一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统

1.本发明涉及隧洞数据中心冷却降温、排热回收利用以及制冷供暖领域，具体涉及一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统。


背景技术：

2.随着it行业的快速发展，高速的运算处理速度对数据中心冷却提出了较高要求与挑战。将数据中心建设在隧道或山洞内部可最大限度的利用山体所蕴含的自然冷量，如低温自然风、岩体冷量以及地下水源等。然而，即便将数据中心建设在隧洞当中，也面临着如何高效稳定的对数据中心进行冷却降温、如何高效合理的利用数据中心排热以及如何实现数据中心节能高效运行等技术问题。


技术实现要素：

3.本发明针对隧洞数据中心冷却以及排热利用问题，提出一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，该系统采用制冷系统将脉动热管导热、隧洞自然风冷却、卫生热水以及办公区制冷供暖有效结合在一起。在夏季，制冷系统制取冷量用于对数据中心进行冷却，同时对办公区制冷。数据中心排热通过脉动热管以及低温隧洞风带出，排热用于制取生活热水并储存在地下水源中。在冬季，采用制冷热泵系统从地下水源中提热，满足数据中心办公区人员生活热水与供暖需求。采用间接蒸发冷却塔自然冷却方式制取冷冻水，满足数据中心冬季用冷需求。
4.本发明的技术方案为：所述能量管理系统包括数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统、中低热流密度散热区自然风冷降温系统、冷却塔冷却系统、制冷供暖系统、制冷系统、生活热水制取系统、生活热水供应系统以及排热提热系统；
5.所述数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统用于对数据中心1的高热流密度散热区101进行散热；
6.所述中低热流密度散热区自然风冷降温系统包括布置在隧洞和中低热流密度散热区102之间的自然风冷环路6，用于对数据中心1的中低热流密度散热区102进行散热；
7.所述制冷供暖系统包括接入数据中心办公区的制冷供暖环路8，
8.所述制冷系统包括制冷循环环路9，所述制冷循环环路9在夏季为数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统以及制冷供暖系统提供冷量，并为生活热水制取系统以及排热提热系统提供热量，所述制冷循环环路9通过阀门切换调节在冬季从排热提热系统吸收热量，并为生活热水制取系统以及制冷供暖系统提供热量，并且在冬季，通过冷却塔冷却系统为数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统提供冷量。
9.进一步的，所述数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统包括脉动热管2、冷量输送环路3、储冷罐4及储冷环路5；
10.所述脉动热管2包括布置在高热流密度散热区101中的脉动热管蒸发端201以及布
置在冷量输送环路3中的脉动热管冷凝端202；
11.所述冷量输送环路3包括高热流密度区蒸发器301、输送回路冷凝器302、输送回路循环泵303及表冷蒸发器304，所述脉动热管2的冷凝端202与高热流密度区蒸发器301热交换，所述高热流密度区蒸发器301通过管道同时连接输送回路冷凝器302及表冷蒸发器304，并且所述输送回路循环泵303连接在该管道中，通过输送回路循环泵303驱动工作流体在冷量输送环路3中循环流动，所述输送回路冷凝器302布置在储冷罐4中，所述表冷蒸发器304则布置在自然风冷环路6中；
12.所述储冷环路5包括储冷蒸发器501、储冷循环泵502及储冷冷凝器503，所述储冷蒸发器501布置在储冷罐4中，所述储冷蒸发器501通过管道连接储冷冷凝器503，并且所述储冷循环泵502连接在该管道中，通过储冷循环泵502驱动工作流体在储冷环路5中循环流动；所述储冷冷凝器503布置在制冷循环环路9中；
13.所述自然风冷环路6自隧洞所在的一侧起依次包括取风段601、初效过滤段602、送风风机段603、表冷除湿段604、中效过滤段605以及送风段606，在所述送风风机段603中设有送风风机，所述表冷蒸发器304布置在表冷除湿段604中，所述送风段606朝向中低热流密度散热区102设置；
