數據中心用風冷冷水機組技術研究及應用進展

肖新文，曾春利，鄺旻

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數據中心用風冷冷水機組技術研究及應用進展

肖新文*，曾春利，鄺旻

（世圖茲空調技術服務（上海）有限公司，上海 201108）

風冷冷水機組在數據中心有廣泛應用，作為數據中心的冷源應確保全年可靠節能運行。本文闡述了風冷冷水機組在低溫啟動及全年制冷技術上的研究進展；分析了不同自然冷卻方式的性能差異，提供了自然冷卻盤管串聯的風冷冷水機組增大混合模式下自然冷卻能力的解決方案；介紹了直接噴霧、蒸發冷凝器及淋水填料預冷器等蒸發冷卻技術在風冷冷水機組的研究及應用情況。結果發現，填料蒸發式自然冷卻風冷冷水機組不僅可提高季節能效比，而且依據典型城市的不同氣象參數可提高3.6%至31.2%的混合模式運行時間年占比率，將是綠色數據中心冷源選擇的重要方向。

數據中心；風冷冷水機組；全年制冷；自然冷卻；蒸發冷卻

0 引言

隨著網絡安全、金融監管、大數據、光通信技術、云服務和物聯網的蓬勃發展，需要大量的數據中心作為業務支撐。為確保數據中心服務器的正常運行，服務器工作過程中產生的熱量需通過空調制冷系統進行冷卻，由于風冷冷水機組結構緊湊，不需要專門機房，在數據中心空調制冷系統冷源的選擇上有著廣泛的應用[1]。一些數據中心為了保證機房空調系統運行絕對可靠、達到T4標準，需要設置兩套獨立的供冷系統同時供冷，為了避免水冷卻型供冷系統因市政斷水故障而停止供冷，通常需要采用風冷冷水機組作為第二套供冷系統[2-4]。集成水力模塊的風冷冷凍水機組具有安裝快捷、節省空間及高效節能等特點，適合運用于模塊化數據中心[5]。在水資源缺乏地區，風冷冷水機組也是中大型冷水空調系統的冷源首選[6]。作為數據中心的冷源，如何保證風冷冷水機組全年可靠運行是業界關心的重點。同時隨著數據中心對于運行能耗的日益關注，降低數據中心風冷冷水機組系統的運行能耗引起了業界關注：YANG等[7]分析了濟南地區數據中心采用風冷冷水機組搭配自然冷卻方式的節能效果。吳曉暉[8]通過對比發現：帶自然冷卻風冷機組對于嚴寒地區和寒冷地區節能效率可達30% 以上，對于夏熱冬冷地區和溫和地區節能率可以達到20%左右。名氣通數據中心[9]、太原某數據機房[10]及合肥某高校超級運算中心[11]采用帶自然冷卻的風冷冷水機組都取得了良好的節能效果。

