一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统
阅读说明：本技术 一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统 (Data center enhanced ventilation and waste heat recovery system integrated with solar chimney ) 是由 高阳 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明专利涉及一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统,属于数据中心气流组织优化及热回收技术领域,其特点在于,主要包括：机房精密空调、封闭冷通道、热通道、太阳能烟囱、气动风机、三通调节阀I、三通调节阀II、活塞式空气压缩机、高效压缩空气余热回收器、空气调节阀、空气过滤器I、三通调节阀III、空气过滤器II、值班室(会议室)、加压水泵、油余热回收系统、电动温控阀、水净化器、三通调节阀IV、储水箱I、电辅助加热器、储水箱II。本发明可同时实现数据中心气流组织优化和余热回收再利用,分别为封闭冷通道和值班室输送冷热风,并给值班室提供生活热水；可避免直接将余热排入空气中,造成能源浪费和环境污染问题。(The invention relates to a data center enhanced ventilation and waste heat recovery system integrated with a solar chimney, belonging to the technical field of data center airflow organization optimization and heat recovery, and being characterized by mainly comprising the following components: the system comprises a machine room precision air conditioner, a closed cold channel, a hot channel, a solar chimney, a pneumatic fan, a three-way regulating valve I, a three-way regulating valve II, a piston type air compressor, a high-efficiency compressed air waste heat recoverer, an air regulating valve, an air filter I, a three-way regulating valve III, an air filter II, a duty room (conference room), a pressure water pump, an oil waste heat recovery system, an electric temperature control valve, a water purifier, a three-way regulating valve IV, a water storage tank I, an electric auxiliary heater and a water storage tank II. The invention can simultaneously realize the optimization of the airflow organization and the recycling of waste heat of the data center, respectively convey cold and hot air for the closed cold channel and the duty room, and provide domestic hot water for the duty room; can avoid the problems of energy waste and environmental pollution caused by directly discharging the waste heat into the air.)
技术领域
本发明涉及一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统，属于数据中心气流组织优化及热回收技术领域。
背景技术
