本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)中心制冷，尤其是涉及一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量顯著增加。然而，數(shù)據(jù)中心的冷卻需求日益增加，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)由于效率低、耗能高及使用的制冷劑對環(huán)境有害等問題，已經(jīng)難以滿足當前的需求。尤其是傳統(tǒng)制冷劑如氟利昂，雖然在制冷效率上表現(xiàn)良好，但其對環(huán)境的破壞性極大，嚴重影響全球變暖。因此，尋求一種高效、環(huán)保且智能化的制冷技術成為當前研究的重點。

2、二氧化碳作為天然制冷劑，具有無毒、無腐蝕性及良好的相變傳熱特性，在制冷應用中展現(xiàn)出廣闊的前景。然而，如何在大型數(shù)據(jù)中心中高效應用二氧化碳制冷系統(tǒng)，特別是在結合智能控制和可再生能源整合方面，仍存在許多技術難題亟待解決。

3、因此，需要一種設計合理的數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，有效地利用二氧化碳對數(shù)據(jù)中心進行換熱制冷，且換熱后的二氧化碳進行循環(huán)利用，既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效制冷，又能減少二氧化碳能耗。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其設計合理，有效地利用二氧化碳對數(shù)據(jù)中心進行換熱制冷，且換熱后的二氧化碳進行循環(huán)利用，既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效制冷，又能減少二氧化碳能耗。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：包括依次閉環(huán)連接的壓縮機1、冷凝器2、第一地下腔體3、膨脹閥4、第二地下腔體5、蒸發(fā)器6和第三地下腔體7，所述第三地下腔體7與壓縮機1連接，所述第一地下腔體3中存儲液態(tài)二氧化碳，第二地下腔體5中存儲氣液混合二氧化碳，第三地下腔體7中存儲低壓二氧化碳氣體及換熱后的二氧化碳氣體。

3、上述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)中心的屋頂安裝有太陽能光伏板8，所述太陽能光伏板8的輸出端連接有太陽能控制器，所述太陽能控制器的負載端口通過電纜與壓縮機1電源端連接。

4、上述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述壓縮機1通過第一管道13與冷凝器2連接，所述冷凝器2通過第二管道12與第一地下腔體3連接，所述第一地下腔體3與膨脹閥4之間設置有第三管道11，所述膨脹閥4與第二地下腔體5之間設置有第四管道10，所述第二地下腔體5與蒸發(fā)器6之間設置有第五管道9，所述蒸發(fā)器6和第三地下腔體7之間設置有第六管道，所述第三地下腔體7與壓縮機1之間設置有第七管道15。

5、上述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二管道12上設置有第一閥門14-1，所述第三管道11上設置有第二閥門14-2，所述第五管道9上設置有第三閥門14-3，所述第六管道上設置有第四閥門14-4，所述第七管道15上設置有第五閥門14-5。

6、上述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：與蒸發(fā)器6連接的所述第五管道9上設置有壓力傳感器和流量傳感器；

7、所述數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部設置有內(nèi)溫度傳感器，所述內(nèi)溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器均與計算機連接。

8、同時提供了一種二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

9、步驟一、數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷：

10、步驟101、壓縮機1將第三地下腔體7中的低壓二氧化碳氣體壓縮至高壓二氧化碳氣體，高壓的二氧化碳氣體從壓縮機1輸出后經(jīng)過第一管道13進入冷凝器2，冷凝器2通過水冷或風冷方式進行熱交換，將高壓的二氧化碳氣體冷卻并凝結為液態(tài)，液態(tài)二氧化碳從冷凝器2輸出并通過第二管道12存儲在第一地下腔體3中；

11、步驟102、通過第二閥門14-2控制液態(tài)二氧化碳的流量和壓力，調(diào)節(jié)膨脹閥4的開度通過減壓，轉(zhuǎn)化為低溫低壓的氣液混合物，儲存于第二地下腔體5；

12、步驟103、通過第三閥門14-3，控制第二地下腔體5中低溫低壓的氣液混合物經(jīng)過第五管道9輸送到蒸發(fā)器6，低溫低壓的氣液混合物進入蒸發(fā)器6后，氣液混合物中的液態(tài)二氧化碳迅速蒸發(fā)吸收周圍空氣中的熱量，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部空氣的冷卻；

13、步驟二、數(shù)據(jù)中心的溫度控制：

14、步驟201、在蒸發(fā)器6對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部空氣冷卻的過程中，內(nèi)溫度傳感器按照設定的采樣時間δt對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的溫度進行實時檢測，獲取各個采樣時刻的內(nèi)部溫度檢測值并發(fā)送至計算機；

15、步驟202、計算機根據(jù)檢測到的內(nèi)部溫度檢測值和內(nèi)部溫度設定值tset，得到溫度誤差值和溫度誤差值變化率；

16、步驟203、計算機將獲取的溫度誤差值和溫度誤差值變化率輸入模糊pid控制器中；其中，模糊pid控制器中溫度誤差值的取值范圍[-5,+5],溫差誤差值變化率的取值范圍[-5,+5]；模糊pid控制器的輸出量為比例調(diào)節(jié)系數(shù)kp、積分調(diào)節(jié)系數(shù)ki和微分調(diào)節(jié)系數(shù)kd；

