淺析直流式蒸發冷卻空調系統在數據中心的應用研究

宋姣姣 王 瑾 王 靜 崔 巍

（西安科技大學高新學院 710109）

關鍵字：數據中心；蒸發冷卻；焓濕圖；直流式

0 前言

機房空調主要用于計算機和數字處理機房中，系統機房包括：主機房、輔助區、支持區和行政管理區。國家工業和信息化部發布《關于數據中心建設布局的指導意見》，要求‘十一五’期間，電信業務總量綜合能耗下降 10%[1]。現有在數據中心里應用的蒸發冷卻空調系統，有直接蒸發冷卻、間接蒸發冷卻、間接-直接兩級蒸發冷卻或者間接-直接多級蒸發冷卻等系統形式，也可分為直流式、循環式、混合式空調系統等[2]。本文對數據中心應用的直流式空調系統進行分析。

1 數據中心環境要求

美國采暖制冷與空調工程師學會ASHRAE TC9.9發布的1、2級通信機房的環境要求為例，設施應以推薦運行環境范圍為目標進行設計與運行，溫度為 18～27℃，濕度要求為露點溫度5.5～15℃且相對濕度小于60%[3]，分析出1級環境要求推薦區和允許區，推薦運行是完全正常運行環境情況，而允許運行是極端運行環境情況，允許區比推薦區范圍更大，即放寬的要求在保證機房設備正常運行的時候，可以減少機房加濕、除濕、加熱的能耗，降低機房空調系統的能耗。

2 蒸發冷卻空調系統應用形式

目前數據中心機房空調應用蒸發冷卻系統，有噴霧直接蒸發冷卻降溫系統、直接蒸發式冷氣機、管式間接蒸發冷卻器、露點式間接蒸發冷卻器等[4-5]。筆者從機房空調系統的直流式應用形式入手，直流式空調系統又稱為全新風空調系統，是指系統在運行過程中全部采用新風，經處理達到送風狀態參數后再送人空調房間內，吸收室內空氣的熱濕負荷后又全部排掉，新風一進一排使用的空調系統；在此基礎上，進一步分析數據中心應用這兩種形式直接蒸發冷卻器、間接蒸發冷卻器和間接+直接蒸發冷卻器三種形式。

2.1 直接蒸發式冷氣機

在數據中心中直接蒸發式冷氣機采用直流式空調系統，直接蒸發式冷氣機也稱為濕式過濾器，當室外氣象條件一定的情況下，開啟直接蒸發式冷氣機，室外空氣處理過程是等焓加濕，在降溫的同時加濕，節省了加濕器的功耗，同時對室外空氣進行過濾除塵起到凈化目的，也節省了過濾器的功耗，這種形式的蒸發冷卻系統，在室外空氣溫度略低于機房內空氣溫度的時候，節能效果非常明顯。當室外空氣干球溫度略低于機房內空氣干球溫度、室外空氣含濕量低于機房內空氣含濕量和室外空氣焓值低于機房內空氣焓值時，直接蒸發式冷氣機采用直流式運行。

2.2 間接蒸發冷卻器

間接蒸發冷卻器不同于直接蒸發冷式冷氣機，當室外氣象條件一定的情況下，開啟間接蒸發冷卻器，室外空氣處理過程是等濕冷卻，在降低溫度的同時含濕量不變，其處理過程與數據中心的顯熱散熱量相符，而且降溫幅度大于直接蒸發式冷氣機。其中，間接蒸發冷卻器直流式空調系統分為兩種：1）室外新風作為間接蒸發冷卻器的一次空氣、而是數據中心室內回風作為二次空氣；2）室外新風即作為間接蒸發冷卻器一次空氣也作為二次空氣，即是外新風分流一部分作為一次空氣，另一部分作為二次空氣（注：露點間接蒸發冷卻器）。當室外空氣干球溫度低于機房室內空氣干球溫度且室外空氣含濕量趨近于機房內空氣含濕量時，間接蒸發冷卻采用直流式運行。

2.3 間接+直接兩級蒸發冷卻空調機組

間接+直接兩級蒸發冷卻空調機組不同于一級蒸發冷卻器，一級直接或間接蒸發冷卻空調由于其自身的特點在適用范圍上受到限制，但是兩級蒸發冷卻空調機組適用范圍更廣。當室外氣象條件一定的情況下，開啟兩級蒸發冷卻空調機組，室外空氣處理過程是先經過第一級間接蒸發冷卻器等濕冷卻，再經過第二級直接蒸發冷卻器等焓加濕，其送風溫度理論上可以達到入口空氣的亞濕球溫度（濕球溫度以下，露點溫度以上）。當室外空氣干球溫度相對于一級蒸發冷卻器室外空氣干球溫度較高，但是仍然低于數據中心室內空氣干球溫度，且室外空氣特別干燥即室內空氣含濕量遠小于室外空氣含濕量的情況下，間接+直接兩級蒸發冷卻空調機組采用直流式運行。

直流式空調系統處理全新風，新風的設計計算參數取決于《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》[6]，室外設計計算參數不穩定波動較大，在數據中心機房空調中應用蒸發冷卻技術受室外氣象參數的影響較大，在設備選型計算中送風量需要考慮夏季最不利的情況，因此，蒸發冷卻空調技術在過渡季節有效利用自然冷源，但是當夏季室外空氣溫度遠高于機房室內空氣溫度和室外空氣含濕量高于機房室內空氣含濕量時，直接蒸發式冷氣機、間接蒸發冷卻器和間接+直接兩級蒸發冷卻空調機組需要與機械制冷聯合運行，才能滿足數據中心溫濕度的要求。

3 結論

數據中心應用蒸發冷卻直流式空調系統，直流式空調系統在室外空氣溫度低于機房室內空氣溫度時，過渡季節有效利用室外自然冷源，但是受室外氣象參數的影響較大。當室外空氣含濕量高于機房室內空氣含濕量時，蒸發冷卻直流式系統都需要與機房精密空調聯動運行，此時蒸發冷卻空調系統起到經濟器的作用，進一步輔助機房精密空調達到節能的目的。