露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷一體節(jié)能空調(diào)的研究

胡德志

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大導(dǎo)致能源消耗劇增，降低數(shù)據(jù)中心能耗已成為全球關(guān)注的問(wèn)題。制冷空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的30%-50%，提高自然冷源利用率，減少機(jī)械制冷工作時(shí)間成為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能最有效的方法之一。蒸發(fā)冷卻是對(duì)自然冷源高效利用的一種方式，其中露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻效率最高。ZhanChanghong等對(duì)叉流換熱器的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明濕球效率可達(dá)116%。DuanZhiyin等對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種逆流式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器在不同的條件下進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該逆流露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器的濕球效率為55%-106%，能效比（energy efficiency ratio，EER為2.8-15.5。XuPeng等開(kāi)發(fā)了一種超高能效的逆流式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器，在干燥測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)工況條件下，即干球溫度為37.8℃，濕球溫度為21.1℃時(shí)，該冷卻器的濕球效率達(dá)到114%，露點(diǎn)冷卻效率達(dá)到75%。劉凱磊采用復(fù)合式露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)對(duì)某一模擬發(fā)熱機(jī)房進(jìn)行降溫，發(fā)現(xiàn)機(jī)組最佳二次風(fēng)量與一次風(fēng)量比為0.85，對(duì)應(yīng)平均濕球效率為97.4%。

1 露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)

露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)原理如表1所示。主要包括露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻段、排風(fēng)段、送風(fēng)段[1]。機(jī)組參數(shù)如表1所示，進(jìn)入芯體的環(huán)境空氣換熱后全部作為排風(fēng)排走，回風(fēng)全部作為產(chǎn)出空氣送入室內(nèi)。

表1 露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)參數(shù)

2 露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器

數(shù)據(jù)中心空氣處理的潔凈度對(duì)IT設(shè)備使用至重要，硫化物、酸堿物進(jìn)入數(shù)據(jù)中心將腐蝕IT設(shè)備，甚至導(dǎo)致設(shè)備短路[2]。露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)采用間接換熱形式，利用環(huán)境空氣處理回風(fēng)，環(huán)境空氣進(jìn)風(fēng)和數(shù)據(jù)中心回風(fēng)分開(kāi)設(shè)置互不參混，采用內(nèi)循環(huán)，無(wú)環(huán)境空氣進(jìn)入腐蝕設(shè)備，既保證降溫效果又保證送風(fēng)的空氣要求。回風(fēng)無(wú)雜質(zhì)，對(duì)過(guò)濾的要求相對(duì)較小，減少初投資和運(yùn)行費(fèi)用。

2.1 芯體結(jié)構(gòu)

露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)的關(guān)鍵部分是露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻芯體。露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻芯體分為干通道和濕通道，干通道與濕通道是由聚合物纖維材料組成，中間被高分子材料撐開(kāi)形成通道，干通道分為三種形式，下部是環(huán)境空氣干通道，為橫向流道，壁面按照與進(jìn)風(fēng)水平成45°方向上依次打孔，通過(guò)孔口改變內(nèi)部氣流的流動(dòng)路徑，使得環(huán)境空氣穿過(guò)小孔進(jìn)入濕通道。中部和上部是回風(fēng)干通道，為相同的直角通道銜接形成Z字形通道。濕通道是整體縱向流道[3]。

2.2 工作原理

對(duì)各種露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器流道形式進(jìn)行分析，采用逆流式結(jié)構(gòu)的冷卻器性能更優(yōu)，在原有叉流式流道芯體的基礎(chǔ)上，提出將逆流式流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于本芯體中，使其換熱效率更高。環(huán)境空氣首先進(jìn)入露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻芯體下部的環(huán)境空氣干通道，所有環(huán)境空氣（二次空氣）通過(guò)小孔進(jìn)入濕通道，濕通道為縱向通道。濕通道內(nèi)環(huán)境空氣和布水器噴淋的噴淋水進(jìn)行等焓降溫。環(huán)境空氣在橫向流動(dòng)過(guò)程中干球溫度越來(lái)越低，通過(guò)小孔進(jìn)入濕通道后空氣濕球溫度也不斷降低，即濕通道側(cè)不斷降低的濕球溫度對(duì)上部回風(fēng)干通道的回風(fēng)進(jìn)行降溫。回風(fēng)（一次空氣）進(jìn)入上部的回風(fēng)干通道，先橫向流動(dòng)與濕通道空氣換熱，換熱方式為叉流，之后經(jīng)90°直角縱向流動(dòng)，換熱方式為逆流，最后經(jīng)90°直角變?yōu)闄M向叉流換熱，所以換熱呈先叉流后逆流再叉流的形式。

2.3 空氣處理過(guò)程

狀態(tài)點(diǎn)1的環(huán)境空氣首先進(jìn)入露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻芯體下部的環(huán)境空氣干通道，環(huán)境空氣逐級(jí)冷卻后全部進(jìn)入濕通道，濕通道內(nèi)溫度逐漸降低的環(huán)境空氣冷卻回風(fēng)干通道內(nèi)的回風(fēng)，溫降可接近露點(diǎn)溫度，

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合空調(diào)，露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻段采用叉流與逆流結(jié)合的流道形式，采用立式結(jié)構(gòu)節(jié)省占地面積。①當(dāng)回風(fēng)溫度為26℃時(shí)，運(yùn)行濕模式干燥工況下濕球效率最高為97%，送風(fēng)溫度21.1℃；運(yùn)行混合模式在高濕工況效果更加顯著，當(dāng)回風(fēng)溫度低時(shí)，高濕工況蒸發(fā)冷卻應(yīng)用受限，必須輔助機(jī)械制冷達(dá)到送風(fēng)要求。②當(dāng)回風(fēng)溫度為35℃時(shí)，運(yùn)行濕模式干燥工況下機(jī)組的濕球效率約為110%，高濕工況下機(jī)組的濕球效率約為99%。運(yùn)行混合模式干燥工況下露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器的濕球效率約為120%，高濕工況下露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器的濕球效率約為110%。當(dāng)回風(fēng)溫度升高時(shí)濕球效率增大，露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻的作用更大。③通過(guò)能效對(duì)比分析，露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)在干燥地區(qū)更加適用，露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻的能效比較高濕地區(qū)大54%。露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷復(fù)合可使得應(yīng)用范圍更加廣泛。