14.所述冷却塔冷却系统包括通过管道连接高热流密度区蒸发器301的冷却塔降温环路7，所述高热流密度区蒸发器301有选择的连接输送回路冷凝器302或冷却塔降温环路7，所述冷却塔降温环路7包括间接蒸发冷却塔701，所述间接蒸发冷却塔701的进出口通过管道连接高热流密度区蒸发器301；
15.所述制冷供暖环路8包括制冷供暖换热器801、制冷供暖循环泵802以及室内换热器，所述制冷供暖换热器801通过管道连接室内换热器，并且所述制冷供暖循环泵802连接在该管道中，用于驱动工作流体在制冷供暖回路8中循环运转；所述制冷供暖换热器801布置在制冷循环环路9中；
16.所述制冷循环环路9包括压缩机901、节流装置903、具有冷凝换热器905的冷凝装置902以及具有蒸发换热器906的蒸发装置904，所述压缩机901、冷凝换热器905、节流装置903、蒸发换热器906通过管道依次连接形成循环，并通过阀门切换调节循环方向，所述储冷冷凝器503以及制冷供暖换热器801布置在蒸发装置904中；
17.所述生活热水制取系统包括热水循环环路10，所述热水循环环路10包括热水蒸发器1001、热水循环泵1002以及热水冷凝器1003，所述热水冷凝器1003通过管道有选择的连接热水蒸发器1001或储冷冷凝器503，并且所述热水循环泵1002连接在该管道中，用于驱动工作流体在热水循环环路10中循环运转；所述热水蒸发器1001布置在所述冷凝装置902中，所述热水冷凝器1003则布置在热水储罐1101中；
18.所述生活热水供应系统包括热水供应环路11，所述热水供应环路11包括热水储罐1101，所述热水储罐1101的入口通过自来水供水管1102连接自来水源，所述热水储罐1101的出口连接热水供水管1103；
19.所述排热提热系统包括排热提热环路12，所述排热提热环路12包括排热提热回路换热器1201、排热提热回路循环泵1202以及地下水源换热器1203，所述排热提热回路换热器1201布置在所述冷凝装置902中，所述地下水源换热器1203则伸入地下水中，所述排热提热回路换热器1201通过管道连接地下水源换热器1203，并且所述排热提热回路循环泵1202
连接在该管道中。
20.所述脉动热管蒸发端201为毛细芯结构，并与高热流密度散热区101保持接触，所述脉动热管冷凝端202为多弯头翅片管，所述高热流密度区蒸发器301为盘管或毛细管，并且包裹脉动热管冷凝端202；
21.所述高热流密度区蒸发器301的进出口连接输送回路冷凝器302或间接蒸发冷却塔701的进出口，并且高热流密度区蒸发器301的进出口还连接表冷蒸发器304的进出口。
22.在蒸发装置904中，蒸发换热器906同时与储冷冷凝器503、制冷供暖换热器801进行热交换；
23.在冷凝装置902中，冷凝换热器905同时与热水蒸发器1001、排热提热回路换热器1201进行热交换。
24.在夏季，所述高热流密度区蒸发器301连接输送回路冷凝器302，并与间接蒸发冷却塔701断开连接；所述热水冷凝器1003连接热水蒸发器1001，并与储冷冷凝器503断开连接；
25.在冬季，所述高热流密度区蒸发器301连接间接蒸发冷却塔701，并与输送回路冷凝器302断开连接；所述热水冷凝器1003连接储冷冷凝器503，并与热水蒸发器1001断开连接。
26.本发明采用脉动热管将数据中心高热流密度散热导出，同时采用隧洞自然风对中低热流密度散热区进行全年冷却降温，制冷系统用于为数据中心降温提供必要的冷源。夏季工况，数据中心排热一部分用于制取数据中心办公区卫生热水，多余的冷凝热排放到地下水源中。冬季工况，制冷系统逆向运转，从地下水源提热，用于制取卫生热水，同时向数据中心办公区供暖。采用冷却塔制取冷水，对数据中心进行冷却并带走散热。该发明将数据中心冷却降温与地源热泵有效结合，实现了数据中心排热的合理利用，同时满足了办公区人员热水与制冷供暖需求。
27.本发明的工作过程为：
28.夏季运行工况：制冷系统制取冷量。一部分冷量通过储冷回路搬运并储存到储冷罐，储冷罐中的冷量通过冷量输送环路输送到脉动热管冷凝端以及隧洞自然风表冷蒸发段，采用低温隧洞自然风以及脉动热管将数据中心散热排出。数据中心排热在制冷系统作用下，用于制取数据中心办公区卫生生活热水，多余的排热量通过排热提热回路排放到地下水源蓄存起来。
29.冬季运行工况：为节省能耗，采用冷却塔制取冷冻水，制取的冷冻水对隧洞送风以及脉动热管冷凝端进行冷却降温。制冷系统从地下热源提热，通过把夏季储存的热量提取出来用于制取生活热水，同时满足数据中心办公区冬季供暖需求。
