Устройство и способ прямого естественного охлаждения
Изобретение относится к системе для регулирования температуры, более конкретно к смесительной камере для регулирования температуры. Она содержит корпус, через который может проходить по меньшей мере один воздушный поток и в котором установлено по меньшей мере одно фильтрующее устройство, через которое может проходить воздушный поток, при этом воздушный поток проходит через клапанное устройство, содержащее по меньшей мере один клапан, при этом клапанное устройство содержит клапан притока наружного воздуха, рециркуляционный клапан и клапан притока смешанного воздуха, управление которыми осуществляется в зависимости от определенного параметра, в частности в зависимости от температуры окружающей среды, предпочтительно в зависимости от температуры наружного или приточного воздуха, при этом если температура окружающей среды ниже 0°C, обеспечен предварительный подогрев фильтра путем нагрева наружного воздуха, поступающего через клапан притока наружного воздуха, воздухом из помещения, который входит через клапан притока смешанного воздуха, причем управление клапанным устройством осуществляется таким образом, что в зависимости от определенного параметра, в частности в зависимости от температуры, воздушный поток проходит через одно из фильтрующих устройств. Это позволяет снизить энергопотребление благодаря возможности естественного охлаждения в широком диапазоне температур. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к смесительной камере, предназначенной для регулирования температуры и содержащей корпус, через который может проходить по меньшей мере один воздушный поток и в котором установлено по меньшей мере одно фильтрующее устройство, через которое может проходить воздушный поток, при этом воздушный поток проходит через клапанное устройство, содержащее по меньшей мере один клапан. Кроме того, изобретение относится к системе для регулирования температуры и к способу эксплуатации такой системы.
Уровень техники
Известны смесительные камеры для регулирования температуры существующего уровня техники. Известны также системы для регулирования температуры существующего уровня техники, предназначенные для различных областей применения. Одной из возможных областей применения таких систем является кондиционирование воздуха в отдельных помещениях или в целых зданиях. Системы для регулирования температуры особенно необходимы для кондиционирования воздуха в вычислительных центрах, поскольку во время работы компьютерных систем, например серверных систем, происходит значительное выделение теплоты. Теплоту, которую вырабатывают серверные системы, необходимо отводить из помещения, где установлены серверные системы, поскольку максимально допустимая температура эксплуатации таких серверных систем лежит в области 35°C, которая может быть достигнута и превышена в течение короткого времени при отсутствии отвода теплоты, вырабатываемой серверами.
Из DE 19904667 известна система для регулирования температуры в здании. Описанная система содержит кондиционер с контуром охлаждения, при этом обеспечивается непрямое охлаждение здания или отдельных помещений при помощи охлаждающей среды. Такое охлаждение является особенно предпочтительным, благодаря тому, что оно позволяет хорошо соблюдать максимально допустимые значения относительной влажности воздуха и требуемой температуры. Охлаждение посредством указанной системы осуществляется в зависимости от температуры окружающей среды путем непрямого естественного охлаждения зимой, активного охлаждения летом, а также путем непрямого естественного охлаждения в комбинации с активным охлаждением в переходные сезоны. Однако вследствие высокого потребления энергии непрямое охлаждение является очень дорогостоящим.
Раскрытие изобретения
В связи с изложенным задачей настоящего изобретения является обеспечение смесительной камеры для регулирования температуры, которая обеспечивает хорошее регулирование температуры при низком потреблении энергии. Другой задачей изобретения является обеспечение системы для регулирования температуры, а также способа эксплуатации системы для регулирования температуры.
Согласно изобретению для решения указанной задачи в смесительной камере вышеуказанного вида предусмотрено клапанное устройство, содержащее по меньшей мере три клапана, управление которыми осуществляется в зависимости от определенного параметра, в частности в зависимости от определенного параметра окружающей среды.
Благодаря применению трех клапанов, можно реализовать множество различных режимов работы смесительной камеры, поэтому смесительную камеру можно настраивать гораздо более точно в соответствии с различными режимами работы и требованиями. При этом можно также снизить потребление энергии, поскольку для индивидуальных рабочих точек можно установить индивидуальные настройки, что позволяет выбрать режим работы, который в этой рабочей точке обеспечивает минимальное потребление энергии. Предпочтительным параметром окружающей среды является температура, например температура наружного воздуха. Дополнительно или альтернативно этому можно также использовать другие параметры окружающей среды, в частности концентрацию частиц в воздухе или влажность воздуха, в качестве параметров, от которых зависит управление.