17、步驟204、計算機將模糊規(guī)則的權重作為優(yōu)化目標，采用灰狼算法，設定灰狼種群數(shù)量、最大迭代次數(shù)以及模糊規(guī)則的權重的搜索范圍，將模糊規(guī)則的權重設定為狼群個體位置，隨機初始化灰狼種群參數(shù)；

18、步驟205、構建itae的適應度函數(shù)作為目標函數(shù)，迭代更新灰狼的位置,直至滿足最大迭代次數(shù)，則迭代過程結束后返回alpha狼的位置,則為模糊規(guī)則的權重的最優(yōu)值；

19、步驟206、計算機將模糊規(guī)則的權重的最優(yōu)值賦予模糊pid控制器，得到比例調(diào)節(jié)系數(shù)kp、積分調(diào)節(jié)系數(shù)ki和微分調(diào)節(jié)系數(shù)kd；

20、步驟207、基于步驟206中的比例調(diào)節(jié)系數(shù)kp、積分調(diào)節(jié)系數(shù)ki和微分調(diào)節(jié)系數(shù)kd調(diào)節(jié)第三閥門14-3，直至內(nèi)部溫度檢測值滿足內(nèi)部溫度設定值tset。

21、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

22、1、本發(fā)明設置二氧化碳作為冷源,系統(tǒng)具有長壽命、低維護成本的優(yōu)勢，且在壓縮、冷凝、膨脹及蒸發(fā)循環(huán)中實現(xiàn)高效的制冷效果，減少對環(huán)境造成污染。

23、2、本發(fā)明調(diào)節(jié)膨脹閥的開度通過減壓，轉(zhuǎn)化為低溫低壓的氣液混合物，儲存于第二地下腔體，并便于低溫低壓的氣液混合物輸送到蒸發(fā)器進行制冷，通過氣液混合物實現(xiàn)混合制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的均勻分布，提高了冷卻效果。

24、3、本發(fā)明經(jīng)過蒸發(fā)器后的二氧化碳進入第三地下腔體收集，減少能源浪費，同時，釋能后的二氧化碳利進入第三地下腔體進行下一個循環(huán)，實現(xiàn)氣體儲能循環(huán)，提高了能源利用效率，該方式更加環(huán)保安全且具有經(jīng)濟效益。

25、綜上所述，本發(fā)明設計合理，有效地利用二氧化碳對數(shù)據(jù)中心進行換熱制冷，且換熱后的二氧化碳進行循環(huán)利用，既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效制冷，又能減少二氧化碳能耗。

26、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：包括依次閉環(huán)連接的壓縮機(1)、冷凝器(2)、第一地下腔體(3)、膨脹閥(4)、第二地下腔體(5)、蒸發(fā)器(6)和第三地下腔體(7)，所述第三地下腔體(7)與壓縮機(1)連接，所述第一地下腔體(3)中存儲液態(tài)二氧化碳，第二地下腔體(5)中存儲氣液混合二氧化碳，第三地下腔體(7)中存儲低壓二氧化碳氣體及換熱后的二氧化碳氣體。

2.按照權利要求1所述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)中心的屋頂安裝有太陽能光伏板(8)，所述太陽能光伏板(8)的輸出端連接有太陽能控制器，所述太陽能控制器的負載端口通過電纜與壓縮機(1)電源端連接。

3.按照權利要求1所述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述壓縮機(1)通過第一管道(13)與冷凝器(2)連接，所述冷凝器(2)通過第二管道(12)與第一地下腔體(3)連接，所述第一地下腔體(3)與膨脹閥(4)之間設置有第三管道(11)，所述膨脹閥(4)與第二地下腔體(5)之間設置有第四管道(10)，所述第二地下腔體(5)與蒸發(fā)器(6)之間設置有第五管道(9)，所述蒸發(fā)器(6)和第三地下腔體(7)之間設置有第六管道，所述第三地下腔體(7)與壓縮機(1)之間設置有第七管道(15)。

4.按照權利要求3所述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二管道(12)上設置有第一閥門(14-1)，所述第三管道(11)上設置有第二閥門(14-2)，所述第五管道(9)上設置有第三閥門(14-3)，所述第六管道上設置有第四閥門(14-4)，所述第七管道(15)上設置有第五閥門(14-5)。

5.按照權利要求1所述的一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部設置有內(nèi)溫度傳感器，所述內(nèi)溫度傳感器與計算機連接。

6.一種對權利要求5所述的數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷及溫度控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括依次閉環(huán)連接的壓縮機、冷凝器、第一地下腔體、膨脹閥、第二地下腔體、蒸發(fā)器和第三地下腔體，所述第三地下腔體與壓縮機連接，所述第一地下腔體中存儲液態(tài)二氧化碳，第二地下腔體中存儲氣液混合二氧化碳，第三地下腔體中存儲低壓二氧化碳氣體及換熱后的二氧化碳氣體。該方法包括：步驟一、數(shù)據(jù)中心的二氧化碳制冷；步驟二、數(shù)據(jù)中心的溫度控制。本發(fā)明設計合理，有效地利用二氧化碳對數(shù)據(jù)中心進行換熱制冷，且換熱后的二氧化碳進行循環(huán)利用，既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效制冷，又能減少二氧化碳能耗。

技術研發(fā)人員：扈曉翔,歐陽勇,嚴海微,嚴建勛,冉建鵬,趙啟哲
受保護的技術使用者：西安靶向源儲能科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2