30.本发明通过将数据中心、隧洞风、冷却塔与制冷系统相结合，实现了采用自然冷源对数据中心进行冷却降温，同时制取全年卫生热水以及夏季制冷冬季供暖的需求。既提高了能源的合理可持续利用，又提高了系统运行效率。
31.本发明具有以下优点及效果：
32.一、本发明系统充分利用隧洞低温自然风对数据中心中低热流密度散热区进行全年冷却降温，实现了自然冷源的充分合理利用。
33.二、本发明系统采用脉动热管高效换热技术对数据中心高热流密度散热区进行全
年冷却降温，提高了数据中心降温效果，确保了数据中心高热流密度散热区的稳定可靠运行。
34.三、本发明系统采用制冷循环将数据中心夏季排热用于制取生活热水，满足数据中心办公人员全年卫生热水需求，多余热量储存在地下；冬季制冷系统切换成热泵模式，通过从地下提取热量，用于为数据中心制取卫生热水与供暖热水，实现了能量的合理利用，提高了热泵系统运行效率。
35.四、本发明系统在冬季工况采用冷却塔冷却环路制取冷冻水，对数据中心径向冷却降温，合理利用了山体低温隧洞风等自然冷源。
附图说明
36.图1为本发明结构示意图；
37.图2为夏季运行工况，数据中心冷却与制冷系统运行原理图；
38.图3为冬季运行工况，数据中心冷却与热泵系统运行原理图。
39.图中：1为数据中心，101为高热流密度散热区，102为中低热流密度散热区，2为脉动热管，201为脉动热管蒸发端，202为脉动热管冷凝端，3为冷量输送环路，301为高热流密度区蒸发器，302为输送回路冷凝器，303为输送回路循环泵，304为表冷蒸发器，4为储冷罐，5为储冷环路，501为储冷蒸发器，502为储冷循环泵，503为储冷冷凝器，储冷环路调控阀，6为自然风冷环路，601为取风段，602为初效过滤段，603为送风风机段，604为表冷除湿段，605为中效过滤段，606为送风段，7为冷却塔降温环路，701为间接蒸发冷却塔，8为制冷供暖环路，801为制冷供暖换热器，802为制冷供暖循环泵，803为制冷供暖管路阀门，9为制冷循环环路，901为压缩机，902为冷凝装置，903为节流装置，904为蒸发装置，905为冷凝换热器，906为蒸发换热器，10为热水循环环路，1001为热水蒸发器，1002为热水循环泵，1003为热水冷凝器，11为热水供应环路，1101为热水储罐，1102为自来水供水管，1103热水供水管，12为排热提热环路，1201为排热提热回路换热器，1202为排热提热回路循环泵，1203为地下水源换热器，1204与1205为排热提热回路阀门，v1为调控阀一，v2为调控阀二，v3为调控阀三，v4为调控阀四，v5为调控阀五，v6为调控阀六，v7为调控阀七，v8为调控阀八，v9为调控阀就，v10为调控阀十，v11为调控阀十一，v12为调控阀十二，v13为调控阀十三，v14为调控阀十四，v15为调控阀十五，v16为调控阀十六，v17为调控阀十七，v18为调控阀十八。
具体实施方式
40.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
41.参照图1，该系统包括数据中心1，脉动热管2，冷量输送环路3，储冷罐4，储冷环路5，自然风冷环路6，冷却塔降温环路7，制冷供暖环路8，制冷循环环路9，热水循环环路10，热水供应环路11以及排热提热环路12。
42.所述数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，主要包括数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统，中低热流密度散热区自然风冷降温系统，冷却塔冷却系统，制冷供暖系统，制冷系统，生活热水制取系统，排热提热系统以及生活热水供应系统。
43.所述数据中心1分为高热流密度散热区101以及中低热流密度散热区102。
44.所述数据中心1主要用于放置不同散热量的数据机柜与服务器。
45.所述高热流密度散热区101主要指散热密度在100w/cm2的数据服务器与机柜。
46.所述中低热流密度散热区102主要指散热密度在10-60w/cm2的数据服务器与机柜。
47.关于数据中心高密度散热区脉动热管冷却系统：
48.所述数据中心高密度散热区脉动热管冷却系统主要包括脉动热管2，冷量输送环路3，储冷罐4以及储冷环路5。
49.所述脉动热管2主要由蒸发端201与冷凝端202组成。所述脉动热管2主要指换热强度较高的超薄环路脉动热管，热管中装有工作流体。所述脉动热管蒸发端201制作成毛细芯结构，与电子元器件直接接触，大幅提高换热面积与换热强度，其放置在数据中心高密度散热区。所述脉动热管冷凝端202设置成多弯头翅片管形式达到强化换热的目的。