随着5G时代的到来，互联网技术已经成为全球竞争的首选目标，数据信息的处理速度与处理量的要求日益增长，数据中心的建设也日益扩大。截止2017年年底，全球数据中心数量已达到860万，而每年消耗的电力超过416太瓦时，相当于世界能源产量的2％。数据中心中，约40％的能耗用于IT设备，而这些设备在高速运行时会产生大量的热，为保证服务器健康平稳运行，需使用空调系统对其散热，而空调系统的能耗约占数据中心总能耗的40％。在高性能的数据机房内，机房热通道的温度可达到40度，若直接排至室外，不仅造成能源浪费，还会影响环境，因此数据中心余热回收具有重大的研究意义。
最近几年数据中心余热回收研究者众多，研究方式也多种多样，如专利CN205299850U提出的一种数据中心余热回收的功能系统、专利N201510778693.1提出的一种数据机房余热回收系统等，回收利用服务器自身散发的热量，形式单一，回收效率不显著。数据中心可利用太阳能等清洁能源强化通风，使服务器散发的热量与太阳辐射热量累加并得以利用。
为了改善数据中心的热分布状况，专利CN206709299U提出了一种集成太阳能烟囱的通风系统，通过太阳辐射作用扰动热气流，使热量加速排出，而在太阳辐射的作用下，热通道的空气温度可达60-80度，如何使用这部分热量成为研究的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统，可同时实现数据中心气流组织优化和余热回收；能通过太阳能烟囱中的热扰动作用加速带走数据中心热通道内的热量，并将这部分热量和太阳能烟囱自身产生的太阳辐射热通过余热回收系统转化成冷热空气和热水，冷热空气在过滤后分别送入封闭冷通道和值班室，而热水可作为生活热水用于数据中心值班室等有人员在的场所中；避免直接将余热排入空气中，造成能源浪费和环境污染问题。
本发明提供的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统，其特征在于包括：机房精密空调、封闭冷通道、热通道、太阳能烟囱、气动风机、三通调节阀I、三通调节阀II、活塞式空气压缩机、高效压缩空气余热回收器、空气调节阀、空气过滤器I、三通调节阀III、空气过滤器II、值班室(会议室)、加压水泵、油余热回收系统、电动温控阀、水净化器、三通调节阀IV、储水箱I、电辅助加热器、储水箱II；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，太阳能烟囱包括绝热壁、集热板、玻璃板、风阀；三通调节阀I具有第一端口、第二端口、第三端口；三通调节阀II具有第一端口、第二端口、第三端口；活塞式空气压缩机有空气入口、热空气出口、冷油进口、热油出口；高效压缩空气余热回收器具有空气入口、冷空气出口、冷水进口及热水出口；三通调节阀III具有第一端口、第二端口、第三端口；油余热回收系统具有低温热水进口、冷油出口、热油进口及高温热水出口；三通调节阀IV具有第一端口、第二端口、第三端口；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，从机房精密空调送出的冷空气先后经过封闭冷通道和热通道，而热通道与太阳能烟囱相连，太阳能烟囱中的热空气经过气动风机与三通调节阀I的第一端口相连，三通调节阀I的第二端口与三通调节阀II的第一端口相连，三通调节阀II的第二端口与活塞式空气压缩机的压气入口相连，活塞式空气压缩机的热空气出口与高效压缩空气余热回收器的空气入口相连，高效压缩空气余热回收器的冷空气出口与空气调节阀的一段相连，而空气调节阀的另一端与空气过滤器I的一端相连，而空气过滤器I的另一端与封闭冷通道相连；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，三通调节阀I的第三端口与三通调节阀III的第一端口相连，三通调节阀III的第二端口经过空气过滤器II与值班室(会议室)相连，三通调节阀III的第三端口经过三通调节阀II的第三端口和第二端口与活塞式空气压缩机的空气入口相连；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，从市政管网送出的自来水经过加压水泵与高效压缩空气压缩机的冷水进口相连，高效压缩空气余热回收器的热水出口与油余热回收系统的低温热水进口相连，油余热回收系统的冷油出口与活塞式空气压缩机的冷油进口相连，活塞式空气压缩机的热油进口经过电动温控阀与油余热回收系统的热油进口相连；油余热回收系统的高温热水出口经过水净化器与三通调节阀IV的第一端口相连，三通调节阀IV的第二端口与储水罐I相连，三通调节阀IV的第三端口经过电辅助加热器与储水罐II相连。