(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210983005.5 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 王晓坡　文凯　张念祖　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 张宇鸽 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种数据中心耦合冷却系统及其 运行方法 (57)摘要 本发明公开的一种数据中心耦合冷却系统 及其运行方法， 属于节能技术领域。 主要包括新 风预滤器、 天空辐射制冷模块、 混风单元、 末端过 滤器、 加湿器、 蒸汽压缩制冷模块、 冷通道封闭系 统。 将天空辐射制冷模块集 成在数据中心新风冷 却系统中， 同时设计了各种气象条件 下的耦合运 行方法； 通过天空辐射制冷模块、 室外新风以及 风冷冷水机组获取冷量， 基于室外空气参数、 数 据中心设计参数和天空辐射制冷模块冷却潜力 形成多种工作模式， 在自然冷源 可用时采用完全 或部分自然冷却， 机械冷源作为补充， 确保符合 送风温湿度要求； 在有效降低机房制冷能耗和水 耗， 最大程度利用自然冷源的同时保证了该系统 在原新风系统上进行改造的可 行性和经济性。 权利要求书6页 说明书14页 附图4页 CN 115175543 A 2022.10.11 CN 115175543 A 1.一种数据中心耦合冷却系 统， 其特征在于， 包括新风风道百叶(1)、 新风预滤器(6)、 四通风阀(7)、 天空辐射制冷模块(8)、 混风单元(12)、 末端 过滤器(15)、 加湿器(16)、 蒸汽压 缩制冷模块、 冷通道封闭系统、 第一三通风阀(31)、 排风风道百叶(32)和第二三通风阀 (33)； 冷通道封闭系统设在集装箱数据中心(42)的内部， 集装箱数据中心(42)的热空气出口 (27)与第一三通风阀(31)的输入端 连接， 第一三通风阀(31)的第一输出端与排风风道百叶 (32)连接， 第一三通风阀(31)的第二输出端与第二三通风阀(33)的输入端连接， 第二三通 风阀(33)的第一输出端与混风单元(12)的输入端 连接， 第二三通风阀(33)的第二输出端与 四通风阀(7)的第一输入端连接； 新风风道百叶(1)与新风预滤器(6)的输入端 连接， 新风预 滤器(6)的输出端与四通风阀(7)的第二输入端连接； 四通风阀(7)的第一输出端与混风单 元(12)的输入端连接， 四通风阀(7)的第二输出端与天空辐射制冷模块(8)的输入端连接； 天空辐射制冷模块(8)的输出端与混风单元(12)的输入端连接； 混风单元(12)的输出端与 末端过滤器(15)的输入端连接， 末端过滤器(15)的输出端与加湿器(16)的输入端连接， 加 湿器(16)的输出端与蒸汽压缩制冷模块的输入端 连接， 蒸汽压缩制冷模块的输出端与集装 箱数据中心(42)的冷空气入口(26)连接 。 2.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 天空辐射制冷模块(8) 包括若干并联的制冷单元， 每个制冷单元由下至上依次包括保温层(801)、 隔离导热层 (802)、 空气流道(803)、 压敏粘接剂(804)、 天空辐射制冷薄膜(805)、 屏蔽气隙(806)和屏蔽 材料(807)； 每个制冷单元入口设有关断阀； 空气流道(803)的入口与总进风风道连接， 空气 流道(803)的出口与总出风风道连接， 总进风风道与四通风阀(7)的第二输出端连接， 总出 风风道与混风单 元(12)的输入端连接 。 3.根据权利要求2所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 空气流道(803)内设置 有用于强化传热的折 流板(808)。 4.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 蒸汽压缩制冷模块包括 冷却盘管(18)、 冷冻水泵(19)、 风冷冷水机组(20)和冷凝风扇(21)； 冷却盘管(18)的空气侧 输入端与加湿器(16)的输出端连接， 冷却盘管(18)的空气侧输出端与冷空气入口(26)连 接； 冷却盘管(18)、 冷冻水泵(19)和风冷冷水机组(20)依次连接构成冷冻水循环， 冷凝风扇 (21)正对风冷 冷水机组(20)的冷凝器设置 。 5.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 集装箱数据中心(42)内 的机柜(36)面对面布置； 冷通道封闭系统包括穿孔地板(37)、 封闭隔板(38)、 送风静压层 (39)、 送风冷通道(40)和排风热通道(41)； 送风静压层(39)设置在穿孔地板(37)下部并与 冷空气入口(26)连接， 穿孔地板(37)设在机柜(36)之间， 穿孔地板(37)两侧分别连通送风 静压层(39)和送风冷通道(40)， 封闭隔板(38)设在送风冷通道(40)周侧和上端； 排风热通 道(41)连接 机柜(36)气流出口与热空气出口(27)。 