50.所述冷量输送环路3主要由高热流密度区蒸发器301，输送回路冷凝器302，输送回路循环泵303，表冷蒸发器304以及调控阀七v7，调控阀八v8，调控阀九v9，调控阀十v10，调控阀十一v11，调控阀十二v12组成。
51.所述冷量输送环路3主要用于将储存在储冷罐4中的冷量输送到数据中心高热流密度散热区101。所述高热流密度区蒸发器301采用盘管或毛细管形式包裹在脉动热管冷凝端202以达到强化换热的目的，其进出口与调控阀十一v11，调控阀十二v12相连。所述输送回路冷凝器302为换热结构，用于将数据中心的排热释放到储冷罐4中，自身工作介质被冷却降温，其进出口与管路调控阀七v7，调控阀八v8相连。所述输送回路循环泵303为动力装置，驱动工作流体在冷量输送环路3中循环流动，起到冷量搬运的作用，其设置在管路中与调控阀八v8，调控阀十二v12，调控阀十v10相连。所述表冷蒸发器304为盘管换热装置，用于对隧洞自然风冷却降温除湿，提高中低热流密度散热区降温效果，其进出口与管路调控阀九v9，调控阀十v10相连。所述调控阀七v7，调控阀八v8，调控阀九v9，调控阀十v10，调控阀十一v11，调控阀十二v12用于对管路启停进行调节控制。
52.所述储冷罐4为冷量储存与换热装置。所述储冷罐4主要用于储存储冷环路5输送的冷量，同时将热量传递给冷量输送环路3，在该装置中设置有输送回路冷凝器302以及储冷蒸发器501。
53.所述储冷环路5由储冷蒸发器501，储冷循环泵502，储冷冷凝器503以及储冷环路调控阀一v1，调控阀二v2组成。
54.所述储冷环路5主要是将制冷系统制取的冷量输运到储冷罐4中储存起来，起到冷量搬运的作用。其一侧与制冷系统相连，另一侧与储冷罐4相连。所述储冷蒸发器501为换热装置，其设置在储冷罐4中，与输送回路冷凝器302中流体进行换热，达到冷量传递的目的。其进出口与储冷循环泵502以及储冷环路中的调控阀一v1，调控阀二v2相连。所述储冷循环泵502为动力装置，在其作用下冷量从储冷冷凝器503被搬运到储冷蒸发器501。其进口与调控阀一v1相连，出口与储冷蒸发器501相连。所述储冷冷凝器503为换热装置，其设置在蒸发装置904中，与制冷系统进行换热，达到冷量传递的目的。其进出口与调控阀一v1，调控阀二v2相连。所述调控阀一v1，调控阀二v2为管路阀门，用于对管路启停进行调节控制。
55.关于中低热流密度散热区自然风冷降温系统：
56.所述中低热流密度散热区自然风冷降温系统包括布置在隧洞和中低热流密度散热区102之间的自然风冷环路6，所述自然风冷环路6主要由取风段601，初效过滤段602，送风风机段603，表冷除湿段604，中效过滤段605以及送风段606组成。
57.所述自然风冷环路6主要采用温度较低的隧洞风对数据中心中低热流密度散热区进行冷却降温，其一端置于筒体隧洞中将自然风送入数据中心，另一端接到数据中心风道。所述取风段601主要是采用管道与隧洞相连，取风口设置格栅滤网等装置，其另一端与初效过滤段602相连。所述初效过滤段602为过滤效率为75％的过滤装置，将颗粒较大的灰尘与污染物过滤掉；其一端与取风段601相连，另一端与风机段603相连。所述送风风机段603主要为中低密度散热区自然风冷环路6提供动力；其一端与初效过滤段602相连，另一端与表冷除湿段604相连。所述表冷除湿段604主要用于对筒体自然风进行全年冷却降温以及夏季除湿处理；其一端与风机段603相连，另一端与中效过滤段605相连。所述中效过滤段605为过滤效率为90％的过滤装置；其一端与表冷除湿段604相连，另一端与送风段606相连。所述送风段606为将冷却降温后的隧洞自然风送入数据中心中低热流密度散热区，其一端与表冷除湿段604相连，另一端与数据机柜风道相连。
58.关于冷却塔冷却系统：
59.所述冷却塔冷却系统包括通过管道连接高热流密度区蒸发器301的冷却塔降温环路7，所述高热流密度区蒸发器301有选择的连接输送回路冷凝器302或冷却塔降温环路7，所述冷却塔降温环路7主要由间接蒸发冷却塔701以及调控阀十五v15，调控阀十六v16组成。
60.所述冷却塔降温环路7主要在冬季时代替输送回路冷凝器302通过冷却塔制取冷水用于对高热流密度散热区101进行降温。所述间接蒸发冷却塔701为换热装置，在该装置内，高温水与低温隧洞风逆向热质交换，最终高温水被冷却为低温水。其进出口与调控阀十五v15，调控阀十六v16相连。所述调控阀十五v15，调控阀十六v16用于冷却塔降温环路7启停进行调节控制。
61.关于制冷供暖系统：