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统，在夏季工况下，调节三通调节阀I的第一端口和第二端口相通，从机房精密空调送出的冷空气先后经过封闭冷通道和热通道，最终被吸入太阳能烟囱，在太阳能烟囱中，集热板收集透过玻璃板的太阳辐射能量，使得集热板温度升高从而加热太阳能烟囱内的空气，增大太阳能烟囱内外温差从而增加热压，同时利用太阳能烟囱的抽吸作用增加扰流，强化通风效果并加速带走热通道内的热量；从太阳能烟囱排出的40℃～80℃的热空气在气动风机的作用下依次经过三通调节阀I的第一端口，第二端口，三通调节阀II的第一端口和第二端口加速流动进入活塞式空气压缩机，在活塞式空气压缩机的作用下产生热空气和热油，热油经过电动温控阀进入油余热回收系统，而在活塞式空气压缩机产生的热空气从热空气出口排出进入高效压缩空气余热回收器并产生低温热水和冷空气，冷空气从高效压缩空气余热回收器的冷空气出口送出，并由空气调节阀控制进入空气过滤器I，冷空气在过滤后最终送入封闭冷通道；而从高效压缩空气余热回收器出来的低温热水进入油余热回收系统，在油余热回收系统作用下产生60℃左右的热水和冷油，冷油通过油余热回收系统的冷油出口回到活塞式空气压缩机；而从油余热回收系统出来的60℃左右的热水经过水净化器进入三通调节阀IV的第一端口，60℃热水在三通调节阀IV的第二端口和第三端口分流，经过三通调节阀IV第二端口的热水最终进入储水罐I作为生活热水使用，而经过三通调节阀IV第三端口的热水在电辅助加热器的加热下达到100℃，进入储水罐II作为饮用热水使用。
在冬季工况下，调节三通调节阀I的第一端口和第三端口相通，并调节三通调节阀II的第二端口，第三端口相通，从机房精密空调送出的冷空气先后经过封闭冷通道和热通道，最终被吸入太阳能烟囱，在太阳能烟囱中，集热板收集透过玻璃板的太阳辐射能量，使得集热板温度升高从而加热太阳能烟囱内的空气，增大太阳能烟囱内外温差从而增加热压，同时利用太阳能烟囱的抽吸作用增加扰流，强化通风效果并加速带走热通道内的热量；从太阳能烟囱排出的40℃～80℃的热空气在气动风机的作用下加速流动依次经过三通调节阀I的第一端口和第三端口进入三通调节阀III的第一端口，在三通调节阀III的第二端口和第三端口分流，经过第二端口的空气在空气过滤器II内过滤后送入值班室(会议室)；而经过第三端口的空气依次经过三通调节阀II的第三端口和第二端口的从活塞式空气压缩机的压风进气入口进入活塞式空气压缩机；在活塞式空气压缩机的作用下产生热空气和热油，热油经过电动温控阀进入油余热回收系统热，而在活塞式空气压缩机产生的热空气从热空气出口排出进入高效压缩空气余热回收器并产生低温热水和冷空气，冷空气从高效压缩空气余热回收器的冷空气出口送出，并由空气调节阀控制进入空气过滤器I，冷空气在过滤后最终送入封闭冷通道；而从高效压缩空气余热回收器出来的低温热水进入油余热回收系统，在油余热回收系统作用下产生60℃左右的热水和冷油，冷油通过油余热回收系统的冷油出口回到活塞式空气压缩机；而从油余热回收系统出来的60℃左右的热水经过水净化器进入三通调节阀IV的第一端口，60℃热水在三通调节阀IV的第二端口和第三端口分流，经过三通调节阀IV第二端口的热水最终进入储水罐I作为生活热水使用，而经过三通调节阀IV第三端口的热水在电辅助加热器的加热下达到100℃，进入储水罐II作为饮用热水使用。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，三通调节阀I(5)的调节是根据冬夏季节变化来来调节的。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统不仅适用于带有值班室或会议室的数据中心，也可适用于不带值班室或会议室的一般数据机房，此时只需将三通调节阀I(6)和三通调节阀II(7)换为直通阀即可。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，夏季由于太阳能资源丰富，太阳能烟囱(4)带走数据中心热通道(3)内热量的能力大大加强，强化通风效果剧增；同时太阳能烟囱(4)自身产生的热量也非常大，通过余热回收系统最终送入封闭冷通道(2)的冷空气量也剧增，从而进一步改善数据中心内的气流组织，提升热安全性。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，太阳能烟囱(4)包括绝热壁(4-1)、集热板(4-2)、玻璃板(4-3)、风阀(4-4)，设置在热通道(3)上方的屋顶位置；一侧为绝热壁(4-1)，紧贴绝热壁(4-1)的为集热板(4-2)，中间为烟囱通道，另一侧为玻璃板(4-3)，通道顶部为风阀(4-4)。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统可适用于热通道的数据中心，也适用于开放热通道的数据中心，但在热通道的数据中心中，强化通风效果更加，且余热回收效率更高。
附图说明
附图1为本发明的原理图；
附图1中的标号名称：机房精密空调1，封闭冷通道2，热通道3，太阳能烟囱4，气动风机5，三通调节阀I6，三通调节阀II7，活塞式空气压缩机8，高效压缩空气余热回收器9，空气调节阀10，空气过滤器I11三通调节阀III12，空气过滤器II13，值班室(会议室)14，加压水泵15，1油余热回收系统16，电动温控阀17，水净化器18，三通调节阀IV19，储水箱I20，电辅助加热器21，储水箱II22。
