交叉式露點間接蒸發冷卻空調機組在數據機房的應用方案分析

宋姣姣　祝紅梅　王曉敏　宋蕾

摘要：在現代數據化不斷發展的潮流下，我國數據機房的發展也迎來了重要的時期。國內現在很多的數據機房正在增長，而且發展質量也在迅速提高。在發展的過程中，現在數據的集中化已經成為重要的發展途徑，我們需要在現代數據機房的建設過程中重視這個關鍵環節，不斷加強空調機組的方案研究。從現代數據機房來建設中看，很多數據機房的硬件設施還有待提高。雖然現在數據機房數量在不斷的增加，但是數據中心的質量卻需要我們進行深入研究和提高。數據中心的建設需要優化能源的能耗結構，特別是空調系統，在整個數據機房的消耗中占到了接近50%。這個數字是非常明顯的，我們需要做好空調能耗的優化工作。本文主要探討了交叉式露點間接蒸發冷卻空調機組在數據機房的應用方案，以供廣大學者和讀者朋友參考。

關鍵詞：交叉式露點;冷卻空調機組;數據機房;應用方案分析

引言

本文提出了一個確定帶橫流式換熱器的露點間接蒸發冷卻器（M循環CrFIEC）產品空氣特性的模型。在這方面，使用了最強大的統計方法，即數據處理型神經網絡（GMDH）的分組方法。然后將所建立的GMDH模型應用于某型CrFIEC的多目標優化，以年平均性能系數（COP）和制冷量（CC）為優化決策變量，同時使年平均性能系數（COP）和制冷量（CC）最大化。因此，基于Koppen-Geiger分類法，在不同氣候條件下對所提出的系統特征進行了優化。結果表明，所有氣候條件下的最佳進氣速度在1.796～1.957m.s1之間變化，最優風速為0.318。COP和CC的平均值分別提高了8.1%和6.9%。

1 交叉式露點間接蒸發冷卻空調的原理

空調是導致我國電網峰值需求的最大因素，也是電網故障和停電的主要原因。發電機和制冷空調機組在高環境溫度下效率最低，此時制冷需求最高。這導致污染加劇，對備用發電能力的過度投資，以及峰值資產利用率低下。僅在我國，空調就約占用于發電的所有能源的15%（將近4萬億Btu），這導致每年向大氣中排放約3.43億噸二氧化碳第二年蒸發式空調可通過消除能源浪費和減少電力消耗，減輕對環境的影響。研究人員開發了一種新的多級間接蒸發冷卻（IEC）技術，稱為Coolerado冷卻器。這項技術采用獨特的設計，最大限度地發揮其冷卻過程的直接和間接階段的效力。循環的工作原理是在20級過程中同時冷卻一次（或產品）空氣和二次（或工作）空氣。每一級通過將多個直接級與一個間接級相結合來促進冷卻。與傳統蒸發冷卻技術相比，累積的結果是產品空氣溫度更低，因為該裝置可實現90%120%的濕球效率（WBE）。這一過程與其他直接/間接工藝的關鍵區別在于，積聚水分的工作空氣在每個階段都被排出，從而使產品空氣能夠以較低的溫度輸送。間接蒸發冷卻器（IECS）利用水蒸發的潛熱，在不增加濕度的情況下間接冷卻進料過程空氣。在IEC運行中，一次通道內的工藝空氣溫度幾乎可以降低到通過濕通道的SCAV-Enger空氣的濕球溫度（WB）。因此，IEC可以在冷卻線圈通過前對流程空氣進行預處理，從而減小冷凍機在建筑應用中的尺寸。然而，IEC的性能受到其結構和二次通道中SCAV-Enger空氣狀況的嚴重影響。為了提高蒸發冷卻性能，各種iec配置在較低的溫度下提供空氣供應。通過在實際建筑空氣處理應用中所經歷的操作條件下的實驗，比較在兩種不同運行模式下運行的IECS的性能。在100%室外空氣系統應用的基礎上，在兩種不同運行方式下，在環境室中對兩種常用的跨流IEC進行了測試，并通過對測量數據的分析，對兩種工況下兩種工況下的濕球效率和冷卻能力進行了評價。進入常規或再生IECS的一次空氣通常是干燥的或機械地除濕在幾種建筑空調應用中。因此，本研究中使用的PRI-Mary空氣是在炎熱干燥的條件下選擇的。