62.所述制冷供暖系统包括接入数据中心办公区的制冷供暖环路8，所述制冷供暖环路8主要由制冷供暖换热器801，制冷供暖循环泵802以及制冷供暖管路阀门803组成。
63.所述制冷供暖环路8主要满足数据中心办公区人员夏季空调、冬季采暖的需求。其一侧与制冷系统的蒸发装置相连，另一侧直通数据中心办公区。所述制冷供暖换热器801主要从制冷系统9中蒸发换热器906提取冷量或热量用于加热供暖水或冷却空调水，其出口与制冷供暖循环泵802相连，入口与制冷供暖管路阀门803相连。所述制冷供暖循环泵802为动力装置，驱动冷冻水或采暖水在制冷供暖回路中循环运转，将冷量或热量输送到办公区。其一侧与制冷供暖换热器801相连，另一侧与直接连接到办公区。所述制冷供暖管路阀门803用于对制冷供暖环路8进行启停调节控制。
64.关于制冷系统：
65.所述制冷系统包括制冷循环环路9，所述制冷循环环路9主要由压缩机901，冷凝装置902，节流装置903，蒸发装置904，冷凝换热器905以及蒸发换热器906以及调控阀十三v13，调控阀十四v14，调控阀十七v17，调控阀十八v18组成。
66.所述制冷系统环路9主要用于夏季为数据中心以及办公区提供制冷量，冬季通过
阀门切换调节为办公区提供采暖水，同时制取全年生活热水。其一侧通过冷凝装置902与热水制取环路10，排热提热环路12相连，另一侧通过蒸发装置904与储冷环路5，制冷供暖环路8相连。所述压缩机901主要用于为制冷系统9提供动力，其入口经调控阀十三v13连接蒸发换热器906或经调节阀十七v17连接冷凝换热器905，其出口经调控阀十四v14连接冷凝换热器905或经调节阀十八v18连接蒸发换热器906。所述冷凝装置902主要用于将系统冷凝散热排放到热水循环环路10与排热提热环路12中，该装置中设置冷凝换热器905，热水蒸发器1001以及排热提热回路换热器1201。所述节流装置903是制冷系统9产生冷量的主要装置，其入口与冷凝换热器905相连，出口与蒸发换热器906相连。所述蒸发装置904主要用于将系统制冷量传导到储冷环路5，制冷供暖环路8中，该装置中设置蒸发换热器906，储冷冷凝器503与制冷供暖换热器801。所述冷凝换热器905为换热结构，制冷系统冷凝散热通过该装置排出，其入口与压缩机901相连，出口与节流装置903相连。所述蒸发换热器906为换热结构，制冷系统蒸发制冷量通过该装置导出，其入口与节流装置903相连，出口与压缩机901相连。调控阀十三v13，调控阀十四v14，调控阀十七v17，调控阀十八v18设置在管路中，用于对制冷循环环路9进行冬夏季切换调节。
67.在夏季，所述压缩机901的入口经调控阀十三v13连接蒸发换热器906，出口经调控阀十四v14连接冷凝换热器905；
68.在冬季，所述压缩机901的入口经调节阀十七v17连接冷凝换热器905，其出口经调节阀十八v18连接蒸发换热器906。
69.关于生活热水制取系统：
70.所述生活热水制取系统包括热水循环环路10，所述热水循环环路10主要由热水蒸发器1001，热水循环泵1002，热水冷凝器1003与热水环路调控阀v3，v4，v5，v6组成。
71.所述热水循环环路10主要为数据中心办公区提供全年生活热水，其一侧通过冷凝装置902与制冷系统环路9相连，另一侧通过热水储罐1101与热水供应环路11相连。所述热水蒸发器1001为换热结构，放置于冷凝装置902中，通过与冷凝换热器905换热获得热量，其进出口与热水环路中的调控阀三v3，调控阀四v4相连。所述热水循环泵1002为动力装置，在其作用下，工作流体可以在热水循环环路10中循环流动，起到热量搬运的效果；其设置在管路中，与热水冷凝器1003以及热水环路调控阀四v4相连。所述热水冷凝器1003为换热结构，放置于热水储罐1101中，其进口与热水环路调控阀三v3相连，出口与热水循环泵1002相连。调控阀三v3，调控阀四v4设置在管路中，主要对热水循环环路10进行开闭启停控制。
72.关于生活热水供应系统：
73.所述生活热水供应系统包括热水供应环路11，所述热水供应环路11主要由热水储罐1101，自来水供水管1102以及热水供水管1103组成。
74.所述热水供应环路11通过将制冷系统冷凝热回收利用，为数据中心办公区域提供全年卫生生活热水，其一侧置于热水储罐1101中与热水循环环路10相连，另一侧直接通到数据中心办公区。所述热水储罐1101为换热结构，吸收并储存热水循环环路10搬运的冷凝排热，其一侧与热水循环回路10相连，另一侧直接接至办公区热水管路。所述自来水供水管1102主要用于将自来水输送到热水储罐1101。所述热水供水管1103主要用于将生活热水供应到办公区。
