淺析直流式蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究

宋姣姣 王 瑾 王 靜 崔 巍

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院 710109）

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)中心；蒸發(fā)冷卻；焓濕圖；直流式

0 前言

機房空調(diào)主要用于計算機和數(shù)字處理機房中，系統(tǒng)機房包括：主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)。國家工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見》，要求‘十一五’期間，電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗下降 10%[1]?，F(xiàn)有在數(shù)據(jù)中心里應(yīng)用的蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)，有直接蒸發(fā)冷卻、間接蒸發(fā)冷卻、間接-直接兩級蒸發(fā)冷卻或者間接-直接多級蒸發(fā)冷卻等系統(tǒng)形式，也可分為直流式、循環(huán)式、混合式空調(diào)系統(tǒng)等[2]。本文對數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的直流式空調(diào)系統(tǒng)進行分析。

1 數(shù)據(jù)中心環(huán)境要求

美國采暖制冷與空調(diào)工程師學(xué)會ASHRAE TC9.9發(fā)布的1、2級通信機房的環(huán)境要求為例，設(shè)施應(yīng)以推薦運行環(huán)境范圍為目標進行設(shè)計與運行，溫度為 18～27℃，濕度要求為露點溫度5.5～15℃且相對濕度小于60%[3]，分析出1級環(huán)境要求推薦區(qū)和允許區(qū)，推薦運行是完全正常運行環(huán)境情況，而允許運行是極端運行環(huán)境情況，允許區(qū)比推薦區(qū)范圍更大，即放寬的要求在保證機房設(shè)備正常運行的時候，可以減少機房加濕、除濕、加熱的能耗，降低機房空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

2 蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用形式

目前數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)應(yīng)用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，有噴霧直接蒸發(fā)冷卻降溫系統(tǒng)、直接蒸發(fā)式冷氣機、管式間接蒸發(fā)冷卻器、露點式間接蒸發(fā)冷卻器等[4-5]。筆者從機房空調(diào)系統(tǒng)的直流式應(yīng)用形式入手，直流式空調(diào)系統(tǒng)又稱為全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，是指系統(tǒng)在運行過程中全部采用新風(fēng)，經(jīng)處理達到送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)后再送人空調(diào)房間內(nèi)，吸收室內(nèi)空氣的熱濕負荷后又全部排掉，新風(fēng)一進一排使用的空調(diào)系統(tǒng)；在此基礎(chǔ)上，進一步分析數(shù)據(jù)中心應(yīng)用這兩種形式直接蒸發(fā)冷卻器、間接蒸發(fā)冷卻器和間接+直接蒸發(fā)冷卻器三種形式。

2.1 直接蒸發(fā)式冷氣機

在數(shù)據(jù)中心中直接蒸發(fā)式冷氣機采用直流式空調(diào)系統(tǒng)，直接蒸發(fā)式冷氣機也稱為濕式過濾器，當室外氣象條件一定的情況下，開啟直接蒸發(fā)式冷氣機，室外空氣處理過程是等焓加濕，在降溫的同時加濕，節(jié)省了加濕器的功耗，同時對室外空氣進行過濾除塵起到凈化目的，也節(jié)省了過濾器的功耗，這種形式的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，在室外空氣溫度略低于機房內(nèi)空氣溫度的時候，節(jié)能效果非常明顯。當室外空氣干球溫度略低于機房內(nèi)空氣干球溫度、室外空氣含濕量低于機房內(nèi)空氣含濕量和室外空氣焓值低于機房內(nèi)空氣焓值時，直接蒸發(fā)式冷氣機采用直流式運行。

2.2 間接蒸發(fā)冷卻器

間接蒸發(fā)冷卻器不同于直接蒸發(fā)冷式冷氣機，當室外氣象條件一定的情況下，開啟間接蒸發(fā)冷卻器，室外空氣處理過程是等濕冷卻，在降低溫度的同時含濕量不變，其處理過程與數(shù)據(jù)中心的顯熱散熱量相符，而且降溫幅度大于直接蒸發(fā)式冷氣機。其中，間接蒸發(fā)冷卻器直流式空調(diào)系統(tǒng)分為兩種：1）室外新風(fēng)作為間接蒸發(fā)冷卻器的一次空氣、而是數(shù)據(jù)中心室內(nèi)回風(fēng)作為二次空氣；2）室外新風(fēng)即作為間接蒸發(fā)冷卻器一次空氣也作為二次空氣，即是外新風(fēng)分流一部分作為一次空氣，另一部分作為二次空氣（注：露點間接蒸發(fā)冷卻器）。當室外空氣干球溫度低于機房室內(nèi)空氣干球溫度且室外空氣含濕量趨近于機房內(nèi)空氣含濕量時，間接蒸發(fā)冷卻采用直流式運行。

2.3 間接+直接兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組

間接+直接兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組不同于一級蒸發(fā)冷卻器，一級直接或間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)由于其自身的特點在適用范圍上受到限制，但是兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組適用范圍更廣。當室外氣象條件一定的情況下，開啟兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組，室外空氣處理過程是先經(jīng)過第一級間接蒸發(fā)冷卻器等濕冷卻，再經(jīng)過第二級直接蒸發(fā)冷卻器等焓加濕，其送風(fēng)溫度理論上可以達到入口空氣的亞濕球溫度（濕球溫度以下，露點溫度以上）。當室外空氣干球溫度相對于一級蒸發(fā)冷卻器室外空氣干球溫度較高，但是仍然低于數(shù)據(jù)中心室內(nèi)空氣干球溫度，且室外空氣特別干燥即室內(nèi)空氣含濕量遠小于室外空氣含濕量的情況下，間接+直接兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組采用直流式運行。

直流式空調(diào)系統(tǒng)處理全新風(fēng)，新風(fēng)的設(shè)計計算參數(shù)取決于《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》[6]，室外設(shè)計計算參數(shù)不穩(wěn)定波動較大，在數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)中應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)受室外氣象參數(shù)的影響較大，在設(shè)備選型計算中送風(fēng)量需要考慮夏季最不利的情況，因此，蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在過渡季節(jié)有效利用自然冷源，但是當夏季室外空氣溫度遠高于機房室內(nèi)空氣溫度和室外空氣含濕量高于機房室內(nèi)空氣含濕量時，直接蒸發(fā)式冷氣機、間接蒸發(fā)冷卻器和間接+直接兩級蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組需要與機械制冷聯(lián)合運行，才能滿足數(shù)據(jù)中心溫濕度的要求。

3 結(jié)論

數(shù)據(jù)中心應(yīng)用蒸發(fā)冷卻直流式空調(diào)系統(tǒng)，直流式空調(diào)系統(tǒng)在室外空氣溫度低于機房室內(nèi)空氣溫度時，過渡季節(jié)有效利用室外自然冷源，但是受室外氣象參數(shù)的影響較大。當室外空氣含濕量高于機房室內(nèi)空氣含濕量時，蒸發(fā)冷卻直流式系統(tǒng)都需要與機房精密空調(diào)聯(lián)動運行，此時蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)起到經(jīng)濟器的作用，進一步輔助機房精密空調(diào)達到節(jié)能的目的。