2 實驗裝置

實驗選用了兩種不同的橫流IECS（IEC 1和IEC 2）。IEC 1的配置是為適應兩種工作模式而設計的：一般模式（即模式-1）和再生模式（即模式-2），它可以通過打開或關閉擋板，將PRI-Mary空氣重定向到二次空氣側。當阻尼器處于損耗位置時，IEC以-1模式工作。為了在模式-2中操作IEC，應該打開和調節阻尼器，以便將一部分一次空氣重新定向到第二空氣側。

在一般操作模式（即模式-1）中，一次空氣不指向二次側，并流經水平干道，而二次空氣則以U形通過濕通道。為了測試IECS下模-1和模式-2操作的冷卻性能，每個IEC單元被放置在由兩個分離室組成的測試設備中：一個主空氣室和一個室內空氣室。每個燃燒室都由恒溫和濕度單元維護，以保持艙內的焦油獲取條件。一次空氣室產生溫暖和干燥的空氣，以模擬后期除濕的一次空氣通過除濕系統在IEC之前。室內空氣室只有在兩臺IEC裝置在-1模式測試時才能啟動，產生模擬室內空氣條件的室內空氣，作為二次風流，IEC進出口干球和濕球溫度以及一次和二次風流的流量由兩個標準測試器中的電阻溫度計探測器（RTDS）測量。每個氣流的濕度比是根據測量的干球和濕球溫度來確定的。利用差壓傳感器和靜壓傳感器測量的壓降，確定了一次流和二次流的質量流量，絕對壓力也是用絕對壓力森-SOR測量的。

3 交叉式露點間接蒸發冷卻空調機組在數據機房的應用方案

本文中的項目采用的是某地區數據中心樣本，這個數據中心的面積達到了兩萬5000m2，而且整個機柜的數量接近3000個，每個機柜的功率是五千瓦，數據中心的負荷達到了17600千瓦。這個數據中心的空調機組能耗是非常高的，而且每個系統用到的都是傳統的智能方法，這種智能效率比較低，會產生大量的能源浪費。通過對目前這個系統的測量分析，如果采用間接蒸發冷設備系統來替換原有的傳統設備，我們可以得到以下的數據對比。

從表格中的數據進行深入分析，雖然在開始項目的時候，間接性冷卻蒸發設備投入會比較多，但是他可以保證全年氣候條件下不同模式進行調整，這樣在面臨不同氣候的時候，電費就會極大的減少。而且一般在前幾年中最普通的冷凍空調就能達到平衡的效果。同樣的情況下，如果采用傳統的機組系統，只能達到間接蒸發冷卻系統工作效率的1/2，并且傳統降溫設備的消耗水源多出了兩倍。間接性蒸發冷卻系統更是和緯度較高的地方，在低緯度的地區并不建議使用這種冷卻設備。隨著氣溫的逐漸降低，間接性蒸發，冷卻系統的性能會進一步提升，而且能夠發揮更大的工作價值。但是這種間接性蒸發冷卻系統不能夠在極端的條件下使用，如果在惡劣條件下長期使用這種冷卻設備就會導致系統結冰，反倒影響了冷卻效果。

4 結束語

綜上所述，間接性蒸發智能系統需要進行合理的選擇，發揮更好的制冷作用。而且我們應該在不同的氣候條件下，進一步研發間接蒸發冷卻技術，發揮最大的節能效果。

參考文獻

[1]西安工程大學.壓入式立管間接蒸發冷卻-流體動力噴水室復合空調機：CN201320217025.8[P].2013-11-06.

[2]劉佳莉，黃翔，孫哲.CFD技術在新型復合式露點間接蒸發冷卻空調機組的應用[J].發電與空調，2014，35（1）：67-71. DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2014.01.016.

[3]劉艷品.露點蒸發式空調機的理論研究與數值模擬[D].北京：北京工業大學，2009.

[4]西安工程大學.適用于執勤崗亭的蒸發冷卻與太陽能發電結合的空調機：CN201320582866.9[P].2014-04-30.

[5]富士電機株式會社.一體型空調系統、用于一體型空調系統的室內空氣單元、用于一體型空調系統的室外空氣單元和堆疊構件：CN201180047781.4[P].2013-06-05.

基金項目

本文系西安科技大學高新學院校內基金項目之一般性課題《蒸發冷卻在數據中心節能分析》（2017KJ-02）。

作者簡介

宋姣姣（1989—），女，陜西，限=西安科技大學高新學院，城市建設學院，專職教師。