图2展示了数据中心内设备摆放位置图，其中太阳能烟囱4中包括绝热壁4-1、集热板4-2、玻璃板4-3、风阀4-4。
附图3是本发明专利实施的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统，其特征在于，包括：机房精密空调(1)、封闭冷通道(2)、热通道(3)、太阳能烟囱(4)、气动风机(5)、三通调节阀I(6)、三通调节阀II(7)、活塞式空气压缩机(8)、高效压缩空气余热回收器(9)、空气调节阀(10)、空气过滤器I(11)、三通调节阀III(12)、空气过滤器II(13)、值班室(会议室)(14)、加压水泵(15)、油余热回收系统(16)、电动温控阀(17)、水净化器(18)、三通调节阀IV(19)、储水箱I(20)、电辅助加热器(21)、储水箱II(22)；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，太阳能烟囱(4)包括绝热壁(4-1)、集热板(4-2)、玻璃板(4-3)、风阀(4-4)；三通调节阀I(6)具有第一端口(6-1)、第二端口(6-2)、第三端口(6-3)；三通调节阀II(7)具有第一端口(7-1)、第二端口(7-2)、第三端口(7-3)；活塞式空气压缩机(8)有空气入口(8-1)、热空气出口(8-2)、冷油进口(8-3)、热油出口(8-4)；高效压缩空气余热回收器(9)具有空气入口(9-1)、冷空气出口(9-2)、冷水进口(9-3)及热水出口(9-4)；三通调节阀III(12)具有第一端口(12-1)、第二端口(12-2)、第三端口(12-3)；油余热回收系统(16)具有低温热水进口(16-1)、冷油出口(16-2)、热油进口(16-3)及高温热水出口(16-4)；三通调节阀IV(19)具有第一端口(19-1)、第二端口(19-2)、第三端口(19-3)；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，从机房精密空调(1)送出的冷空气先后经过封闭冷通道(2)和热通道(3)，而热通道(3)与太阳能烟囱(4)相连，太阳能烟囱(4)中的热空气经过气动风机(5)与三通调节阀I(6)的第一端口(6-1)相连，三通调节阀I(6)的第二端口(6-2)与三通调节阀II(7)的第一端口(7-1)相连，三通调节阀II(7)的第二端口(7-2)与活塞式空气压缩机(8)的压气入口(8-1)相连，活塞式空气压缩机(8)的热空气出口(8-2)与高效压缩空气余热回收器(9)的空气入口(9-1)相连，高效压缩空气余热回收器(6)的冷空气出口(6-2)与空气调节阀(10)的一段相连，而空气调节阀(10)的另一端与空气过滤器I(11)的一端相连，而空气过滤器I(11)的另一端与封闭冷通道(3)相连；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，三通调节阀I(6)的第三端口与三通调节阀III(12)的第一端口(12-1)相连，三通调节阀III(12)的第二端口(12-2)经过空气过滤器II(13)与值班室(会议室)(14)相连，三通调节阀III(12)的第三端口(12-3)经过三通调节阀II(7)的第三端口(7-3)和第二端口(7-2)与活塞式空气压缩机(8)的空气入口(8-1)相连；
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，从市政管网送出的自来水经过加压水泵(12)与高效压缩空气压缩机(9)的冷水进口(9-3)相连，高效压缩空气余热回收器(9)的热水出口(9-4)与油余热回收系统(16)的低温热水进口(16-1)相连，，油余热回收系统(16)的冷油出口(16-2)与活塞式空气压缩机(8)的冷油进口(8-3)相连，活塞式空气压缩机(8)的热油进口(8-4)经过电动温控阀(17)与油余热回收系统(16)的热油进口(16-3)相连；油余热回收系统(16)的高温热水出口(16-4)经过水净化器(18)与三通调节阀IV(19)的第一端口(19-1)相连，三通调节阀IV(19)的第二端口(19-2)与储水罐I(20)相连，三通调节阀IV(19)的第三端口(19-3)经过电辅助加热器(21)与储水罐II(22)相连。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统的工作方法如下：在夏季工况下，调节三通调节阀I(6)的第一端口(6-1)和第二端口(6-2)相通，从机房精密空调(1)送出的冷空气先后经过封闭冷通道(2)和热通道(3)，最终被吸入太阳能烟囱(4)，在太阳能烟囱(4)中，集热板(4-2)收集透过玻璃板(4-3)的太阳辐射能量，使得集热板(4-2)温度升高从而加热太阳能烟囱(4)内的空气，增大太阳能烟囱(4)内外温差从而增加热压，同时利用太阳能烟囱(4)的抽吸作用增加扰流，强化通风效果并加速带走热通道(3)内的热量；从太阳能烟囱(4)排出的40℃～80℃的热空气在气动风机(5)的作用下依次经过三通调节阀I(6