本文將對運用于數據中心的風冷冷水機組的技術研究及應用進展做個梳理。

1 低溫啟動及全年制冷技術

室外環境溫度對風冷冷水機組的影響較大，通常認為，室外環境溫度越低即冷凝溫度越低，機組的效率越高[12]，部分學者還研究不同的控制方式來適應較低的環境溫度以提高機組的運行性能系數（Coefficient of Performance，）值[13-14]。但是并不是環境溫度越低越好，通常對于常規商用風冷冷水機組環境溫度低于10 ℃就需要應對低溫啟動、冷凝壓力過低、系統壓差保護、壓縮機回油困難等問題[15-16]。作為數據中心的冷源來源，風冷冷水機組必須保證全年可靠穩定地制冷運行。針對低溫環境下冷凝壓力過低的情況，可以通過減少傳熱溫差、有效冷凝面積、冷凝風量以及熱氣旁通的方法進行改善和解決[17]。丁國良等[18]提出了膨脹閥并聯毛細管和變冷凝器風機的新方式，根據冷媒水的進水溫度來確定毛細管通路的開關，根據環境溫度來控制風機的開機數，實現了全年-5 ℃~35 ℃正常供冷。除了考慮上述系統上的變化外，還應通過安置在冷凝器集液管上的溫度傳感器作為發信設備，且充分考慮該點溫度變化率在實際控制中的作用，應用模糊控制方法實現冬季對機組運行工況的實時控制，以確保較好的運行效果[19]。曾偉城等[20]對不同組的風扇進行自動分組運行控制，確保冬季運行性能穩定高效節能，同時可實現對水溫的精準控制，將水溫波動控制在±1 ℃以內。程琦等[21]采用變頻風機和定頻風機混合控制策略，基于不同環境溫度下的變頻風機初始步數控制，在全年不同環境溫度下，冷凝溫度控制穩定，系統波動小，能夠實現風冷螺桿機組全年（環境溫度大于-25 ℃）的可靠運行供冷。針對風冷冷水機組在低溫環境下運行的解決方式，吳瑾[22]匯總了單獨運行方式和組合運行方式，并對其中幾種進行詳細闡述，同時建議設計合適的控制系統匹配機組的運行工況。

目前風冷冷水機組全年制冷的技術運用相對較為成熟，不僅在-25 ℃以內有較多運用案例，而且依據相關資料披露了國內已有的在-30.9 ℃下機組正常啟動機械壓縮制冷并穩定運行的案例[23]。但我國幅員遼闊，全國各地最低氣溫差異非常大，依據《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》中提供的數據顯示：內蒙古的圖里河及黑龍江的漠河極端最低溫度達-49.6 ℃[24]。目前尚無關于風冷冷水機組低于-40 ℃啟動機械壓縮制冷運轉并穩定運行的報道。考慮到數據中心對可靠性的嚴苛要求，極低溫下機組的啟動及運行也應給予足夠重視，王銀艷[25]提出的將風冷冷凝器及冷凝風機設計在一個封閉的保溫良好的箱體中并安裝進風及出風閥進行控制、并聯風冷冷凝器的思路值得進一步深入研究及實踐。而風冷冷水機組帶自然冷卻也是解決低溫啟動困難、低壓保護的一項技術[1]。

2 自然冷卻及混合模式自然冷卻能力增強技術

我國幅員遼闊，有2/3以上的區域適合采用自然冷卻風冷冷水機組作為冷源[26]。對于風冷冷水機組的自然冷卻，部分學者稱之為干冷器集成水側自然冷卻[27]。自然冷卻風冷冷水機組可提供相對于現場組裝的其他水側自然冷卻更可預期的節能運行，采取合理的系統設計通過運行備用機組可提高自然冷卻能力[28]。機組的自然冷卻來源于冷凍水與室外環境溫度的溫差，且自然冷卻效率主要取決于冷凍水與室外環境溫度的溫差及自然冷卻盤管的換熱面積。風冷冷水機組自然冷卻可分成乙二醇冷凍水自然冷卻盤管串聯系統、無乙二醇冷凍水自然冷卻盤管串聯系統、自然冷卻盤管并聯系統及虹吸自然冷卻切換系統4種類型。4種自然冷卻系統簡圖如圖1所示。

4種自然冷卻系統的具體性能情況如表1所示。自然冷卻盤管并聯系統與目前工程設計上風冷機組串接冷卻塔的方案差異不大，無法完全體現冷水機組的集成優勢，占地面積也比較大，實際運用不多。由于虹吸自然冷卻切換系統的自然冷卻制冷量與額定制冷量的差距比較大，而數據中心常年負荷并不會因為室外環境溫度降低而減少，該系統對數據中心適用性較差。目前業界主要采用串聯方式的自然冷卻冷水機組，如郎鐵軍等[29]研制的一種可全年供冷的節能型風冷冷水機組，機組由蒸氣壓縮制冷系統和自然冷卻制冷系統組成，這2個系統根據環境溫度進行切換，機組在?15 ℃~43 ℃環境溫度范圍內能夠安全穩定連續地運行，且機組的節能效果明顯；而邱育群等[30]設計以進水溫度與環境溫度的差值作為判斷條件的自然冷卻風冷冷水機組的控制方法，通過理論分析和實驗驗證，指出該方法可實現壓縮式制冷、自然冷卻與壓縮式制冷混合制冷、純自然冷卻制冷3種冷源模式的自動切換和最大化利用自然冷源的目標。

