新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調的研究

陳璞，于曉琳，羅田彥，牛曉文，戎曄

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 23 0 0 3 1）

新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調的研究

陳璞，于曉琳，羅田彥，牛曉文，戎曄

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 23 0 0 3 1）

對新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調進行深度解析，并通過全年能效比的測試和普通型機房空調的試驗數據對比分析，結果顯示新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調A E E R明顯高于普通型機房空調。

新風自然冷卻；濕膜加濕器；焓值；全年能效比；制冷量；制冷消耗功率

世界范圍內的節能減排和綠色環保訴求，對作為I T行業能耗最大的數據中心建設和運營提出了更高的要求。數據中心P UE值的降低已成為業主和設計建設者的首要訴求，特殊領域的信息化技術應用需求——對車載式數據中心、野外作業的便捷性部署需求越來越大。2 0 1 0年全球數據中心耗電量達到了1 9 8 8億千瓦時，約占全球發電量的1.1%～1.5%，而在擁有大量數據中心的美國，這個比例已達1.7%～2.2%。2 0 1 1年，我國數據中心總耗電量達7 0 0億千瓦時，已經占到全社會用電量的1.5%。因此，高效節能的數據中心是未來數據中心行業發展的一大必然趨勢，持續且有效地降低數據中心的運營成本已經成為當務之急。空調系統用于對數據中心進行降溫處理，是保持數據中心的高效率運行的條件之一；然而現有技術中，數據中心的空調系統能耗非常高，其占數據中心總能耗的3 0~4 5%，進而導致數據中心P UE值（數據中心總能耗/I T設備能耗）居高不下，增加了數據中心的運營成本。

1 新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調原理

新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調是一種集新風自然冷卻和機械制冷功能與于一體的空調機組，依靠新風自然冷卻和壓縮機機械制冷相結合達到降溫目的。

該機產品包括有濕膜加濕新風系統和機械制冷系統。新風系統包括濕膜加濕模塊、E C風機、增壓泵等部件。機械制冷系統主要包括壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥等制冷部件。空調機組結構上包括混風箱、機柜、下沉風道三部分。

混風箱為一個風道箱體，包括室內回風風閥和新風風閥。下沉風道包括E C風機和風道。機柜包括濕膜加濕模塊、蒸發器、壓縮機等制冷部件。濕膜加濕模塊包括兩個濕膜加濕器。所述濕膜加濕器為一厚一薄兩個，一厚一薄兩個濕膜加濕器組合一起為一個加濕模塊。所述加濕模塊所包含的兩個濕膜加濕器由頂板和下方的水槽相連接，在所述的兩個濕膜加濕器中間的頂部裝有兩排噴頭。所述的噴頭一排位于內側較薄的濕膜加濕器頂部，另一排位于兩塊濕膜加濕器中間的頂部。所述的加濕模塊與機械制冷系統的蒸發器組合安裝一起，所述蒸發器緊貼所述加濕模塊中薄的濕膜加濕器安裝一起，機組原理圖見圖1。

圖1 新風自然冷卻原理

2 本產品的有益效果

（1）采用新風自然冷卻系統和機械制冷系統相結合的制冷方式。

（2）本機組可實現三種工作模式：全自然冷卻、全機械制冷、自然冷卻+機械制冷。可根據需要選擇不同的工作模式，實現高效節能的制冷方式。

（3）采用雙次式濕膜加濕器，其加濕量大，穩定可靠，維護方便。

（4）機組水系統采用內循環模式，水可循環利用。

（5）采用E C風機下沉式風道設計，結構更合理，機組能效更高。

（6）新風自然冷卻系統，控制上采用智能化的新風焓值控制法。焓值控制系統利用新風和回風的焓值比較來控制風閥的開啟度，可以最大限度的節約能量。通過控制器的焓值比較來確定新風與回風的焓差，并結合新風和回風的干球溫度來確定新風比，保證送風溫度高于房間露點溫度。

（7）拓寬了應用場所，新風自然冷卻系統采用了一次回風加新風設計和自適應控制系統，有效保證了送風溫度高于機房內露點溫度，全國各地均可采用該系列機組。

3 試驗方法

3.1 原理圖

試驗方法依據G B/T 1 9 4 1 3-2 0 1 0中的風洞式空氣焓差法布置原理圖見圖2。

圖2 試驗布置圖

3.2 制冷量計算

用蒸發器側試驗數據分別按式（1）、式（2）、式（3）計算制冷量、顯熱制冷量和潛熱制冷量：

式中：

qtci——制冷量(蒸發器側數據)，W；

Qmi——名義工況下的送風量，m3/s；

ha1——進入蒸發器側空氣的焓，J/k g干空氣；

ha2——離開蒸發器側空氣的焓，J/k g干空氣；

V?n——噴嘴處空氣的比容，m3/k g；

Wn——噴嘴處空氣的含濕量，k g/k g干空氣；

qsci——顯熱制冷量(蒸發器側數據)，W；

Cpa——空氣的比熱，J/k g干空氣℃；

ta1——進入蒸發器側空氣干球溫度，℃；

ta2——離開蒸發器側空氣干球溫度，℃；

qlci——潛熱制冷量(蒸發器側數據)，W；

Wi1——進入蒸發器側空氣的含濕量，k g/k g干空氣；

Wi2——離開蒸發器側空氣的含濕量，k g/k g干空氣；

3.3 全年能效比

機房空調進行全年制冷時從室內除去的熱量總和與消耗的電量總和之比。

機房空調的全年能效比（A E E R）計算：

4 測試結論

以上已經進行了理論分析，為了加以證明，我們將此機型和普通型機房空調進行了實驗對比，數據如表1。

表1 A E E R的對比

通過以上試驗數據分析，新風自然冷卻及機械制冷一體節能空調A E E R明顯高于普通型機房空調，這為以后高效節能的數據中心行業發展提供了有效的依據，可有效降低數據中心的運營成本。

[1]G B/T 1 9 4 1 3-2 0 1 0.計算機和數據處理機房用單元式空氣調節機.

[2]徐龍云等.新風自然冷卻在數據中心的應用分析[J].智能建筑，2 0 1 5,1 2.

T H l 3

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 1（上）-0 1 6 4-0 2