交叉式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用方案分析

宋姣姣　祝紅梅　王曉敏　宋蕾

摘要：在現(xiàn)代數(shù)據(jù)化不斷發(fā)展的潮流下，我國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房的發(fā)展也迎來(lái)了重要的時(shí)期。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在很多的數(shù)據(jù)機(jī)房正在增長(zhǎng)，而且發(fā)展質(zhì)量也在迅速提高。在發(fā)展的過(guò)程中，現(xiàn)在數(shù)據(jù)的集中化已經(jīng)成為重要的發(fā)展途徑，我們需要在現(xiàn)代數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)過(guò)程中重視這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不斷加強(qiáng)空調(diào)機(jī)組的方案研究。從現(xiàn)代數(shù)據(jù)機(jī)房來(lái)建設(shè)中看，很多數(shù)據(jù)機(jī)房的硬件設(shè)施還有待提高。雖然現(xiàn)在數(shù)據(jù)機(jī)房數(shù)量在不斷的增加，但是數(shù)據(jù)中心的質(zhì)量卻需要我們進(jìn)行深入研究和提高。數(shù)據(jù)中心的建設(shè)需要優(yōu)化能源的能耗結(jié)構(gòu)，特別是空調(diào)系統(tǒng)，在整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的消耗中占到了接近50%。這個(gè)數(shù)字是非常明顯的，我們需要做好空調(diào)能耗的優(yōu)化工作。本文主要探討了交叉式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用方案，以供廣大學(xué)者和讀者朋友參考。

關(guān)鍵詞：交叉式露點(diǎn);冷卻空調(diào)機(jī)組;數(shù)據(jù)機(jī)房;應(yīng)用方案分析

引言

本文提出了一個(gè)確定帶橫流式換熱器的露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器（M循環(huán)CrFIEC）產(chǎn)品空氣特性的模型。在這方面，使用了最強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)方法，即數(shù)據(jù)處理型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GMDH）的分組方法。然后將所建立的GMDH模型應(yīng)用于某型CrFIEC的多目標(biāo)優(yōu)化，以年平均性能系數(shù)（COP）和制冷量（CC）為優(yōu)化決策變量，同時(shí)使年平均性能系數(shù)（COP）和制冷量（CC）最大化。因此，基于Koppen-Geiger分類法，在不同氣候條件下對(duì)所提出的系統(tǒng)特征進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，所有氣候條件下的最佳進(jìn)氣速度在1.796～1.957m.s1之間變化，最優(yōu)風(fēng)速為0.318。COP和CC的平均值分別提高了8.1%和6.9%。

1 交叉式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的原理

空調(diào)是導(dǎo)致我國(guó)電網(wǎng)峰值需求的最大因素，也是電網(wǎng)故障和停電的主要原因。發(fā)電機(jī)和制冷空調(diào)機(jī)組在高環(huán)境溫度下效率最低，此時(shí)制冷需求最高。這導(dǎo)致污染加劇，對(duì)備用發(fā)電能力的過(guò)度投資，以及峰值資產(chǎn)利用率低下。僅在我國(guó)，空調(diào)就約占用于發(fā)電的所有能源的15%（將近4萬(wàn)億Btu），這導(dǎo)致每年向大氣中排放約3.43億噸二氧化碳第二年蒸發(fā)式空調(diào)可通過(guò)消除能源浪費(fèi)和減少電力消耗，減輕對(duì)環(huán)境的影響。研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的多級(jí)間接蒸發(fā)冷卻（IEC）技術(shù)，稱為Coolerado冷卻器。這項(xiàng)技術(shù)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮其冷卻過(guò)程的直接和間接階段的效力。循環(huán)的工作原理是在20級(jí)過(guò)程中同時(shí)冷卻一次（或產(chǎn)品）空氣和二次（或工作）空氣。每一級(jí)通過(guò)將多個(gè)直接級(jí)與一個(gè)間接級(jí)相結(jié)合來(lái)促進(jìn)冷卻。與傳統(tǒng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)相比，累積的結(jié)果是產(chǎn)品空氣溫度更低，因?yàn)樵撗b置可實(shí)現(xiàn)90%120%的濕球效率（WBE）。這一過(guò)程與其他直接/間接工藝的關(guān)鍵區(qū)別在于，積聚水分的工作空氣在每個(gè)階段都被排出，從而使產(chǎn)品空氣能夠以較低的溫度輸送。間接蒸發(fā)冷卻器（IECS）利用水蒸發(fā)的潛熱，在不增加濕度的情況下間接冷卻進(jìn)料過(guò)程空氣。在IEC運(yùn)行中，一次通道內(nèi)的工藝空氣溫度幾乎可以降低到通過(guò)濕通道的SCAV-Enger空氣的濕球溫度（WB）。因此，IEC可以在冷卻線圈通過(guò)前對(duì)流程空氣進(jìn)行預(yù)處理，從而減小冷凍機(jī)在建筑應(yīng)用中的尺寸。然而，IEC的性能受到其結(jié)構(gòu)和二次通道中SCAV-Enger空氣狀況的嚴(yán)重影響。為了提高蒸發(fā)冷卻性能，各種iec配置在較低的溫度下提供空氣供應(yīng)。通過(guò)在實(shí)際建筑空氣處理應(yīng)用中所經(jīng)歷的操作條件下的實(shí)驗(yàn)，比較在兩種不同運(yùn)行模式下運(yùn)行的IECS的性能。在100%室外空氣系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在兩種不同運(yùn)行方式下，在環(huán)境室中對(duì)兩種常用的跨流IEC進(jìn)行了測(cè)試，并通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，對(duì)兩種工況下兩種工況下的濕球效率和冷卻能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。進(jìn)入常規(guī)或再生IECS的一次空氣通常是干燥的或機(jī)械地除濕在幾種建筑空調(diào)應(yīng)用中。因此，本研究中使用的PRI-Mary空氣是在炎熱干燥的條件下選擇的。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)選用了兩種不同的橫流IECS（IEC 1和IEC 2）。IEC 1的配置是為適應(yīng)兩種工作模式而設(shè)計(jì)的：一般模式（即模式-1）和再生模式（即模式-2），它可以通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉擋板，將PRI-Mary空氣重定向到二次空氣側(cè)。當(dāng)阻尼器處于損耗位置時(shí)，IEC以-1模式工作。為了在模式-2中操作IEC，應(yīng)該打開(kāi)和調(diào)節(jié)阻尼器，以便將一部分一次空氣重新定向到第二空氣側(cè)。

