基于lng冷能應用的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)及其應用方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及空調(diào)系統(tǒng)領域，特別是涉及一種應用LNG冷能，能夠在數(shù)據(jù)中心使用 的空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著國家"科技強國、產(chǎn)業(yè)興國"的政策進一步實施，IT基礎服務（云計算服務平 臺）作為與水、電、煤等傳統(tǒng)基礎配套設施一樣，成為吸引國內(nèi)外各行各業(yè)投資者入駐的基 礎配套之一。未來所有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展，都離不開云計算公共平臺和綠色數(shù)據(jù)中心的支 撐。
[0003] 綠色數(shù)據(jù)中心，是指數(shù)據(jù)機房中的IT設備、供暖、配電系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、監(jiān)控、照明 和電氣等能取得最大化能源效率以及最小化環(huán)境影響的綜合結果，是未來發(fā)展的趨勢，尤 其是云計算時代及應用的到來，加快并促進了大數(shù)據(jù)、大中心、大儲存時代的到來。衡量綠 色數(shù)據(jù)中心最重要的指標是PUE，PUE =數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設備能耗。通常認為，PEU的 比值越小，數(shù)據(jù)中心越低碳節(jié)能，而比值越大，說明有更多的電能被空調(diào)、照明、電源等配套 設備所消耗，且沒有新的綠色電源的補充。一般的數(shù)據(jù)中心的空調(diào)能耗比重比較大，其PUE 值往往大于2。目前國際平均PUE值在1. 8左右，國內(nèi)平均PUE值在2. 0以上，水平參差不 齊。國家明確要求大型數(shù)據(jù)中心的PUE值要小于1. 5,因此就將PUE值小于1. 5的數(shù)據(jù)中心 定義為綠色數(shù)據(jù)中心。
[0004] 數(shù)據(jù)中心除IT設備能耗外，最大的能耗就是空調(diào)。IT設備是能耗最高的部分，約 占數(shù)據(jù)中心總能耗的50%左右。空調(diào)系統(tǒng)能耗在數(shù)據(jù)中心總能耗中排第二位，占40%。IT 設備是數(shù)據(jù)中心的核心，其順利的運行是數(shù)據(jù)中心運營的關鍵指標。由于IT設備在運行中 總是發(fā)熱的，為防止宕機，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)一定是常年制冷的。國際上最先進的數(shù)據(jù)中心都 是建立在高煒度地區(qū)，主要是為了利用高煒度地區(qū)的冬季天然冷能達到降低IT設備溫度 的目的，所以在低煒度地區(qū)建設數(shù)據(jù)中心存在地理上的天然不足。所以在低煒度地區(qū)建設 數(shù)據(jù)中心，其PUE值會因為空調(diào)電量的高消耗而很難降低，一般在1. 7左右。
[0005] LNG是液化天然氣的簡稱，在常壓下將天然氣冷凍至_162°C左右，可使其轉(zhuǎn)變?yōu)?液體。液化天然氣是將天然氣經(jīng)過凈化后，采用壓縮、節(jié)流、膨脹和外加冷源制冷的工藝而 形成的。LNG氣化過程中，其釋放的冷能可采用直接或間接的方法加以利用。液化的LNG蘊 藏著大量的冷能，合理充分利用LNG冷能，達到節(jié)約能源、減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟效益的 目的。而在低煒度地區(qū)的沿海等地，會有很多運輸和儲存LNG的港口，這些港口一般采用海 水對LNG升溫后轉(zhuǎn)換為NG (天然氣）后向外輸送，冷能被浪費，并且冷能的排放會對周邊海 水生態(tài)環(huán)境造成很大的影響。