新风自然冷却及机械制冷一体节能空调的研究

陈璞，于晓琳，罗田彦，牛晓文，戎晔

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 23 0 0 3 1）

新风自然冷却及机械制冷一体节能空调的研究

陈璞，于晓琳，罗田彦，牛晓文，戎晔

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 23 0 0 3 1）

对新风自然冷却及机械制冷一体节能空调进行深度解析，并通过全年能效比的测试和普通型机房空调的试验数据对比分析，结果显示新风自然冷却及机械制冷一体节能空调A E E R明显高于普通型机房空调。

新风自然冷却；湿膜加湿器；焓值；全年能效比；制冷量；制冷消耗功率

世界范围内的节能减排和绿色环保诉求，对作为I T行业能耗最大的数据中心建设和运营提出了更高的要求。数据中心P UE值的降低已成为业主和设计建设者的首要诉求，特殊领域的信息化技术应用需求——对车载式数据中心、野外作业的便捷性部署需求越来越大。2 0 1 0年全球数据中心耗电量达到了1 9 8 8亿千瓦时，约占全球发电量的1.1%～1.5%，而在拥有大量数据中心的美国，这个比例已达1.7%～2.2%。2 0 1 1年，我国数据中心总耗电量达7 0 0亿千瓦时，已经占到全社会用电量的1.5%。因此，高效节能的数据中心是未来数据中心行业发展的一大必然趋势，持续且有效地降低数据中心的运营成本已经成为当务之急。空调系统用于对数据中心进行降温处理，是保持数据中心的高效率运行的条件之一；然而现有技术中，数据中心的空调系统能耗非常高，其占数据中心总能耗的3 0~4 5%，进而导致数据中心P UE值（数据中心总能耗/I T设备能耗）居高不下，增加了数据中心的运营成本。

1 新风自然冷却及机械制冷一体节能空调原理

新风自然冷却及机械制冷一体节能空调是一种集新风自然冷却和机械制冷功能与于一体的空调机组，依靠新风自然冷却和压缩机机械制冷相结合达到降温目的。

该机产品包括有湿膜加湿新风系统和机械制冷系统。新风系统包括湿膜加湿模块、E C风机、增压泵等部件。机械制冷系统主要包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等制冷部件。空调机组结构上包括混风箱、机柜、下沉风道三部分。

混风箱为一个风道箱体，包括室内回风风阀和新风风阀。下沉风道包括E C风机和风道。机柜包括湿膜加湿模块、蒸发器、压缩机等制冷部件。湿膜加湿模块包括两个湿膜加湿器。所述湿膜加湿器为一厚一薄两个，一厚一薄两个湿膜加湿器组合一起为一个加湿模块。所述加湿模块所包含的两个湿膜加湿器由顶板和下方的水槽相连接，在所述的两个湿膜加湿器中间的顶部装有两排喷头。所述的喷头一排位于内侧较薄的湿膜加湿器顶部，另一排位于两块湿膜加湿器中间的顶部。所述的加湿模块与机械制冷系统的蒸发器组合安装一起，所述蒸发器紧贴所述加湿模块中薄的湿膜加湿器安装一起，机组原理图见图1。

图1 新风自然冷却原理

2 本产品的有益效果

（1）采用新风自然冷却系统和机械制冷系统相结合的制冷方式。

（2）本机组可实现三种工作模式：全自然冷却、全机械制冷、自然冷却+机械制冷。可根据需要选择不同的工作模式，实现高效节能的制冷方式。

（3）采用双次式湿膜加湿器，其加湿量大，稳定可靠，维护方便。

（4）机组水系统采用内循环模式，水可循环利用。

（5）采用E C风机下沉式风道设计，结构更合理，机组能效更高。

（6）新风自然冷却系统，控制上采用智能化的新风焓值控制法。焓值控制系统利用新风和回风的焓值比较来控制风阀的开启度，可以最大限度的节约能量。通过控制器的焓值比较来确定新风与回风的焓差，并结合新风和回风的干球温度来确定新风比，保证送风温度高于房间露点温度。

（7）拓宽了应用场所，新风自然冷却系统采用了一次回风加新风设计和自适应控制系统，有效保证了送风温度高于机房内露点温度，全国各地均可采用该系列机组。

3 试验方法

3.1 原理图

试验方法依据G B/T 1 9 4 1 3-2 0 1 0中的风洞式空气焓差法布置原理图见图2。

图2 试验布置图

3.2 制冷量计算

用蒸发器侧试验数据分别按式（1）、式（2）、式（3）计算制冷量、显热制冷量和潜热制冷量：

式中：

qtci——制冷量(蒸发器侧数据)，W；

Qmi——名义工况下的送风量，m3/s；

ha1——进入蒸发器侧空气的焓，J/k g干空气；

ha2——离开蒸发器侧空气的焓，J/k g干空气；

V́n——喷嘴处空气的比容，m3/k g；

Wn——喷嘴处空气的含湿量，k g/k g干空气；

qsci——显热制冷量(蒸发器侧数据)，W；

Cpa——空气的比热，J/k g干空气℃；

ta1——进入蒸发器侧空气干球温度，℃；

ta2——离开蒸发器侧空气干球温度，℃；

qlci——潜热制冷量(蒸发器侧数据)，W；

Wi1——进入蒸发器侧空气的含湿量，k g/k g干空气；

Wi2——离开蒸发器侧空气的含湿量，k g/k g干空气；

3.3 全年能效比

机房空调进行全年制冷时从室内除去的热量总和与消耗的电量总和之比。

机房空调的全年能效比（A E E R）计算：

4 测试结论

以上已经进行了理论分析，为了加以证明，我们将此机型和普通型机房空调进行了实验对比，数据如表1。

表1 A E E R的对比

通过以上试验数据分析，新风自然冷却及机械制冷一体节能空调A E E R明显高于普通型机房空调，这为以后高效节能的数据中心行业发展提供了有效的依据，可有效降低数据中心的运营成本。

[1]G B/T 1 9 4 1 3-2 0 1 0.计算机和数据处理机房用单元式空气调节机.

[2]徐龙云等.新风自然冷却在数据中心的应用分析[J].智能建筑，2 0 1 5,1 2.

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