溫度較高的情況下，可以采用土壤源機房空調系統，極其惡劣的工況，還可以開啟兩組土壤源換熱器，借助地下水的流動將熱量及時帶走，從而保證機房空調設備的全年穩定運行。2、和單一土壤源機房空調相比，本系統在冬季、過渡季節和夏季環境溫度不高的情況下，空氣源系統運行，可以有效降低地埋管換熱器向土壤的大量排熱，解決了地埋管附近的土壤異常溫升致使土壤源機房空調無法穩定運行的問題。3、由環境溫度決定，空氣源和土壤源機房空調的聯合運行，能有效提高機房空調系統的穩定性，降低系統的能源消耗，大大增加系統的能源利用效率。4、加速地下水流動的裝置既有效加速地下水的滲流，提高地埋管的換熱效率，又使得抽出的地下水得到了充分利用(布置表冷器)，有效降低了蒸發器和冷凝器的工作負荷。5、回灌井數目多，且根據不同的制冷量設置其與抽水井的距離，有效避免熱量聚集到地埋管附近，從而提高了整個系統的效率。6、和格柵等其他送風方式相比，采用孔板定點送風為每臺高溫設備提供一對一冷卻，可以保證每臺設備的均勻冷卻。
圖1是本實用新型的空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統的原理示意圖。圖2是本實用新型的孔板定點送風口的結構示意圖。圖3是本實用新型采用的兩個三通閥接口示意圖。圖4是本實用新型的抽水井與地下水回灌井平面布置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。[0025]本實用新實施方式為一組空氣源系統與兩組土壤源系統并聯，自動控制系統根據不同的環境工況控制三通閥，選擇啟動相應的冷源系統。室內送風單元(蒸發器)和空氣源系統的室外空氣處理單元(冷凝器)各自增加了一塊表冷器，前者表冷器的作用在于為機房預冷，后者表冷器的作用為高溫運行的冷凝器降溫，從而達到降低冷凝溫度的作用。 冬季和過渡季節，可以啟動空氣源系統對機房進行制冷。夏季一般環境溫度工況(30°C以下)，可以通過開啟表冷盤管為機房預冷和冷凝器降溫的方法，使用空氣源系統為機房進行制冷；高環境溫度工況下(30°C 40°C)，可啟動一組土壤源系統對機房進行制冷，即通過打到地下水以下的地埋管將熱量排到低溫土壤內，并利用加速地下水流動的裝置加速地下水的流動將熱量及時帶走；極高環境溫度工況下(40°C以上)，可啟動兩組土壤源系統保證機房設備的運行環境要求。根據不同的環境工況使用不同的冷源系統，從而提高整個系統的效率。同時，室內送風部分，在每臺設備的上部均設置送風孔板，經孔板定點送風為每臺高溫設備提供一對一冷卻，保證每臺設備的均勻冷卻，回風部分采用格柵。如圖1，冬季和過渡季節，三通閥9和10為直通狀態，即AC和DF路徑導通(參照圖 3)，空氣源制冷系統運行，從蒸發器6出來的制冷劑氣體，進入壓縮機7，壓縮為高溫高壓的制冷劑氣體后進入冷凝器12冷凝，冷凝后的制冷劑液體進入膨脹閥8節流為氣液兩相，進入蒸發器6，完成整個制冷循環。機房1內空氣經過蒸發器6處理后進入靜壓層4，然后通過孔板定點送風口 2定點送風到儀器設備3，為每臺高溫設備提供一對一冷卻，保證每臺設備的冷卻均勻。夏季環境溫度30°C以下的時候，空氣源制冷系統運行的同時，開啟水泵15抽取地下水，進入蒸發器6前置表冷器5，對機房1進行預冷，從而降低蒸發器6的負荷。開啟另外一臺水泵14抽取地下水，進入冷凝器12前置表冷器11，對冷凝器12進行降溫，降低冷凝溫度。根據抽取的地下水水量，進行多點回灌。夏季環境溫度在30°C 35°C之間，三通閥9和10為旁通狀態，即AB和DE路徑導通，土壤源制冷系統運行，從蒸發器6出來的制冷劑氣體，進入壓縮機7，壓縮為高溫高壓的制冷劑氣體進入地埋管換熱器(冷凝器)13冷凝，冷凝后的制冷劑液體進入膨脹閥8節流為氣液兩相，進入蒸發器6，完成整個制冷循環。