圖1 風冷冷水機組4種自然冷卻系統簡圖

表1 風冷冷水機組4種自然冷卻系統性能表

送回水溫為12 ℃/18 ℃的帶自然冷卻盤管的機組通常混合模式溫度區間是4 ℃~16 ℃，依據DeST氣象參數匯總部分典型城市這一溫度區間年時間占比如圖2所示，可以看出所列城市這個溫度區間年時間占比均在25%以上，部分城市高達45%以上，所以實現這個溫度區間最大程度利用自然冷卻對于機組全年節能運轉意義重大。

圖2 典型城市混合模式運行時間年占比圖

增大機組自然冷卻能力需要盡量加大自然冷卻風機轉速增強換熱效率，自然冷卻盤管并聯系統中，自然冷卻風機與冷凝風機相互獨立，易于實現。而對于冷凝器與自然冷卻盤管共用風機的串聯系統而言，風量加大容易造成冷凝壓力過低從而影響壓縮機的正常運轉，極端情況會造成壓縮機停機；針對該問題，通常有如下3種解決方式。

1）通過電磁閥關閉部分冷凝盤管，變頻風機保持全速運轉，由于機組都是按照全部冷凝盤管開啟設計的，關閉部分冷凝盤管勢必會引起冷凝壓力過高，壓縮機運轉工況惡化，機械制冷效率降低，無法體現整機的節能優勢，而且壓縮機長期在高冷凝壓力的工況下運轉，機組可靠性也降低。

2）保持冷凝壓力維持在最低允許值，降低變頻風機轉速，機組可穩定運行，但是自然冷卻能力大打折扣。

3）冷凝壓力調節閥、儲液器及壓差調節閥的綜合技術運用，可增強自然冷卻能力，風冷冷水機組混合模式自然冷卻增強系統示意圖如圖3所示。混合模式時保持變頻風機全速運轉，若冷凝壓力低于設定值，則冷凝壓力調節閥關閉，確保冷凝壓力維持在最低允許值，但冷凝壓力調節閥關閉勢必影響膨脹閥的流量，此時靠儲液器中儲存的冷媒維持膨脹閥需求的質量流量；由于冷凝壓力調節閥的動作也會造成冷凝壓力調節閥與膨脹閥之間的壓力下降，為確保系統正常運行，膨脹閥閥前壓力必須穩定在最小值之上，此時壓差調節閥動作旁通高壓蒸汽（從壓縮機與冷凝盤管之間引出），至冷凝壓力調節閥與儲液器一側確保足夠的膨脹閥閥前壓力。該方式既可確保在混合模式運行工況下，最大程度地利用自然冷卻又可防止風機全速運轉下冷凝壓力過低引起機械制冷系統無法正常運行的風險，是自然冷卻盤管串聯風冷冷水機組增強自然冷卻的理想選擇。

圖3 風冷冷水機組混合模式自然冷卻增強系統示意圖

采用自然冷卻后，不僅使風冷冷水機組的制冷系統和結構更加復雜，而且為了優化機組全年能源使用，必須配置智能化控制功能動態評估外部環境，這樣控制程序也相對復雜，既提高了造價成本又增加了控制程序風險，所以機組必須具備手動置換功能確保系統可靠性。帶自然冷卻風冷冷水機組在夏季等高溫季節能效比較低，在南方地區數據中心節能量比較小，使用受到限制[35]，自然冷卻盤管串聯風冷冷水機組由于自然冷卻盤管的壓降會造成風機功耗加大，進一步縮小南方地區的節能量。而蒸發冷卻預冷或者蒸發冷卻冷凝可提高機械壓縮機制冷效率，擴大風冷冷水機組的適用范圍。

