新風(fēng)直接冷卻空調(diào)箱應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能研究

金明杰 余建平 張華杰

摘要：在本篇文章當(dāng)中，主要就數(shù)據(jù)中心的是溫度要求以及室外空氣的品質(zhì)等進(jìn)行相關(guān)的研究，然后探討新風(fēng)直接自然冷卻的應(yīng)用背景，以數(shù)據(jù)中心的具體案例來進(jìn)行探討研究 一次回風(fēng)以及兩次回風(fēng)的自然冷卻，空調(diào)箱的應(yīng)用包括其控制邏輯，指出防霜是空調(diào)箱回風(fēng)次數(shù)選擇的一個(gè)最為首要的因素，希望能夠?yàn)樾嘛L(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱的回風(fēng)次數(shù)的研究提供更多的參考意見。

關(guān)鍵詞 ：數(shù)據(jù)中心 ;新風(fēng)直接自然冷卻 ;一次回風(fēng)

現(xiàn)如今數(shù)據(jù)中心所使用的主流空調(diào)裝置，大多都是機(jī)房的專用空調(diào)。但是在數(shù)據(jù)中心發(fā)展的初級(jí)階段也有一部分使用的是組合式的空調(diào)箱，機(jī)房空調(diào)在使用的過程當(dāng)中更加地靈活，而且工作量也比較小，設(shè)置的周期也非常的短，并且能夠做到批量的生產(chǎn)，擁有著非常強(qiáng)的可靠性，所以說在使用的時(shí)候是比較多的，近幾年，伴隨著數(shù)據(jù)中心對(duì)于節(jié)能的不斷的追求，開始引入大量的冷卻技術(shù)，比方說動(dòng)態(tài)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)以及熱管自然冷卻系統(tǒng)等等，上述技術(shù)都屬于間接冷卻的范疇，室內(nèi)外通過中間介質(zhì)能夠有效地實(shí)現(xiàn)自然冷卻，但是或多或少會(huì)犧牲部分自然冷卻的時(shí)間，而新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱屬于一種新型的冷卻產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)中心也有了不少的應(yīng)用，由于新風(fēng)可以直接地有效去減少能量的置換和傳遞的環(huán)節(jié)，并且節(jié)能效果非常地顯著，所以說把室內(nèi)的新風(fēng)直接引入到室內(nèi)當(dāng)中，能夠有效地降低空調(diào)的損耗，在本篇文章當(dāng)中也會(huì)就新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行一定的研究。

1、節(jié)能分析的背景說明

1.1新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)得不斷的發(fā)展，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的空調(diào)機(jī)組的種類會(huì)變得越來越多，主要包括基站的空調(diào)以及房間及機(jī)房空調(diào)等等，除了行級(jí)空調(diào)在安裝的時(shí)候，其機(jī)柜沒有辦法直接采取新風(fēng)自然冷卻以外，其他的空調(diào)末端都可以使用這樣的功能，利用新風(fēng)來完成自然冷卻，新風(fēng)直接自然冷卻基站一般來說是一個(gè)整體性的機(jī)組，可以通過控制各個(gè)通風(fēng)閥來開啟新風(fēng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的直接自然冷卻，新風(fēng)直接自然冷卻機(jī)房通常在下送風(fēng)房間及配置好混風(fēng)箱，組合式的空調(diào)箱能夠采取更加模塊化的設(shè)計(jì)，一般來說包括盤管段，混風(fēng)段以及過濾段等等，包括不同的模塊也會(huì)形成不同的功能。

1.2室外空氣品質(zhì)