Предпочтительные усовершенствования и варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления могут быть предусмотрены два фильтрующих устройства, через которые можно пропускать воздушный поток. Одно фильтрующее устройство может содержать фильтры одного единственного типа или комбинацию фильтров, например из двух, трех или более типов фильтров, через которые последовательно проходит воздушный поток. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения одно из фильтрующих устройств содержит фильтр класса фильтрации G4, а другое фильтрующее устройство - комбинацию двух фильтров классов фильтрации G4 и F7. В этом случае воздушный поток может проходить из окружающей среды здания, в котором находится вычислительный центр, через комбинацию фильтров G4 и F7, при этом вначале фильтр G4 производит грубую очистку, а затем фильтр F7 отфильтровывает из воздушного потока мелкие частицы. В воздушном потоке, который поступает в смесительную камеру из вычислительного центра, достаточно фильтрации мелких частиц при помощи фильтра F7, поскольку этот воздух уже был очищен.
В рамках другого предпочтительного варианта осуществления клапанное устройство может быть выполнено и/или может управляться в зависимости от определенного параметра таким образом, чтобы воздушный поток проходил через один или оба фильтрующих устройства. Если воздушный поток проходит только через одно фильтрующее устройство, это означает, что осуществляется либо 100% обмен воздуха между помещением, в котором регулируется температура, и окружающей средой, либо режим рециркуляции воздуха. При этом в тех случаях, когда воздушный поток проходит через фильтрующее устройство, которое содержит только один тип фильтра, потеря напора является гораздо меньшей, чем в тех случаях, когда воздушный поток должен проходить через комбинацию фильтров. Это также приводит к экономии энергии, поскольку далее, например в вентиляторе, не требуется снова восстанавливать давление. Если воздушный поток проходит через оба фильтрующих устройства, происходит работа в смешанном режиме, в котором осуществляется как обмен воздуха с окружающей средой, так и рециркуляция воздуха в охлаждаемом помещении. Управление клапанным устройством можно реализовать особенно простым способом при помощи микроконтроллера.
В рамках особенно простого варианта осуществления клапанное устройство может содержать клапан притока наружного воздуха, и/или рециркуляционный клапан, и/или клапан притока смешанного воздуха.
Для улучшения регулирования температуры в корпусе может быть установлен компрессор для использования в определенных режимах работы, например при температуре приточного воздуха, называемого также наружным воздухом, превышающей 17°C. Начиная с 25°C можно осуществлять активное охлаждение при помощи компрессора, в то время как в диапазоне от 17°C до 25°C можно использовать только смешанный режим из активного и прямого охлаждения, что также позволяет снизить затраты на энергию. При температуре ниже 17°C можно использовать прямое естественное охлаждение и, таким образом, снизить потребление энергии, соблюдая при этом предельно допустимые значения согласно директиве 9.9 - 2008 Технического комитета Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ASHRAE ТС). Благодаря применению естественного охлаждения, можно обеспечить высокую эффективность использования энергии, поскольку при этом отсутствуют какие-либо потери энергии, например, связанные с дополнительными теплообменниками. В этом случае компрессор может быть как встроен в корпус, так и установлен на корпусе в виде отдельного узла. В принципе, система может иметь водяное или воздушное охлаждение.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена система для регулирования температуры, в которой предусмотрено несколько смесительных камер, расположенных параллельно друг другу. Поскольку для системы согласно изобретению не требуется никакого гидравлического оборудования, в частности, трубопроводов, насосов или арматуры, имеется хорошая возможность масштабирования системы, поэтому в любое время в зависимости от требований ее можно расширить или уменьшить простыми средствами. Кроме того, при этом можно уменьшить капиталовложения по сравнению с известными системами непрямого естественного охлаждения.
В другом предпочтительном варианте осуществления может быть предусмотрено по меньшей мере одно вентиляционное устройство. Это вентиляционное устройство может быть установлено за пределами охлаждаемого помещения, например на открытом воздухе, для того чтобы улучшить отвод нагретого воздуха. Такой дополнительный отвод теплоты при помощи вентиляционного устройства может осуществляться при температуре окружающей среды выше 17°C.