3 蒸發冷卻預冷及冷凝技術

蒸發冷卻有直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻之分。利用循環水直接噴淋未飽和濕空氣形成的增濕、降溫、等焓過程稱為直接蒸發冷卻[36]，被冷卻的空氣在整個過程的焓濕變化如圖4所示[37]。蒸發冷卻機組有多種類型，按照黃翔等[38]推薦的蒸發冷卻空調技術分類框架，蒸發冷卻風冷冷水機組就是產出介質為冷水的蒸發冷卻-機械制冷聯合冷水機組。蒸發冷卻冷凝對于提高機械壓縮機制冷系統的效率具有顯著效果。HARBY等[39]匯總和分析之前的實驗研究進展發現：采用不同的蒸發冷卻替代常規風冷冷凝型式，在0.7 kW至3,000 kW的機組冷量跨度中，機組的值提高范圍分布在14.3%~ 113.4%，功耗降低范圍分布15%~58%。在風冷冷水機組中實現直接蒸發冷卻目前有3種方式：直接噴霧、蒸發冷凝器及淋水填料預冷器。

圖4 直接蒸發冷卻空氣處理過程圖[37]

3.1 直接噴霧

直接噴霧是如圖5所示在風冷冷水機組冷凝器進風側布置噴嘴，通過噴霧冷卻進入冷凝器的室外空氣來降低機組運行功耗的一種方法[40]。YU等[41]利用優化的DOE-2機組模型分析了如何運用噴霧預冷搭配冷凝溫度控制來提高風冷冷水機組運行效率實現節能，且估算出利用經過優化水噴霧速率搭配變冷凝溫度控制方式可降低19.84%的年能耗。YANG等[42-43]對噴霧蒸發預冷技術進行了實驗研究，結果表明，通過噴霧預冷后進入冷凝器的空氣干球溫度可以降低9.4 K，噴霧系統的熱效率可高達0.91，預冷空氣可使機組冷凝溫度下降了7.2 K；同時測定不同工況下運行水霧系統對風冷冷水機組節能效果的影響，發現：在定冷凝壓力控制模式標準噴霧速率下機組的提高了21.3%，而在變冷凝溫度控制且優化噴霧速率下，冷水機組可提高到51.5%。YU等[44]建立了風冷冷水機組在壓力控制和冷凝風扇變速控制兩種運行模式的噴霧預冷回歸模型并進行了驗證，發現冷卻效果更多地取決于天氣變量。KABEEL等[45]則利用冷水機組產生的冷凍水冷卻噴霧水，用冷卻后的水進行噴霧冷卻。實驗結果表明，該方案可將環境溫度降至低于其入口濕球溫度。通過這種冷水噴霧方式比常規噴霧方式具有更好的節能率。

圖5 風冷冷水機組蒸發冷卻噴霧管路及噴嘴布置圖

由于噴霧中的鈣、鎂離子生成的水垢會敷在冷凝器的翅片上，影響換熱效率。這種結垢不易清除，長期積淀腐蝕甚至影響冷凝器的正常使用，此問題在北方表現尤為突出[46]。需要通過去離子軟化等技術手段使得水垢緩釋和改性。噴嘴噴霧受室外風向氣流影響較大，噴霧的實際有效利用可控性差，由于噴霧擴散效應使得冷凝器的不同區域散熱程度存在明顯差異，容易引起過大熱應力，降低冷凝器的使用壽命。雖然研究表明：在相同噴霧量情況下，霧化角越大，霧滴在區域內噴灑得越均勻，降溫區域越大，區域內截面溫度分布越均勻，有效降溫的范圍越大，進入冷凝器的空氣溫度分布均勻，可充分利用冷凝器散熱面進行散熱，且避免了由于散熱部件熱應過大而導致的散熱器壽命降低[47]。但究竟如何合理布置噴嘴數量、準確定位噴嘴位置及精確控制噴霧量，都需要進一步深入研究。故除了工程現場為緩解排熱困難配置噴霧降溫，防止高壓報警外，目前尚無純噴霧風冷冷水機組標準產品的應用案例介紹。