6.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 加湿器(16)为等焓加湿 器， 新风预滤器(6)的过 滤等级不低于 MERV 8， 末端过 滤器(15)的过 滤等级不低于 MERV 11。 7.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 新风风道百叶(1)与新 风预滤器(6)的输入端之间设有新风风机(4)； 天空辐射制冷模块(8)的输出端与混风单元 (12)的输入端之间设有冷风风机(9)， 蒸汽压缩制冷模块的输出端与冷空气入口(26)之间权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115175543 A 2设有送风风机(24)， 热空气出口(27)与第一三通风阀(31)的输入端之间设有排风风机 (29)。 8.根据权利要求1所述的数据中心耦合冷却系统， 其特征在于， 新风风道百叶(1)与新 风预滤器(6)的输入端之间设有第一温度传感器(2)、 第一湿度传感器(3)和第一风量计 (5)； 天空辐射制冷模块(8)的输出端与混风单元(12)的输入端之间设有第二温度传感器 (11)和第二风量计(10)； 混风单元(12)的输出端与末端过滤器(15)的输入端之间设有第三 温度传感器(13)和第二湿度传感器(14)； 加湿器(16)的输出端与蒸汽压缩制冷模块的空气 侧输入端之间设有第三湿度传感器(17)； 蒸汽压缩制冷模块内设有第四温度传感器(22)； 蒸汽压缩制冷模块的空气侧输出端与冷空气入口(26)之间设有第五温度传感器(23)和第 三风量计(25)； 热空气出口(27)与第一三通风阀(31)输入端之间设有第六温度传感器(28) 和第四风量计(30)； 第二三通风阀(33)的第一输出端与混风单元(12)的输入端之间设有第 五风量计(34)； 第二三通风阀(33)的第二输出端与四通风阀(7)的第一输入端之间设有第 六风量计(35)。 9.权利要求1～8任意一项所述数据中心耦合冷却系统的运行方法， 其特征在于， 包括 以下工作模式： 自然新风模式： 当室外新风温度小于等于数据中心 的送风温度设定值， 室外新风含湿 量位于数据中心送风含湿量容许范围内时， 自然新风模式启动； 此时天空辐射制冷模块 (8)、 蒸汽压缩制冷模块和加湿器(16)不运行， 四通风阀(7)的第一输入端和第二输出端关 闭， 第一三通风阀(31)的第一输出端和第二输出端开启， 第二三通风阀(33)的第一输出端 开启； 送风冷空气由冷空气入口(26)进入冷通道封闭系统冷却 机柜(36)， 温度升高的部分 回风从热空气出口(27)离开， 经第一三通风阀(31)的第一输出端和排风风道百叶(32)排至 环境， 其余回风经第一三通风阀(31)的第二输出端和第二三通风阀(33)的第一输出端进入 混风单元(12)， 室外引入部分新风经新风风道百叶(1)、 新风预滤器(6)和四通风阀(7)的第 一输出端进入混风单元(12)， 与其余回风混合， 使混风干球温度和风量满足数据中心送风 要求， 随后混风经末端过 滤器(15)、 加湿 器(16)和蒸汽压缩制冷模块回到冷空气入口(26)； 新风加湿模式 Ⅰ： 当室外新风焓值小于等于数据中心送风温度设定值和送风含湿量容 许范围的最小值对应的焓值， 同时新风含湿量小于等于送风含湿量容许范围的最小值， 且 新风温度高于在此范围启动回风辐 射模式Ⅰ的温度设定值， 新风加湿模式 Ⅰ启动； 此时天空 辐射制冷模块(8)和蒸汽压缩制冷模块不运行， 四通风阀(7)的第一输入端和第二输出端关 闭， 第一三通风阀(31)的第一输出端和第二输出端开启， 第二三通风阀(33)的第一输出端 开启； 满足温湿度和送 风量要求的送风冷空气通过冷空气入口(26)进入冷通道封闭系统冷 却机柜(36)， 温度升高的部分回风 从热空气出口(27)离开经第一三通风阀(31)的第一输出 端和排风风道百叶(32)排至环 境， 其余回风经第一三通风阀(31)的第二输出端和第二三通 风阀(33)的第一输出端进入混风单元(12)； 室外引入部 分新风经由新风风道百叶(1)、 新风 预滤器(6)和四通风阀(7)的第一输出端进入混风单元(12)与其余回风混合， 使混风焓值达 到数据中心送风温度设定值和送风含湿量容许范围的最小值对应的焓值且风量满足数据 中心送风要求； 随后 混风经由末端过滤器(15)进入加 湿器(16)， 使混风温度达到数据中心 送风温度设定值， 混风含湿量达到送风含湿量容许范围的最小值， 再经蒸汽压缩制冷模块