Изобретение относится также к способу эксплуатации указанной системы для регулирования температуры, согласно которому управление клапанным устройством осуществляют таким образом, чтобы в зависимости от определенного параметра, в частности, в зависимости от температуры, воздушный поток проходил через один или оба фильтрующих устройства. Для управления клапанным устройством можно предпочтительным образом использовать соответствующее программное обеспечение. При использовании способа согласно изобретению можно обеспечить высокую эффективность использования энергии, поскольку при этом отсутствуют потери энергии, например, связанные с дополнительным теплообменником.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание примера осуществления изобретения со ссылками на схематические чертежи, на которых представлены:
фиг.1 - схематическое изображение смесительной камеры согласно изобретению:
фиг.2 - схематическое изображение системы для регулирования температуры согласно изобретению в первом режиме работы;
фиг.3 - схематическое изображение системы для регулирования температуры согласно изобретению во втором режиме работы;
фиг.4 - схематическое изображение системы для регулирования температуры согласно изобретению в третьем режиме работы;
фиг.5 схематическое изображение системы для регулирования температуры согласно изобретению в четвертом режиме работы; и
фиг.6 схематическое изображение системы для регулирования температуры согласно изобретению в пятом режиме работы.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематически представлен пример осуществления смесительной камеры 20 согласно изобретению. Смесительная камера 20 содержит корпус 1 с клапанным устройством и двумя фильтрующими устройствами 2, 3, при этом клапанное устройство содержит клапан 4 притока наружного воздуха, рециркуляционный клапан 5 и клапан 6 притока смешанного воздуха. Фильтрующее устройство 2 содержит фильтр 7 G4, который установлен в направлении потока воздуха, проходящего через фильтрующее устройство 2, перед фильтром 8 F7. Через фильтрующее устройство 2 проходит наружный воздух AU, а также, в случае предварительного подогрева фильтра, предварительно нагретый воздух UM1, если открыт соответствующий клапан 4 притока наружного воздуха и если требуется, клапан 6 притока смешанного воздуха. Второе фильтрующее устройство 3 содержит фильтр 9 G4, через который воздушный поток UM2 проходит в тех режимах работы, когда используется рециркуляция воздуха. В этом режиме работы воздушный поток UM2 циркулирует в охлаждаемом помещении, в котором в этом примере осуществления расположен вычислительный центр. Кроме того, на корпусе 1 смесительной камеры 20 установлен отдельный блок, в котором расположен компрессор 10, при этом воздушный поток может проходить через корпус 1 и указанный блок.
Принцип работы смесительной камеры 20 в системе согласно изобретению показан на фиг.2-6, где представлены пять различных режимов работы системы для регулирования температуры вычислительного центра. Вычислительный центр содержит множество серверов 30, которые в процессе работы выделяют теплоту. При этом в наружной стене вычислительного центра предусмотрены вентиляционные отдушины 40 для свободного обмена воздухом из помещения вычислительного центра и наружным воздухом из окружающей среды здания 6, в котором находится вычислительный центр. Температура воздуха в помещении вычислительного центра в данном примере осуществления должна поддерживаться равной 27°С.
На фиг.2 показана система для регулирования температуры вычислительного центра согласно изобретению в первом режиме работы. Этот режим работы осуществляется при температуре окружающей среды, которая равна или превышает 25°C. При такой высокой температуре окружающей среды система для регулирования температуры работает в так называемом режиме рециркуляции с применением компрессора. Поскольку компрессор 10 работает, это означает, что осуществляется активное охлаждение вычислительного центра. При этом затушеванные стрелки символизируют нагретые воздушные потоки, а незатушеванные стрелки - холодные воздушные потоки. В этом режиме работы клапан 4 притока наружного воздуха и клапан 6 притока смешанного воздуха закрыты, а рециркуляционный клапан 5 открыт.Поэтому воздушный поток и UM2 циркулирует от серверов 30 в смесительную камеру 20, проходит через фильтр 9 F7 и отводится через вентиляционные устройства 11 в окружающую среду. В зависимости от температурного градиента между температурой воздуха в помещении вычислительного центра и температурой окружающей среды возможен обусловленный температурным градиентом небольшой обмен между воздухом в помещении и наружным воздухом. Такие небольшие воздушные потоки показаны штриховыми стрелками.
На фиг.3 показана система для регулирования температуры согласно изобретению во втором режиме работы, который используется при температуре окружающей среды выше 17°C и ниже 25°C. В этом режиме работы осуществляется 100% обмен воздуха в помещении вычислительного центра, при этом клапан 4 притока наружного воздуха открыт, а рециркуляционный клапан 5 и клапан 6 притока смешанного воздуха закрыты. Поэтому воздушный поток AU входит в смесительную камеру 20 через фильтр 7 G4 и фильтр 8 F7 фильтрующего устройства 2 и выходит из вычислительного центра через вентиляционные отдушины 40. Для обеспечения достаточного охлаждения вычислительного центра кроме прямого охлаждения путем обмена воздуха используется компрессор 10, при помощи которого осуществляется дополнительное активное охлаждение вычислительного центра. Кроме того, небольшой поток нагретого воздуха отводится вентиляционным устройством 11.