3.2 蒸發冷凝器

蒸發式冷凝器的一般設計是將水噴淋到換熱盤管表面，同時空氣在其中強制逆向流動。熱量通過管壁的導熱從管道的內表面傳到外表面，然后被管壁上的水膜吸收，水膜蒸發進入空氣流中并隨之排向大氣，完成冷卻過程。未蒸發的水流到底部的水盤中，由水泵將其循環送至噴淋裝置中。蒸發式冷凝器簡化了水冷式冷凝器的冷卻水循環系統。同時，空冷式冷凝器要求的高氣流速度在此也可以得到明顯的降低[48]。蒸發式冷凝器應用在蒸氣壓縮制冷循環中，冷凝溫度降低，冷凝散熱系統能量損耗減少，提高了系統制冷量、減少了壓縮機輸入功率，從而提高了制冷能效比[49]。蒸發冷凝風冷冷水機組即整體式蒸發式冷凝機組，它將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機組集成為一體，系統無需再另外設置冷卻水泵和冷卻塔，其原理及外型圖如圖6所示[50]。由于整體式蒸發式冷凝機組可實現節能運行，機組布置靈活，在某些工程場景有了實際運用[51-52]。蘇曉青等[53]對蒸發式冷凝冷水機組在數據中心空調系統應用的適用性進行探討，得出其在數據中心的應用具有良好的節能效果。謝鴻璽等[50]采用理論分析和計算相結合的方法，發現無論是在常規制冷工況下還是自然冷卻工況下，蒸發式冷凝冷水機組的值均優于自然冷卻風冷式冷水機組。

蒸發式冷凝器在運行過程中，不可避免面臨結垢和腐蝕兩大問題[54]，可以采取相應措施阻垢，具體措施有：加強冷卻水管理，除去冷卻水、補充水中的鈣、鎂離子可減少結垢；采用去除了鈣、鎂離子的軟化水作為冷卻水和補充水，確保冷卻水在超高濃縮倍數（20~600倍）下循環，基本不會結垢[55]；而結垢形成后，應依據蒸發式冷凝器的具體結構差異采取機械或者酸洗等方法進行除垢。另外換熱管接觸水的表面采用熱浸鋅處理，同時搭配軟化水處理，也是緩蝕的重要舉措。作為機組部件蒸發式冷凝器本身僅占兩器市場的4%[56]，雖然冷負荷在700 kW~1,500 kW的中大型冷水系統中，同風冷及水冷冷凝型式相比，采用蒸發式冷凝器的冷水機組綜合性價比更高[57]，但目前蒸發式冷凝設備運用并不普遍，實際運行中的能耗損失、運行穩定程度、維保成本以及使用壽命均有待進一步的驗證[58]。目前鮮見蒸發式冷凝冷水機組在數據中心的實際應用案例。

圖6 整體式蒸發式冷凝冷水機組原理圖

3.3 淋水填料預冷器

淋水填料預冷器是通過空氣與淋水填料層直接接觸，把自身的顯熱傳遞給水而實現冷卻，同時淋水因吸收空氣中的熱量而不斷蒸發，蒸發后的水蒸氣又被氣流帶走，因此空氣溫度降低、濕度增加，在這過程中空氣絕熱降溫加濕[59]。填料蒸發式風冷冷水機組是將風冷冷水機組的冷凝器進風通過直接蒸發冷卻器進行預處理之后，再流經風冷冷水機組的冷凝器，帶走機組的冷凝熱后，排入周圍環境。該裝置的工作原理如圖7所示。空氣與水在填料內呈交叉流動，循環水通過布水器均勻地噴淋到填料上，與填料周圍的空氣進行熱濕交換后流入填料下方的水槽中，再通過循環水泵送到布水器循環使用；而空氣在冷凝風機的抽引下，流過填料，與水發生熱濕交換后，溫度降低，再經擋水板后，流過冷凝器，對其進行降溫[60]。