)的第一端口(6-1)，第二端口(6-2)，三通调节阀II(7)的第一端口(7-1)和第二端口(7-2)加速流动进入活塞式空气压缩机(8)，在活塞式空气压缩机(8)的作用下产生热空气和热油，热油经过电动温控阀(17)进入油余热回收系统(16)，而在活塞式空气压缩机(8)产生的热空气从热空气出口(8-2)排出进入高效压缩空气余热回收器(9)并产生低温热水和冷空气，冷空气从高效压缩空气余热回收器(9)的冷空气出口(9-2)送出，并由空气调节阀(10)控制进入空气过滤器I(11)，冷空气在过滤后最终送入封闭冷通道(2)；而从高效压缩空气余热回收器(9)出来的低温热水进入油余热回收系统(16)，在油余热回收系统(16)作用下产生60℃左右的热水和冷油，冷油通过油余热回收系统(16)的冷油出口(16-2)回到活塞式空气压缩机(8)；而从油余热回收系统(16)出来的60℃左右的热水经过水净化器(18)进入三通调节阀IV(19)的第一端口(16-1)，60℃热水在三通调节阀IV(19)的第二端口(19-2)和第三端口(19-3)分流，经过三通调节阀IV(19)第二端口(19-2)的热水最终进入储水罐I(20)作为生活热水使用，而经过三通调节阀IV(19)第三端口(19-3)的热水在电辅助加热器(21)的加热下达到100℃，进入储水罐II(22)作为饮用热水使用。
在冬季工况下，调节三通调节阀I(6)的第一端口(6-1)和第三端口(6-3)相通，并调节三通调节阀II(7)的第二端口(7-2)，第三端口(7-3)相通，从机房精密空调(1)送出的冷空气先后经过封闭冷通道(2)和热通道(3)，最终被吸入太阳能烟囱(4)，在太阳能烟囱(4)中，集热板(4-2)收集透过玻璃板(4-3)的太阳辐射能量，使得集热板(4-2)温度升高从而加热太阳能烟囱(4)内的空气，增大太阳能烟囱(4)内外温差从而增加热压，同时利用太阳能烟囱(4)的抽吸作用增加扰流，强化通风效果并加速带走热通道(3)内的热量；从太阳能烟囱(4)排出的40℃～80℃的热空气在气动风机(5)的作用下加速流动依次经过三通调节阀I(6)的第一端口(6-1)和第三端口(6-3)进入三通调节阀III(12)的第一端口(12-1)，在三通调节阀III(12)的第二端口(12-2)和第三端口(12-3)分流，经过第二端口(12-2)的空气在空气过滤器II(13)内过滤后送入值班室(会议室)(14)；而经过第三端口(12-3)的空气依次经过三通调节阀II(7)的第三端口(7-3)和第二端口(7-2)的从活塞式空气压缩机(8)的压风进气入口(8-1)进入活塞式空气压缩机(8)；在活塞式空气压缩机(8)的作用下产生热空气和热油，热油经过电动温控阀(17)进入油余热回收系统热(16)，而在活塞式空气压缩机(8)产生的热空气从热空气出口(8-2)排出进入高效压缩空气余热回收器(9)并产生低温热水和冷空气，冷空气从高效压缩空气余热回收器(9)的冷空气出口(9-2)送出，并由空气调节阀(10)控制进入空气过滤器I(11)，冷空气在过滤后最终送入封闭冷通道(2)；而从高效压缩空气余热回收器(9)出来的低温热水进入油余热回收系统(16)，在油余热回收系统(16)作用下产生60℃左右的热水和冷油，冷油通过油余热回收系统(16)的冷油出口(16-2)回到活塞式空气压缩机(8)；而从油余热回收系统(16)出来的60℃左右的热水经过水净化器(18)进入三通调节阀IV(19)的第一端口(16-1)，60℃热水在三通调节阀IV(19)的第二端口(19-2)和第三端口(19-3)分流，经过三通调节阀IV(19)第二端口(19-2)的热水最终进入储水罐I(20)作为生活热水使用，而经过三通调节阀IV(19)第三端口(19-3)的热水在电辅助加热器(21)的加热下达到100℃，进入储水罐II(22)作为饮用热水使用。
所述的一种集成太阳能烟囱的数据中心强化通风及余热回收系统中，三通调节阀I(5)的调节是根据冬夏季节变化来来调节的；该系统不仅适用于带有值班室或会议室的数据中心，也可适用于不带值班室或会议室的一般数据机房，此时只需将三通调节阀I(6)和三通调节阀II(7)换为直通阀即可；夏季由于太阳能资源丰富，太阳能烟囱(4)带走数据中心热通道(3)内热量的能力大大加强，强化通风效果剧增；同时太阳能烟囱(4)自身产生的热量也非常大，通过余热回收系统最终送入封闭冷通道(2)的冷空气量也剧增，从而进一步改善数据中心内的气流组织，提升热安全性；太阳能烟囱(4)包括绝热壁(4-1)、集热板(4-2)、玻璃板(4-3)、风阀(4-4)，设置在热通道(3)上方的屋顶位置；一侧为绝热壁(4-1)，紧贴绝热壁(4-1)的为集热板(4-2)，中间为烟囱通道，另一侧为玻璃板(4-3)，通道顶部为风阀(4-4)；该系统可适用于热通道的数据中心，也适用于开放热通道的数据中心，但在热通道的数据中心中，强化通风效果更加，且余热回收效率更高。
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