露點間接蒸發冷卻與機械制冷一體節能空調的研究

胡德志

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

數據中心建設規模逐漸擴大導致能源消耗劇增，降低數據中心能耗已成為全球關注的問題。制冷空調系統的能耗約占數據中心總能耗的30%-50%，提高自然冷源利用率，減少機械制冷工作時間成為實現數據中心節能最有效的方法之一。蒸發冷卻是對自然冷源高效利用的一種方式，其中露點間接蒸發冷卻效率最高。ZhanChanghong等對叉流換熱器的蒸發冷卻系統進行研究，結果表明濕球效率可達116%。DuanZhiyin等對設計開發的一種逆流式露點間接蒸發冷卻器在不同的條件下進行測試，結果表明該逆流露點間接蒸發冷卻器的濕球效率為55%-106%，能效比（energy efficiency ratio，EER為2.8-15.5。XuPeng等開發了一種超高能效的逆流式露點間接蒸發冷卻器，在干燥測試標準工況條件下，即干球溫度為37.8℃，濕球溫度為21.1℃時，該冷卻器的濕球效率達到114%，露點冷卻效率達到75%。劉凱磊采用復合式露點間接蒸發冷卻空調對某一模擬發熱機房進行降溫，發現機組最佳二次風量與一次風量比為0.85，對應平均濕球效率為97.4%。

1 露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調

露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調系統原理如表1所示。主要包括露點間接蒸發冷卻段、排風段、送風段[1]。機組參數如表1所示，進入芯體的環境空氣換熱后全部作為排風排走，回風全部作為產出空氣送入室內。

表1 露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調參數

2 露點間接蒸發冷卻器

數據中心空氣處理的潔凈度對IT設備使用至重要，硫化物、酸堿物進入數據中心將腐蝕IT設備，甚至導致設備短路[2]。露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調采用間接換熱形式，利用環境空氣處理回風，環境空氣進風和數據中心回風分開設置互不參混，采用內循環，無環境空氣進入腐蝕設備，既保證降溫效果又保證送風的空氣要求。回風無雜質，對過濾的要求相對較小，減少初投資和運行費用。

2.1 芯體結構

露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調的關鍵部分是露點間接蒸發冷卻芯體。露點間接蒸發冷卻芯體分為干通道和濕通道，干通道與濕通道是由聚合物纖維材料組成，中間被高分子材料撐開形成通道，干通道分為三種形式，下部是環境空氣干通道，為橫向流道，壁面按照與進風水平成45°方向上依次打孔，通過孔口改變內部氣流的流動路徑，使得環境空氣穿過小孔進入濕通道。中部和上部是回風干通道，為相同的直角通道銜接形成Z字形通道。濕通道是整體縱向流道[3]。

2.2 工作原理

對各種露點間接蒸發冷卻器流道形式進行分析，采用逆流式結構的冷卻器性能更優，在原有叉流式流道芯體的基礎上，提出將逆流式流道結構設計于本芯體中，使其換熱效率更高。環境空氣首先進入露點間接蒸發冷卻芯體下部的環境空氣干通道，所有環境空氣（二次空氣）通過小孔進入濕通道，濕通道為縱向通道。濕通道內環境空氣和布水器噴淋的噴淋水進行等焓降溫。環境空氣在橫向流動過程中干球溫度越來越低，通過小孔進入濕通道后空氣濕球溫度也不斷降低，即濕通道側不斷降低的濕球溫度對上部回風干通道的回風進行降溫。回風（一次空氣）進入上部的回風干通道，先橫向流動與濕通道空氣換熱，換熱方式為叉流，之后經90°直角縱向流動，換熱方式為逆流，最后經90°直角變為橫向叉流換熱，所以換熱呈先叉流后逆流再叉流的形式。

2.3 空氣處理過程

狀態點1的環境空氣首先進入露點間接蒸發冷卻芯體下部的環境空氣干通道，環境空氣逐級冷卻后全部進入濕通道，濕通道內溫度逐漸降低的環境空氣冷卻回風干通道內的回風，溫降可接近露點溫度，

3 結語

本文提出一種露點間接蒸發冷卻與機械制冷復合空調，露點間接蒸發冷卻段采用叉流與逆流結合的流道形式，采用立式結構節省占地面積。①當回風溫度為26℃時，運行濕模式干燥工況下濕球效率最高為97%，送風溫度21.1℃；運行混合模式在高濕工況效果更加顯著，當回風溫度低時，高濕工況蒸發冷卻應用受限，必須輔助機械制冷達到送風要求。②當回風溫度為35℃時，運行濕模式干燥工況下機組的濕球效率約為110%，高濕工況下機組的濕球效率約為99%。運行混合模式干燥工況下露點間接蒸發冷卻器的濕球效率約為120%，高濕工況下露點間接蒸發冷卻器的濕球效率約為110%。當回風溫度升高時濕球效率增大，露點間接蒸發冷卻的作用更大。③通過能效對比分析，露點間接蒸發冷卻技術在干燥地區更加適用，露點間接蒸發冷卻的能效比較高濕地區大54%。露點蒸發冷卻與機械制冷復合可使得應用范圍更加廣泛。