所以如何運用和控制好這些冷能對于節(jié)能環(huán)保意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種能夠顯著降低數(shù)據(jù)中心PUE值的應用LNG冷能的數(shù)據(jù)中心空調(diào) 系統(tǒng)及數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)應用LNG冷能的方法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的低能耗。
[0007] 以上技術問題是通過以下技術方案解決的：一種基于LNG冷能應用的數(shù)據(jù)中心空 調(diào)系統(tǒng)，包括LNG儲液罐，第一換熱器，第二換熱器，所述第二換熱器安裝在數(shù)據(jù)中心，該系 統(tǒng)還包括高溫冷媒儲罐，低溫冷媒儲罐，所述LNG儲液罐連接所述第一換熱器，所述第一換 熱器連接所述高溫冷媒儲罐和低溫冷媒儲罐，所述高溫冷媒儲罐和所述低溫冷媒儲罐分別 與所述第二換熱器連接。將LNG的冷能通過第一換熱器傳遞至冷媒，冷媒經(jīng)過低溫冷媒儲 罐進行梯級熱交換后，到達數(shù)據(jù)中心的第二換熱器，數(shù)據(jù)中心的第二換熱器采用水冷換熱 后，通過排風系統(tǒng)將冷氣傳輸至各機房為機房中的IT設備降溫。這樣可以充分利用LNG的 高冷能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的空氣調(diào)節(jié)目的，并且由于不需要使用電源制冷，電源僅需要驅(qū)動通 風系統(tǒng)，這樣可以顯著降低數(shù)據(jù)中心的能耗，進而降低PUE值，達到綠色數(shù)據(jù)中心的標準。
[0008] 進一步，所述高溫冷媒儲罐數(shù)量設置至少為兩個，并且所述高溫冷媒儲罐之間串 聯(lián)連接，所述低溫冷媒儲罐數(shù)量設置為至少兩個，并且所述低溫冷媒儲罐之間串聯(lián)連接。由 于冷媒經(jīng)過第一換熱器熱交換降溫后，溫度會降低至-50°C以下，經(jīng)過多級冷媒儲罐梯級降 溫和保溫，能更好地控制冷媒在空調(diào)換熱制冷系統(tǒng)中的溫度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對溫度控制的 高要求。
[0009] 進一步，在所述第二換熱器中，冷媒進界區(qū)的溫度為_45°C至_35°C，冷媒出界區(qū) 的溫度為20°C至30°C。數(shù)據(jù)中心一般要求室內(nèi)溫度在18°C至20°C之間，所以出界溫度不 宜過高，應保持在數(shù)據(jù)中心需要的溫度范圍內(nèi)，這樣更有利于控制數(shù)據(jù)中心室內(nèi)的溫度。冷 媒進界區(qū)溫度為換熱器進口處的冷媒的溫度意思，冷媒出界區(qū)的溫度為換熱器出口處的冷 媒的溫度意思。
[0010] 進一步，在所述第一換熱器中，冷媒進界區(qū)的溫度為25°c至35°C，冷媒出界區(qū)的 溫度為_50°C至-40°C。冷媒溫度不宜過低，溫度過低的冷媒不僅對設備和原料增加成本， 而且由于需要將數(shù)據(jù)中心的溫度降低值18至20度之間，所以溫度太低后，梯級升溫的要求 增大，溫度不宜控制。
[0011] 進一步，在所述第一換熱器中，LNG進界區(qū)的溫度為-145Γ至-140°C，NG出界區(qū)的 溫度為〇°C至5°C。