75.关于排热提热系统：
76.所述排热提热系统包括排热提热环路12，所述排热提热环路12主要由排热提热回路换热器1201，排热提热回路循环泵1202，地下水源换热器1203，排热提热回路阀门1204，1205组成。
77.所述排热提热环路12主要将夏季多余的制冷系统冷凝热排放到地下水源中，冬季从地下水源提取热量用于对办公区供暖。其一侧与制冷系统相连，另一侧埋到地下，从地下取热或向地下排热。
78.所述排热提热回路换热器1201为换热装置，设置于冷凝装置902中，其入口与排热提热回路阀门1204相连，出口与排热提热回路循环泵1202相连。
79.所述排热提热回路循环泵1202为动力装置，驱动热水在排热提热环路12中循环流动，起到向地下排热或从地下提取热量的作用。其入口与排热提热回路换热器1201相连，出口与排热提热回路阀门1205相连。所述地下水源换热器1203为换热装置，掩埋在地下，在夏季将冷凝热排放到地下，在冬季从地下提取热量。其进出口与排热提热回路阀门1204，1205相连。所述排热提热回路阀门1204，1205用于对排热提热环路12进行启停调节控制。
80.关于上述中各个部分的功能：
81.所述脉动热管2的蒸发端201采用毛细结构贴敷在电子元器件上，热管冷凝端202采用盘管式置于储冷罐中。所述脉动热管2中工作介质可采用去离子水、醇类流体、酮类流体、纳米流体、磁流体以及其他高强度换热流体，充液率为30—60％。
82.所述冷量输送环路3可以全年或部分时间段为数据中心输送冷量。所述表冷蒸发器304为盘管换热器，可全年工作，用于对隧洞自然风进行冷却降温，夏季兼具除湿功能。所述高热流密度区蒸发器301采用毛细管包裹脉动热管冷凝端202，达到高效换热的目的。
83.所述储冷罐4中填充相变蓄冷流体，用于蓄存制冷系统提供的冷量，并且罐体外部绝热保温良好。储冷罐蓄存的冷量应能满足高热流密度散热区夜晚的用冷需求。白天，制冷系统9一方面对数据中心进行冷却，同时向储冷罐储存冷量；晚上，制冷系统9停止工作，采用储冷罐中蓄存冷量对数据中心进行冷却，最大限度节省运行能耗。
84.所述输送回路循环泵303与储冷循环泵502应设置防爆防护措施。
85.所述自然风冷环路6中隧洞自然风将数据机柜或电子元器件散热带走后。隧洞自然风冷环路6全年运行为中低热流密度散热区进行冷却降温。
86.所述冷却塔降温环路7在冬季工况运行，通过与外部空气逆向对流热质传递制取冷冻水，为数据中心提供用冷需求。
87.所述制冷供暖环路8用于为数据中心办公区夏季提供冷量，冬季提供热量，满足其空调取暖需求。
88.所述制冷循环环路9白天运行为数据中心提供冷量，晚上停止运行，采用储冷罐4蓄存的冷量以及隧洞低温自然风对数据中心进行冷却降温。制冷系统环路9需设置在专门的制冷机房中，机房内应有相应的排水通风设施，并设置系统运行压力温度检测装置。
89.所述热水供应环路11全年为数据中心办公区人员提供生活热水需求。
90.所述排热提热环路12在夏季将制冷系统冷凝热排放到地下水源中，冬季从地下水源中提取热量用于制取取暖水。
91.各个调控阀设置在管路中，在冬夏季切换控制。其中，在夏季，调控阀一v1，调控阀二v2，调控阀三v3，调控阀四v4，调控阀七v7，调控阀八v8，调控阀十三v13，调控阀十四v14
开启，调控阀五v5，调控阀六v6，调控阀十五v15，调控阀十六v16，调控阀十七v17，调控阀十八v18关闭；在冬季，调控阀一v1，调控阀二v2，调控阀三v3，调控阀四v4，调控阀七v7，调控阀八v8，调控阀十三v13，调控阀十四v14关闭，调控阀五v5，调控阀六v6，调控阀十五v15，调控阀十六v16，调控阀十七v17，调控阀十八v18开启；调控阀九v9，调控阀十v10，调控阀十一v11，调控阀十二v12全年开启。
92.本发明的工作原理为：数据中心分为高热流密度散热区与中低热流密度散热区。采用脉动热管高效换热技术对高热流密度散热区进行冷却降温，采用洞体隧洞低温自然通风带走中低热流密度散热区排热。本发明通过制冷热泵系统将数据中心脉动热管冷却、隧洞自然风冷却、生活热水制取、制冷供暖结合起来，实现了能量的合理利用。
93.夏季运行工况如图2所示：制冷系统制取冷量。一部分冷量通过储冷回路搬运并储存到储冷罐，储冷罐中的冷量通过冷量输送环路输送到脉动热管冷凝端以及隧洞自然风表冷蒸发段，采用低温隧洞自然风以及脉动热管将数据中心散热排出。数据中心排热在制冷系统作用下，用于制取数据中心办公区卫生生活热水，多余的排热量通过排热提热回路排放到地下水源蓄存起来。