圖7 填料式蒸發式風冷冷水機組原理圖

由世俊等[61]通過對采用鋁質孔板波紋填料的直接蒸發式空氣加濕冷卻器的測試，給出了蒸發冷卻效率、空氣阻力與迎面風速、淋水密度之間的關系式和曲線，并分析了該設備用于風冷冷水機組的效果和經濟性。蔣毅等[62]建立了基于紙質填料的直接蒸發冷卻的數學模型，分析了直接蒸發冷卻效率的主要影響因素。通過對全國15個典型城市的計算分析得出，將直接蒸發冷卻與風冷冷水機組聯用，對進入風冷冷凝器的空氣進行預冷卻，可以有效地增加系統的制冷量和減小輸入功率，從而提高系統的。文獻[63]建立了風冷冷水機組的能耗模型：

式中：

——機組制冷量，kW；

——機組輸入功率，kW；

0、a、0、b——多項系數；

——機組冷凝器的進風干球溫度，℃。

對于傳統風冷冷水機組，冷凝的進風干球溫度為環境干球溫度，對于填料蒸發式風冷冷水機組，冷凝器進風溫度為直接蒸發冷卻器的出風溫度，即：

式中：

1——直接蒸發冷卻器前即環境干球溫度，℃；

t——直接蒸發冷卻器前即環境濕球溫度，℃；

——直接蒸發冷卻器填料厚度，mm；

——迎面風速，m/s；

、——填料種類及結構形式相關的性能參數。

風冷冷水機組EER值的計算式如下所示：

式中：

——機組性能系數；

——機組制冷量，kW；

——機組輸入功率，kW；

P——因配置填料增加壓降而造成的風機功耗增加，常規風冷機組無此項，kW；

P——因配置蒸發冷卻器循環水泵增加的功耗，常規風冷機組無此項，kW。

該文獻通過上述模型計算獲取了31個中國城市的蒸發冷卻風冷冷水機組紙質填料的最佳厚度、迎風面積及同傳統風冷冷水機組相比蒸發冷卻風冷冷水機組季節能效比（Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER）增加率。迎面風速為1 m/s時中國大陸31個城市最佳填料厚度及填料蒸發式風冷機組SEER相對增加率如表2所示[63]。SEER增加率最低的城市是海口，為2.4%，而增加率最高的城市是烏魯木齊，為14%。

表2 中國大陸31個城市最佳填料厚度及填料蒸發式風冷機組SEER相對增加率

填料作為淋水填料預冷器的核心部件，XUAN等[64]對目前中國國內蒸發冷卻填料的研究做了個匯總，分析了金屬、纖維、有機、無機、PVC及多孔陶瓷等各種填料的性能特點。而國外學者對瓦楞紙、椰子、棕櫚、楊樹、香根草及牛皮紙等纖維填料進行了性能實驗，分析出它們的應用特性[65-67]。最近MARTINEZ等[68]對一種新型高密度聚乙烯網狀填料進行了實驗分析后，認為其飽和效率高、壓降小，適合空調系統及航空冷凝器。

蒸發填料的選擇要分析具體使用場合，某德國著名精密空調廠家在其風冷冷水機組上采用如圖8所示特殊結構的鋁質填料，其獨特的翅片結構可降低填料厚度至96 mm，確保其低壓降，壓降性能曲線如圖9(a)所示；其飽和效率最高可達97%，飽和效率性能曲線如圖9(b)所示；在迎面風速為1 m/s時換熱效率高達95%，而且具有自潔性能及防腐涂層可確保長達5年不更換填料，適合運用于全年運行的數據中心[69]。