Третий режим работы системы для регулирования температуры согласно изобретению представлен на фиг.4. Этот режим работы, в котором прямое естественное охлаждение осуществляется только за счет 100% обмена воздуха, можно использовать при температуре окружающей среды, равной 17°C. При этом воздушный поток AU входит в смесительную камеру 20 через фильтр 7 G4 и фильтр 8 F7 фильтрующего устройства 2 и выходит из вычислительного центра через вентиляционные отдушины 40. Компрессор 10 или вентиляционные устройства 11 в этом режиме работы не участвуют.
Систему для регулирования температуры согласно изобретению можно использовать в четвертом смешанном режиме работы с рециркуляцией воздуха. Этот режим работы показан на фиг.5. В описанном здесь примере осуществления этот режим работы устанавливается при температуре окружающей среды от 0°C до температуры ниже 17°C. В таком режиме работы, показанном более подробно на фиг.5, клапан 4 притока наружного воздуха и клапан 6 притока смешанного воздуха открыты, в то время как рециркуляционный клапан 5 закрыт.
Если температура окружающей среды ниже 0°C, используется пятый режим работы системы для регулирования температуры, как показано на фиг.6. Этот режим работы также представляет собой смешанный режим с рециркуляцией воздуха и предварительным подогревом фильтра. При этом наружный воздух AU, поступающий в смесительную камеру 20 через клапан 4 притока наружного воздуха из окружающей среды, предварительно нагревается воздухом из помещения, нагретым серверами 30, который входит в смесительную камеру 20 через клапан 6 притока смешанного воздуха. Таким образом, клапан 4 притока наружного воздуха и клапан 6 притока смешанного воздуха в этом режиме работы являются открытыми, а рециркуляционный клапан 5 - закрытым. Затем нагретый воздух выходит через вентиляционные отдушины 40 в окружающую среду. В соответствии с этим в режимах работы, показанных на фиг.5 и 6, осуществляется прямое естественное охлаждение вычислительного центра с особенно эффективным использованием энергии.
1. Смесительная камера для регулирования температуры, имеющая корпус (1), через который может проходить по меньшей мере один воздушный поток и в котором установлено по меньшей мере одно фильтрующее устройство (2, 3), через которое может проходить воздушный поток, при этом воздушный поток проходит через клапанное устройство, содержащее по меньшей мере один клапан, отличающаяся тем, что клапанное устройство содержит клапан (4) притока наружного воздуха, рециркуляционный клапан (5) и клапан (6) притока смешанного воздуха, управление которыми осуществляется в зависимости от определенного параметра, в частности в зависимости от температуры окружающей среды, предпочтительно в зависимости от температуры наружного или приточного воздуха, при этом если температура окружающей среды ниже 0°C, обеспечен предварительный подогрев фильтра путем нагрева наружного воздуха, поступающего через клапан (4) притока наружного воздуха, воздухом из помещения, который входит через клапан (6) притока смешанного воздуха, причем управление клапанным устройством осуществляется таким образом, что в зависимости от определенного параметра, в частности в зависимости от температуры, воздушный поток проходит через одно из фильтрующих устройств (2, 3).
2. Смесительная камера по п. 1, отличающаяся тем, что предусмотрены два фильтрующих устройства (2, 3), через которые может проходить воздушный поток.
3. Смесительная камера по п. 2, отличающаяся тем, что клапанное устройство выполнено и/или управляется в зависимости от определенного параметра таким образом, чтобы воздушный поток проходил только через одно фильтрующее устройство (2, 3).
4. Смесительная камера по п. 1, отличающаяся тем, что с корпусом (1) связан компрессорный блок (10).
5. Смесительная камера по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что управление клапанным устройством осуществляется в зависимости от концентрации частиц в воздухе или от влажности воздуха.
6. Система для регулирования температуры, отличающаяся тем, что предусмотрено несколько смесительных камер (20) по одному из предшествующих пунктов, которые расположены параллельно друг другу.
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что предусмотрены вентиляционные устройства (11).
8. Способ эксплуатации системы для регулирования температуры по пп. 1-7, отличающийся тем, что
a) в первом режиме работы клапан (4) притока наружного воздуха, а также клапан (6) притока смешанного воздуха закрыты, а рециркуляционный клапан (5) открыт,
b) во втором режиме работы клапан (4) притока наружного воздуха открыт, а рециркуляционный клапан (5) и клапан (6) притока смешанного воздуха закрыты,
c) в третьем режиме работы клапан (4) притока наружного воздуха открыт, а клапан (6) притока смешанного воздуха и рециркуляционный клапан (5) закрыты,
d) в четвертом режиме работы клапан (4) притока наружного воздуха и клапан (6) притока смешанного воздуха открыты, а рециркуляционный клапан (5) закрыт, и
e) в пятом режиме работы клапан (4) притока наружного воздуха и клапан (6) притока смешанного воздуха открыты, а рециркуляционный клапан (5) закрыт.