94.冬季运行工况如图3所示：为节省能耗，采用冷却塔制取冷冻水，制取的冷冻水对隧洞送风以及脉动热管冷凝端进行冷却降温。制冷系统逆向运转成热泵模式，从地下热源提热，通过把夏季储存的热量提取出来用于制取生活热水，同时满足数据中心办公区冬季供暖需求。
95.本发明通过将数据中心、隧洞风、冷却塔与制冷系统相结合，实现了采用自然冷源对数据中心进行冷却降温，同时制取全年卫生热水以及夏季制冷冬季供暖的需求。既提高了能源的合理可持续利用，又提高了系统运行效率。
96.本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统包括数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统、中低热流密度散热区自然风冷降温系统、冷却塔冷却系统、制冷供暖系统、制冷系统、生活热水制取系统、生活热水供应系统以及排热提热系统；所述数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统用于对数据中心(1)的高热流密度散热区(101)进行散热；所述中低热流密度散热区自然风冷降温系统包括布置在隧洞和中低热流密度散热区(102)之间的自然风冷环路(6)，用于对数据中心(1)的中低热流密度散热区(102)进行散热；所述制冷供暖系统包括接入数据中心办公区的制冷供暖环路(8)，所述制冷系统包括制冷循环环路(9)，所述制冷循环环路(9)在夏季为数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统以及制冷供暖系统提供冷量，并为生活热水制取系统以及排热提热系统提供热量，所述制冷循环环路(9)通过阀门切换调节在冬季从排热提热系统吸收热量，并为生活热水制取系统以及制冷供暖系统提供热量，并且在冬季，通过冷却塔冷却系统为数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统提供冷量。2.根据权利要求1所述的一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，其特征在于，所述数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统包括脉动热管(2)、冷量输送环路(3)、储冷罐(4)及储冷环路(5)；所述脉动热管(2)包括布置在高热流密度散热区(101)中的脉动热管蒸发端(201)以及布置在冷量输送环路(3)中的脉动热管冷凝端(202)；所述冷量输送环路(3)包括高热流密度区蒸发器(301)、输送回路冷凝器(302)、输送回路循环泵(303)及表冷蒸发器(304)，所述脉动热管(2)的冷凝端(202)与高热流密度区蒸发器(301)热交换，所述高热流密度区蒸发器(301)通过管道同时连接输送回路冷凝器(302)及表冷蒸发器(304)，并且所述输送回路循环泵(303)连接在该管道中，通过输送回路循环泵(303)驱动工作流体在冷量输送环路(3)中循环流动，所述输送回路冷凝器(302)布置在储冷罐(4)中，所述表冷蒸发器(304)则布置在自然风冷环路(6)中；所述储冷环路(5)包括储冷蒸发器(501)、储冷循环泵(502)及储冷冷凝器(503)，所述储冷蒸发器(501)布置在储冷罐(4)中，所述储冷蒸发器(501)通过管道连接储冷冷凝器(503)，并且所述储冷循环泵(502)连接在该管道中，通过储冷循环泵(502)驱动工作流体在储冷环路(5)中循环流动；所述储冷冷凝器(503)布置在制冷循环环路(9)中；所述自然风冷环路(6)自隧洞所在的一侧起依次包括取风段(601)、初效过滤段(602)、送风风机段(603)、表冷除湿段(604)、中效过滤段(605)以及送风段(606)，在所述送风风机段(603)中设有送风风机，所述表冷蒸发器(304)布置在表冷除湿段(604)中，所述送风段(606)朝向中低热流密度散热区(102)设置；所述冷却塔冷却系统包括通过管道连接高热流密度区蒸发器(301)的冷却塔降温环路(7)，所述高热流密度区蒸发器(301)有选择的连接输送回路冷凝器(302)或冷却塔降温环路(7)，所述冷却塔降温环路(7)包括间接蒸发冷却塔(701)，所述间接蒸发冷却塔(701)的进出口通过管道连接高热流密度区蒸发器(301)；所述制冷供暖环路(8)包括制冷供暖换热器(801)、制冷供暖循环泵(802)以及室内换