圖8 某款風冷冷水機組鋁質蒸發冷卻填料結構示意圖

根據其95%的換熱效率結合DeST中前述典型城市氣象參數，可以計算出因配置該款蒸發填料后自然冷卻風冷冷水機組在迎面風速為1 m/s時混合模式運行時間年占比率，運行時間年占比率前后對比具體如圖10所示，從圖上可以發現各個城市混合模式運行時間年占比率均有不同程度的提高，提高幅度從3.6%至31.2%，昆明的提高幅度最大。由于填料蒸發式自然冷卻風冷冷水機組既提高了機組夏季的制冷效率，又擴展了自然冷卻的運行時間，具有良好的節能效果，依據相關信息披露，某全球著名的大型數據中心公司要求在其某些特定項目上配置該類型機組實現制冷系統全年節能運轉。

圖10 典型城市配置鋁質蒸發填料前后混合模式運行時間年占比率對比圖

由于填料蒸發式與前述其他兩種蒸發型式發生蒸發冷卻的部位不同，其冷卻水主要作用在填料上，即使發生結垢、腐蝕情況，受影響的主要是可拆卸的填料部分，而自然冷卻盤管及冷凝器影響不大，可確保機組制冷系統安全可靠，滿足數據中心對可靠性的嚴苛要求。當然，填料的換熱性能會隨著運行時間衰減，需定期進行清洗甚至更換，將增加部分的運維成本。另外，同前述其他兩種蒸發冷卻一樣，填料式蒸發冷卻亦需要消耗一定的水資源，我國人均水資源量僅為世界平均水平的1/4，且水資源分布不均，故這項技術在選擇合適填料、優化噴嘴滴淋方式，減少水量散失，從而降低蒸發冷卻耗水量的研究上有待深入及完善。

4 結論

本文闡述了全年制冷、自然冷卻和蒸發冷卻等技術在數據中心用風冷冷水機組上的研究與應用進展，風冷冷水機組的全年制冷技術可及時冷卻服務器運行時產生的熱量，確保數據中心常年穩定運行，自然冷卻技術可降低機組在過渡季節及冬季時壓縮機運行功耗實現制冷系統節能運行，而蒸發冷卻技術不僅可以降低機組夏季運行功耗而且擴展了機組混合模式的運行時間，從而進一步擴大節能效果。填料蒸發式自然冷卻風冷冷水機組集成了全年制冷、自然冷卻及蒸發冷卻等綜合技術，既保持常規風冷冷水機組結構緊湊、安裝布置簡單的優勢，又可實現高效節能的全年穩定運轉，同時可減少在工程項目現場對冷水主機、自然冷卻及蒸發冷卻設備耦合瓶頸制約，是綠色數據中心冷源選擇的重要方向。

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Progress on Technical Research and Application of Air Cooled Chiller for Data Center

XIAO Xinwen*, ZENG Chunli, KUANG Min

(Stulz Air Technology and Service Shanghai Co., Ltd, Shanghai 201108, China)

Air cooled chillers are widely used in data centers. As the cooling source of data centers, the air cooled chillers should ensure reliable and energy saving operation in their entire lifecycle. The research progress of air cooled chillers in starting up in the low outside temperature and year-round refrigeration technology is described. The performance difference of different free cooling methods is analyzed. The proposals to enhance the free cooling capacity of air cooled chillers connected with free cooling coil in serial are provided. Research and application progress of directly spray mist pre-cooling, evaporative condenser and pad evaporative pre-cooler in air cooled chiller is introduced. Through analysis, it is discovered that air cooled chillers with free cooling coil and evaporative pad pre-cooler can get improvement on not only the value of SSER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) in the mechanical refrigeration mode but also the annual running time in the mix mode, and the increased ratios of annual running time in the mix mode vary from 3.6% to 31.2% according to meteorological parameters of different cities. It is pointed out that air cooled chillers with free cooling coil and evaporative pad pre-cooler will be an important direction for the selection of the cooling source of the green data center.

Data center; Air cooled chiller; Year-round refrigeration; Free cooling; Evaporative cooling

10.3969/j.issn.2095-4468.2018.04.202

*肖新文（1980-），男，工程師，碩士。研究方向：數據中心暖通空調設計及節能研究。聯系地址：上海市閔行區申富路999號，郵編：201108。聯系電話：13661626718。E-mail：xiaoxinwen11@126.com。