[0012] 進一步，所述連接均采用管道連接，低溫管道的壁厚大于等于6_，高溫管道的壁 厚大于等于3_。管道壁厚在允許的條件下，越厚越好。但出于成本的考慮，經(jīng)測算低溫管 道的壁厚在6mm以上，高溫管道的壁厚在3mm以上即可達到液體傳輸?shù)哪康暮托Ч?br>[0013] 進一步，所述空調(diào)系統(tǒng)還包括使用市電、柴油發(fā)電機或UPS供電驅(qū)動制冷系統(tǒng)， 所述UPS的主用容量大于等于710KVA，系統(tǒng)后備時間設置大于等于15分鐘。為了降低 采用LNG冷能制冷可能會出現(xiàn)的持續(xù)性方面的風險，所以設置了包括市電、柴油發(fā)電或者 UPS(ups是不間斷電源的意思）供電的電驅(qū)動制冷系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的持續(xù)供 冷。經(jīng)過計算，系統(tǒng)后備時間至少要達到15分鐘才能滿足數(shù)據(jù)中心運行的目的，所以UPS 的主用容量設置為至少710KVA，防止一旦出現(xiàn)LNG冷能供應不足，市電斷電的情況，柴油發(fā) 電機啟動需要一定的時間，這時需要UPS供電驅(qū)動制冷系統(tǒng)，保證冷氣供應不間斷。
[0014] 進一步，經(jīng)過所述第一換熱器換熱后的天然氣輸送至天然氣高壓管網(wǎng)和/或天然 氣燃氣電廠。經(jīng)過第一換熱器換熱后，液化天然氣變成天然氣后可以輸送至高壓管網(wǎng)和天 然氣燃氣電廠，這樣本發(fā)明的空調(diào)系統(tǒng)可以和LNG輸氣網(wǎng)絡共同建設，應地制宜。并且還可 以利用天然氣電廠的地緣優(yōu)勢，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的電力供應。
[0015] 進一步，所述冷媒包括乙二醇、丙二醇、液氮、氯化鈣鹽水、二氯甲烷或一氟三氯甲 烷。在本發(fā)明中，冷媒的工作穩(wěn)定在25°C至-50°C之間，所以冷媒可以包括但不限于上述冷 媒介質(zhì)。
[0016] 作為優(yōu)選，所述LNG儲液罐還設有支撐腳，所述支撐腳包括上段和上端套設在下 段下端的下段，下段的下端設有安裝座，下段內(nèi)設有支撐所述上段的減振彈簧，所述上段的 上端設有連接環(huán)，所述連接環(huán)內(nèi)穿設有內(nèi)環(huán)，所述內(nèi)環(huán)通過橡膠環(huán)同所述連接環(huán)連接在一 起，所述橡膠環(huán)設有若干個沿橡膠環(huán)周向分布的盲孔，所述盲孔設置于所述橡膠環(huán)的內(nèi)周 面或外周面，所述盲孔中設有隔離板，所述隔離板將所述盲孔分割成沿橡膠環(huán)的徑向分布 的兩個腔體，所述隔離板設有連通所述兩個腔體的主摩擦通道，所述主摩擦通道內(nèi)設有摩 擦板，所述摩擦板穿設有可沿橡膠環(huán)徑向滑動的摩擦桿，所述摩擦桿設有支摩擦通道，所述 盲孔的開口端蓋有朝向盲孔內(nèi)部拱起的彈性蓋，所述內(nèi)環(huán)穿設有同所述LNG儲液罐連接在 一起的連接銷。能夠提尚LNG儲液罐的隔震振效果好、防止存積的粉塵被再次揚起，從而起 到提高除塵效果的作用。當受到振動時，由于內(nèi)環(huán)和連接環(huán)是通過橡膠環(huán)連接的，連接環(huán)不 容易產(chǎn)生變形，變形多產(chǎn)生于內(nèi)環(huán)，所以變形后只需要更換內(nèi)環(huán)即可。本技術方案的隔震 過程為：將液體填充在盲孔內(nèi)，當受到振動時，內(nèi)環(huán)和連接環(huán)之間會產(chǎn)生往復的徑向位移， 該位移會導致盲孔變形時，盲孔變形而驅(qū)動位于其內(nèi)的液體在內(nèi)腔體和外腔體之間來回流 動、摩擦板和摩擦桿的晃動，液體流動以及摩擦板和摩擦桿晃動過程中將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)?熱能而消耗掉。如果振動較小而不足以促使盲孔變形時，此時只有液體的晃動，液體晃動時 摩擦桿產(chǎn)生晃動而吸能，設置摩擦桿能夠提高對高頻低幅振動的吸收作用，使得本發(fā)明不 但能夠吸收隔離高振幅的振動能量、還能吸收低振幅的振動能量，因此隔震效果更加好。該 結構能夠使得一側的盲孔受到擠壓時另一側的盲孔則產(chǎn)生舒張、而不是同時受壓或舒張， 使得在振動的正負振幅區(qū)間時都能夠有效吸振，吸振效率高。
[0017] 作為優(yōu)選，所述摩擦桿的兩端都伸出所述摩擦板，所述摩擦桿的兩個端面都為球 面。能夠使得液體接受