热器，所述制冷供暖换热器(801)通过管道连接室内换热器，并且所述制冷供暖循环泵(802)连接在该管道中，用于驱动工作流体在制冷供暖回路(8)中循环运转；所述制冷供暖换热器(801)布置在制冷循环环路(9)中；所述制冷循环环路(9)包括压缩机(901)、节流装置(903)、具有冷凝换热器(905)的冷凝装置(902)以及具有蒸发换热器(906)的蒸发装置(904)，所述压缩机(901)、冷凝换热器(905)、节流装置(903)、蒸发换热器(906)通过管道依次连接形成循环，并通过阀门切换调节循环方向，所述储冷冷凝器(503)以及制冷供暖换热器(801)布置在蒸发装置(904)中；所述生活热水制取系统包括热水循环环路(10)，所述热水循环环路(10)包括热水蒸发器(1001)、热水循环泵(1002)以及热水冷凝器(1003)，所述热水冷凝器(1003)通过管道有选择的连接热水蒸发器(1001)或储冷冷凝器(503)，并且所述热水循环泵(1002)连接在该管道中，用于驱动工作流体在热水循环环路(10)中循环运转；所述热水蒸发器(1001)布置在所述冷凝装置(902)中，所述热水冷凝器(1003)则布置在热水储罐(1101)中；所述生活热水供应系统包括热水供应环路(11)，所述热水供应环路(11)包括热水储罐(1101)，所述热水储罐(1101)的入口通过自来水供水管(1102)连接自来水源，所述热水储罐(1101)的出口连接热水供水管(1103)；所述排热提热系统包括排热提热环路(12)，所述排热提热环路(12)包括排热提热回路换热器(1201)、排热提热回路循环泵(1202)以及地下水源换热器(1203)，所述排热提热回路换热器(1201)布置在所述冷凝装置(902)中，所述地下水源换热器(1203)则伸入地下水中，所述排热提热回路换热器(1201)通过管道连接地下水源换热器(1203)，并且所述排热提热回路循环泵(1202)连接在该管道中。3.根据权利要求2所述的一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，其特征在于，所述脉动热管蒸发端(201)为毛细芯结构，并与高热流密度散热区(101)保持接触，所述脉动热管冷凝端(202)为多弯头翅片管，所述高热流密度区蒸发器(301)为盘管或毛细管，并且包裹脉动热管冷凝端(202)；所述高热流密度区蒸发器(301)的进出口连接输送回路冷凝器(302)或间接蒸发冷却塔(701)的进出口，并且高热流密度区蒸发器(301)的进出口还连接表冷蒸发器(304)的进出口。4.根据权利要求2所述的一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，其特征在于，在蒸发装置(904)中，蒸发换热器(906)同时与储冷冷凝器(503)、制冷供暖换热器(801)进行热交换；在冷凝装置(902)中，冷凝换热器(905)同时与热水蒸发器(1001)、排热提热回路换热器(1201)进行热交换。5.根据权利要求2所述的一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，其特征在于，在夏季，所述高热流密度区蒸发器(301)连接输送回路冷凝器(302)，并与间接蒸发冷却塔(701)断开连接；所述热水冷凝器(1003)连接热水蒸发器(1001)，并与储冷冷凝器(503)断开连接；在冬季，所述高热流密度区蒸发器(301)连接间接蒸发冷却塔(701)，并与输送回路冷凝器(302)断开连接；所述热水冷凝器(1003)连接储冷冷凝器(503)，并与热水蒸发器(1001)断开连接。

技术总结
本发明公开了一种隧洞式数据中心冷却降温、卫生热水制取与制冷供暖耦合的能量管理系统，涉及隧洞数据中心冷却降温、排热回收利用以及制冷供暖领域。系统采用制冷热泵系统将脉动热管导热、隧洞自然风冷却、卫生热水以及办公区制冷供暖有效结合在一起。所述能量管理系统包括数据中心高热流密度散热区脉动热管冷却降温系统、中低热流密度散热区自然风冷降温系统、冷却塔冷却系统、制冷供暖系统、制冷系统、生活热水制取系统、生活热水供应系统以及排热提热系统。本发明通过将数据中心、隧洞风、冷却塔与制冷系统相结合，实现了采用自然冷源对数据中心进行冷却降温，同时制取全年卫生热水以及夏季制冷冬季供暖的需求。水以及夏季制冷冬季供暖的需求。水以及夏季制冷冬季供暖的需求。


技术研发人员：刘展 凌云志 李晓昭 赵鹏 袁楷峰
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/25