利用新風(fēng)直接完成服務(wù)器的冷卻降溫，必須要考慮到室外的空氣品質(zhì)對(duì)于數(shù)據(jù)中心會(huì)產(chǎn)生的影響，從某種程度上來說，空氣品質(zhì)是制約該技術(shù)的一個(gè)最為主要的因素。為了能夠有效地應(yīng)對(duì)這個(gè)情況，業(yè)界通常為新風(fēng)直接冷卻自然空調(diào)機(jī)組配置更加高的過濾器，甚至是直接使用化學(xué)過濾器，并且會(huì)設(shè)置專門的傳感器來實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)室內(nèi)外的空氣品質(zhì)，一旦室內(nèi)外的空氣品質(zhì)不夠好的時(shí)候，依據(jù)相關(guān)的設(shè)定參數(shù)，手動(dòng)或者是自動(dòng)閥門會(huì)直接關(guān)閉外新風(fēng)閥，這個(gè)時(shí)候氣體是在室內(nèi)進(jìn)行流通的，利用機(jī)械來壓制冷縮。現(xiàn)如今人們的環(huán)保意識(shí)都在不斷地增強(qiáng)當(dāng)中，所以說我國(guó)的室外空氣品質(zhì)也在不斷的好轉(zhuǎn)。

1.3節(jié)能分析的溫濕度控制標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，服務(wù)器的機(jī)柜進(jìn)風(fēng)的溫度必須要控制在18℃～27℃之間，露點(diǎn)溫度需要控制在5.5℃～15℃之間，相對(duì)濕度不能夠高于60%，雖然說設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)于數(shù)據(jù)中心的溫濕度要求放寬處理，但是這并不意味著只要有新風(fēng)進(jìn)入就能夠?qū)崿F(xiàn)技能，而是要求室外空氣必須要滿足相關(guān)的條件，所以新風(fēng)的引入控制非常的重要，合理地控制能夠確保不增加空調(diào)的負(fù)荷，又能夠最大程度地利用自然冷卻，由于控制干球溫度以及干球溫差等都存在著控制性的缺陷，所以說我們可以采取綜合控制的方法。

2、項(xiàng)目應(yīng)用

2.1兩次回風(fēng)系統(tǒng)

德國(guó)柏林的某個(gè)新建的項(xiàng)目在市郊林區(qū)內(nèi)部，該地區(qū)的空氣品質(zhì)非常地優(yōu)良，數(shù)據(jù)中心的層高為7m，室內(nèi)的單臺(tái)制冷量能夠達(dá)到100kw，所配制的新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱主要是由機(jī)械制冷模塊以及混風(fēng)箱等模塊共同組成的，混風(fēng)箱主要用于新風(fēng)以及回風(fēng)的混合，由三個(gè)電動(dòng)閥門來有效地控制新風(fēng)量以及回風(fēng)量，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同模式的精準(zhǔn)度的控制，新風(fēng)側(cè)配置了f5及f7的過濾器，回風(fēng)側(cè)則是配置了G4過濾器。

通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心的室內(nèi)外溫度以及差值，機(jī)組的控制器可以有效地在四種不同的模式下運(yùn)行在制冷的時(shí)候和常規(guī)的空調(diào)房是無異的，機(jī)組的送風(fēng)溫度在經(jīng)過壓縮之后能夠保證系統(tǒng)迅速制冷。在混合模式下，機(jī)組的送風(fēng)溫度也能夠和風(fēng)閥共同使用。自然冷卻模式當(dāng)中，機(jī)組的送風(fēng)溫度跟回風(fēng)閥是不同的，開度在進(jìn)入初期模式的時(shí)候，新風(fēng)閥能夠開啟到最大，一旦回風(fēng)閥打開。新風(fēng)閥就會(huì)開始減少，保證送風(fēng)的溫度，防霜自然冷卻的時(shí)候防霜閥能夠保證在最大度數(shù)，機(jī)組的送風(fēng)溫度跟回風(fēng)閥的開度是有所保證的，新風(fēng)閥跟回風(fēng)閥之間的調(diào)節(jié)方向完全相反。

為了能夠有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)組最大程度的節(jié)能，空調(diào)箱在配置的時(shí)候也設(shè)置了可折疊的熱交換盤管，降低了對(duì)于氣流壓力的損失，一旦熱交換盤管不工作的時(shí)候，氣流無法通過，就可以減少由于氣流經(jīng)過關(guān)閉的交換閥所產(chǎn)生的壓力損失，降低自然冷卻以及防霜自然冷卻模式下對(duì)于盤管所損耗的運(yùn)動(dòng)功率。在這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)模式的時(shí)候，我們需要去收起盤管，此時(shí)氣流不穿越，可以直接送到室內(nèi)當(dāng)中。

