浅析直流式蒸发冷却空调系统在数据中心的应用研究

宋姣姣 王 瑾 王 静 崔 巍

（西安科技大学高新学院 710109）

关键字：数据中心；蒸发冷却；焓湿图；直流式

0 前言

机房空调主要用于计算机和数字处理机房中，系统机房包括：主机房、辅助区、支持区和行政管理区。国家工业和信息化部发布《关于数据中心建设布局的指导意见》，要求‘十一五’期间，电信业务总量综合能耗下降 10%[1]。现有在数据中心里应用的蒸发冷却空调系统，有直接蒸发冷却、间接蒸发冷却、间接-直接两级蒸发冷却或者间接-直接多级蒸发冷却等系统形式，也可分为直流式、循环式、混合式空调系统等[2]。本文对数据中心应用的直流式空调系统进行分析。

1 数据中心环境要求

美国采暖制冷与空调工程师学会ASHRAE TC9.9发布的1、2级通信机房的环境要求为例，设施应以推荐运行环境范围为目标进行设计与运行，温度为 18～27℃，湿度要求为露点温度5.5～15℃且相对湿度小于60%[3]，分析出1级环境要求推荐区和允许区，推荐运行是完全正常运行环境情况，而允许运行是极端运行环境情况，允许区比推荐区范围更大，即放宽的要求在保证机房设备正常运行的时候，可以减少机房加湿、除湿、加热的能耗，降低机房空调系统的能耗。

2 蒸发冷却空调系统应用形式

目前数据中心机房空调应用蒸发冷却系统，有喷雾直接蒸发冷却降温系统、直接蒸发式冷气机、管式间接蒸发冷却器、露点式间接蒸发冷却器等[4-5]。笔者从机房空调系统的直流式应用形式入手，直流式空调系统又称为全新风空调系统，是指系统在运行过程中全部采用新风，经处理达到送风状态参数后再送人空调房间内，吸收室内空气的热湿负荷后又全部排掉，新风一进一排使用的空调系统；在此基础上，进一步分析数据中心应用这两种形式直接蒸发冷却器、间接蒸发冷却器和间接+直接蒸发冷却器三种形式。

2.1 直接蒸发式冷气机

在数据中心中直接蒸发式冷气机采用直流式空调系统，直接蒸发式冷气机也称为湿式过滤器，当室外气象条件一定的情况下，开启直接蒸发式冷气机，室外空气处理过程是等焓加湿，在降温的同时加湿，节省了加湿器的功耗，同时对室外空气进行过滤除尘起到净化目的，也节省了过滤器的功耗，这种形式的蒸发冷却系统，在室外空气温度略低于机房内空气温度的时候，节能效果非常明显。当室外空气干球温度略低于机房内空气干球温度、室外空气含湿量低于机房内空气含湿量和室外空气焓值低于机房内空气焓值时，直接蒸发式冷气机采用直流式运行。

2.2 间接蒸发冷却器

间接蒸发冷却器不同于直接蒸发冷式冷气机，当室外气象条件一定的情况下，开启间接蒸发冷却器，室外空气处理过程是等湿冷却，在降低温度的同时含湿量不变，其处理过程与数据中心的显热散热量相符，而且降温幅度大于直接蒸发式冷气机。其中，间接蒸发冷却器直流式空调系统分为两种：1）室外新风作为间接蒸发冷却器的一次空气、而是数据中心室内回风作为二次空气；2）室外新风即作为间接蒸发冷却器一次空气也作为二次空气，即是外新风分流一部分作为一次空气，另一部分作为二次空气（注：露点间接蒸发冷却器）。当室外空气干球温度低于机房室内空气干球温度且室外空气含湿量趋近于机房内空气含湿量时，间接蒸发冷却采用直流式运行。

2.3 间接+直接两级蒸发冷却空调机组

间接+直接两级蒸发冷却空调机组不同于一级蒸发冷却器，一级直接或间接蒸发冷却空调由于其自身的特点在适用范围上受到限制，但是两级蒸发冷却空调机组适用范围更广。当室外气象条件一定的情况下，开启两级蒸发冷却空调机组，室外空气处理过程是先经过第一级间接蒸发冷却器等湿冷却，再经过第二级直接蒸发冷却器等焓加湿，其送风温度理论上可以达到入口空气的亚湿球温度（湿球温度以下，露点温度以上）。当室外空气干球温度相对于一级蒸发冷却器室外空气干球温度较高，但是仍然低于数据中心室内空气干球温度，且室外空气特别干燥即室内空气含湿量远小于室外空气含湿量的情况下，间接+直接两级蒸发冷却空调机组采用直流式运行。

直流式空调系统处理全新风，新风的设计计算参数取决于《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[6]，室外设计计算参数不稳定波动较大，在数据中心机房空调中应用蒸发冷却技术受室外气象参数的影响较大，在设备选型计算中送风量需要考虑夏季最不利的情况，因此，蒸发冷却空调技术在过渡季节有效利用自然冷源，但是当夏季室外空气温度远高于机房室内空气温度和室外空气含湿量高于机房室内空气含湿量时，直接蒸发式冷气机、间接蒸发冷却器和间接+直接两级蒸发冷却空调机组需要与机械制冷联合运行，才能满足数据中心温湿度的要求。

3 结论

数据中心应用蒸发冷却直流式空调系统，直流式空调系统在室外空气温度低于机房室内空气温度时，过渡季节有效利用室外自然冷源，但是受室外气象参数的影响较大。当室外空气含湿量高于机房室内空气含湿量时，蒸发冷却直流式系统都需要与机房精密空调联动运行，此时蒸发冷却空调系统起到经济器的作用，进一步辅助机房精密空调达到节能的目的。