機房1內空氣經過蒸發器6處理后進入靜壓層4，然后通過孔板定點送風口 2定點送風到儀器設備3，為每臺高溫設備提供一對一冷卻， 保證每臺設備的冷卻均勻。夏季環境溫度40°C以上的時候，電磁閥16和17開啟，兩組地埋管換熱器同時工作。開啟水泵15抽取地下水，進入蒸發器6前置表冷器5，對機房1進行預冷，從而降低蒸發器6的負荷。開啟另外一臺水泵14抽取地下水，進入冷凝器12前置表冷器11，對冷凝器 12進行降溫，降低冷凝溫度。根據抽取的地下水水量，進行多點回灌.圖2為孔板定點送風口的結構示意圖。達到室內送風狀態點的空氣經風管由孔板送風口定點送出，對每臺設備進行一對一的冷卻。土壤源系統的加速地下水流動的裝置由一個抽水井和八個呈星形分布的地下水回灌井構成，見圖4。對于制冷量50kW以下的機房空調系統，抽水井20和回灌井21的井間距為500m左右；對于制冷量50kW IOOkW之間的機房空調系統，抽水井20和回灌井19 的井間距為IOOOm左右；對于制冷量在IOOkW以上的機房空調系統，抽水井20和回灌井18 的井間距為1500m以上。
權利要求1.一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，包括機房空調室內送風單元、空氣源系統、兩組土壤源系統和加速地下水流動系統，其特征在于，室內送風單元包括蒸發器 (6)、表冷器(5)和風管；空氣源系統和土壤源系統包括所述蒸發器(6)、壓縮機(7)、冷凝器 (12)、地埋管換熱器(13)和膨脹閥(8)，所述蒸發器(6)和冷凝器(12)各前置一塊表冷器； 所述蒸發器(6)連接壓縮機(7)，所述壓縮機(7)通過三通閥(9)與冷凝器(12)、一組地埋管換熱器連接，所述冷凝器(12)和第二組地埋管換熱器通過另一個三通閥(10)與膨脹閥(8) 連接，所述膨脹閥(8)與所述蒸發器(6)連接；加速地下水流動系統包括水泵、取水井、回灌井和相關管路，其中，一臺水泵(15)與蒸發器(6)的前置表冷器(5)連接，另一臺水泵(14) 與冷凝器(12)的前置表冷器(11)連接。
2.根據權利要求1所述的一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，其特征在于機房室內每臺設備(3)的上部設有送風孔板(2)。
3.根據權利要求1或2所述的一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，其特征在于所述土壤源系統的加速地下水流動裝置由一個抽水井和八個呈星形分布的地下水回灌井構成。
4.根據權利要求3所述的一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，其特征在于所述土壤源系統的地埋管采用并聯方式垂直鋪設。
專利摘要本實用新型公開了一種空氣土壤雙冷源定點送風式機房空調系統，將空氣源系統與土壤源系統并聯使用。冬季和過渡季節，可以僅啟動空氣源系統對機房進行制冷；夏季一般環境溫度工況(30℃以下)，可以通過開啟表冷盤管為機房預冷和冷凝器降溫的方法，使用空氣源系統為機房進行制冷；高環境溫度工況下(30℃～40℃)，可啟動一組土壤源系統對機房進行制冷，即通過打到地下水以下的地埋管將熱量排到低溫土壤內，并利用加速地下水流動的裝置加速地下水的流動將熱量及時帶走；極高環境溫度工況下(40℃以上)，可啟動兩組土壤源系統保證機房設備的運行環境要求。本實用新型根據不同的環境工況使用不同的冷源系統，從而能提高整個系統的穩定性和能源利用效率。
文檔編號F24F13/06GK202149555SQ20112025228
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者吉磊, 張忠斌, 潘亞梅, 黃虎 申請人:南京師范大學