2.2一次回風(fēng)系統(tǒng)

某個(gè)位于云南普洱的項(xiàng)目機(jī)房使用的是冷熱通道的布置。專門的空調(diào)機(jī)房安裝了四臺(tái)制冷的一次回風(fēng)空調(diào)機(jī)組，該空調(diào)機(jī)組新風(fēng)靜壓箱空調(diào)布置了四個(gè)新風(fēng)口，對(duì)應(yīng)著四臺(tái)機(jī)器。機(jī)房?jī)?nèi)部也布置了四個(gè)可調(diào)余壓的自動(dòng)排風(fēng)閥。

當(dāng)室外的溫度比自然溫度小的時(shí)候，或者是室外的溫度跟房間溫度差值比較大，能夠啟動(dòng)設(shè)定差值，室外的溫度比結(jié)霜溫度高，或者是房間的濕度在設(shè)定的范圍之內(nèi)，空調(diào)機(jī)就會(huì)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)的模式，普洱市每年的平均氣溫能夠達(dá)到15℃～20.3℃，使用一次回風(fēng)系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定地運(yùn)行下去，并且該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定的運(yùn)行了將近兩年左右，而且也取得了非常好的節(jié)能的效果。

3、回風(fēng)次數(shù)的選擇

為了能夠有效地節(jié)約冷熱量，我們可以依據(jù)不同的使用條件來對(duì)其進(jìn)行一次回風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，或者是一，二次回風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱究竟是使用哪一種系統(tǒng)，還是需要考慮到防霜，霜屬于近地面，空氣的水汽在受到輻射之后直接冷卻，降到了霜點(diǎn)，這是在地面或者是物體的表面凝結(jié)而成的一種冰晶，含有霜的新風(fēng)，在進(jìn)入到空調(diào)箱之后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)后果，一是使過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞，二就是過低的溫度可能會(huì)使過濾網(wǎng)出現(xiàn)損害，還有就是外霜吸熱出現(xiàn)升華，會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)溫度偏離設(shè)定，由此便可得知，如果室外的新風(fēng)溫度比較低的話，我們需要采取部分回?zé)醽碛行У念A(yù)熱這些室外的空氣，把霜升華成水蒸氣，然后再經(jīng)過回風(fēng)再次混合，控制好送風(fēng)的溫度。

兩次回風(fēng)系統(tǒng)在室外溫度低于結(jié)霜溫度下，仍然可以使用自然冷源。節(jié)能效果明顯的要比一次回風(fēng)系統(tǒng)更加地優(yōu)良，但是兩次回風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)箱不僅尺寸偏大，而且控制起來也非常得復(fù)雜，造價(jià)非常的昂貴，所以說我們可以依據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w的結(jié)霜情況來選擇使用一次，或者是二次回風(fēng)通道的空調(diào)箱。如果采用一次回風(fēng)空調(diào)箱的話，可以通過設(shè)置專門的緩沖機(jī)房來降低結(jié)霜對(duì)于濾網(wǎng)跟溫度的控制偏差。

結(jié)束語 ：

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)得不斷的發(fā)展以及數(shù)據(jù)中心對(duì)于是溫度要求的放寬，全民的保護(hù)意識(shí)的不斷的增強(qiáng)，對(duì)于室外的空氣質(zhì)量進(jìn)行了有效地改善，所以全國(guó)各地可以利用的室外新風(fēng)冷卻的時(shí)間也會(huì)不斷地?cái)U(kuò)大，新風(fēng)直接自然冷卻空調(diào)箱能夠有效地在數(shù)據(jù)中心發(fā)揮出節(jié)能的作用，打造一個(gè)真正綠色化的數(shù)據(jù)中心。

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