在一般操作模式（即模式-1）中，一次空氣不指向二次側(cè)，并流經(jīng)水平干道，而二次空氣則以U形通過(guò)濕通道。為了測(cè)試IECS下模-1和模式-2操作的冷卻性能，每個(gè)IEC單元被放置在由兩個(gè)分離室組成的測(cè)試設(shè)備中：一個(gè)主空氣室和一個(gè)室內(nèi)空氣室。每個(gè)燃燒室都由恒溫和濕度單元維護(hù)，以保持艙內(nèi)的焦油獲取條件。一次空氣室產(chǎn)生溫暖和干燥的空氣，以模擬后期除濕的一次空氣通過(guò)除濕系統(tǒng)在IEC之前。室內(nèi)空氣室只有在兩臺(tái)IEC裝置在-1模式測(cè)試時(shí)才能啟動(dòng)，產(chǎn)生模擬室內(nèi)空氣條件的室內(nèi)空氣，作為二次風(fēng)流，IEC進(jìn)出口干球和濕球溫度以及一次和二次風(fēng)流的流量由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試器中的電阻溫度計(jì)探測(cè)器（RTDS）測(cè)量。每個(gè)氣流的濕度比是根據(jù)測(cè)量的干球和濕球溫度來(lái)確定的。利用差壓傳感器和靜壓傳感器測(cè)量的壓降，確定了一次流和二次流的質(zhì)量流量，絕對(duì)壓力也是用絕對(duì)壓力森-SOR測(cè)量的。

3 交叉式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用方案

本文中的項(xiàng)目采用的是某地區(qū)數(shù)據(jù)中心樣本，這個(gè)數(shù)據(jù)中心的面積達(dá)到了兩萬(wàn)5000m2，而且整個(gè)機(jī)柜的數(shù)量接近3000個(gè)，每個(gè)機(jī)柜的功率是五千瓦，數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷達(dá)到了17600千瓦。這個(gè)數(shù)據(jù)中心的空調(diào)機(jī)組能耗是非常高的，而且每個(gè)系統(tǒng)用到的都是傳統(tǒng)的智能方法，這種智能效率比較低，會(huì)產(chǎn)生大量的能源浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)目前這個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量分析，如果采用間接蒸發(fā)冷設(shè)備系統(tǒng)來(lái)替換原有的傳統(tǒng)設(shè)備，我們可以得到以下的數(shù)據(jù)對(duì)比。

從表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，雖然在開(kāi)始項(xiàng)目的時(shí)候，間接性冷卻蒸發(fā)設(shè)備投入會(huì)比較多，但是他可以保證全年氣候條件下不同模式進(jìn)行調(diào)整，這樣在面臨不同氣候的時(shí)候，電費(fèi)就會(huì)極大的減少。而且一般在前幾年中最普通的冷凍空調(diào)就能達(dá)到平衡的效果。同樣的情況下，如果采用傳統(tǒng)的機(jī)組系統(tǒng)，只能達(dá)到間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)工作效率的1/2，并且傳統(tǒng)降溫設(shè)備的消耗水源多出了兩倍。間接性蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)更是和緯度較高的地方，在低緯度的地區(qū)并不建議使用這種冷卻設(shè)備。隨著氣溫的逐漸降低，間接性蒸發(fā)，冷卻系統(tǒng)的性能會(huì)進(jìn)一步提升，而且能夠發(fā)揮更大的工作價(jià)值。但是這種間接性蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)不能夠在極端的條件下使用，如果在惡劣條件下長(zhǎng)期使用這種冷卻設(shè)備就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)冰，反倒影響了冷卻效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，間接性蒸發(fā)智能系統(tǒng)需要進(jìn)行合理的選擇，發(fā)揮更好的制冷作用。而且我們應(yīng)該在不同的氣候條件下，進(jìn)一步研發(fā)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，發(fā)揮最大的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

本文系西安科技大學(xué)高新學(xué)院校內(nèi)基金項(xiàng)目之一般性課題《蒸發(fā)冷卻在數(shù)據(jù)中心節(jié)能分析》（2017KJ-02）。

作者簡(jiǎn)介

宋姣姣（1989—），女，陜西，限=西安科技大學(xué)高新學(xué)院，城市建設(shè)學(xué)院，專職教師。