蒸發冷卻+機械制冷聯合空調系統在數據中心的應用研究

袁國爐

珠海格力電器股份有限公司 廣東 珠海 519000

隨著科技的發展，數據中心的發展越來越趨向于模塊化、高密度和高精度，而這種發展形勢，也對數據中心中的空調系統提出更高的要求，但由于數據中心的運行對于空調系統的需求相對較高，想要確保空調運行的質量，并有效降低其能源消耗，除了要對其運行工況加以保證之外，還需要對機械制冷及蒸發冷卻聯合空調系統進行科學的應用，因此，針對相關內容進行研究是很有必要的。

一、淺析機械制冷及蒸發冷卻聯合系統

機械制冷及蒸發冷卻聯合系統具有多種形式，第一，根據產出介質形式可以將其分為水側蒸發冷以及風側蒸發冷卻。第二，按照機械制冷技術和蒸發制冷技術的結合模式則可以將其分為空調機組蒸發冷卻以及機械制冷配套蒸發冷卻聯合系統。而這種聯合制冷系統，根據冷源配置方式同樣可以將其分為兩種，一種是冷源外置型，包括蒸發冷卻恒溫恒濕機組以及機械制冷和蒸發冷卻聯合機組，另一種為冷源內置型，包括機械制冷及蒸發冷卻聯合一體化空調。而對于蒸發冷卻配套機械制冷聯合供冷系統，根據服務區域可以將其分為分區供冷以及單一區域供冷，其中前者由蒸發冷卻設備產生的冷風在作用于數據機房大環境以后，能夠使設備機架之外沒有熱源區域存在，而使用機械制冷產生的冷風作用于小環境，其作用的主要對象就是機架當中的發熱源。

二、機械制冷及蒸發冷卻聯合空調系統在數據中心的應用

(一)聯合空調機組的應用。某項目應用機械制冷及蒸發冷卻聯合空調機組對數據機房當中原有的空調機組進行改造，改造之后的空調機組主要包括直接蒸發冷卻段、管式間接蒸發冷卻段、送風段、新回風混合段、粗效段以及表冷段等內容，而機房氣流在組織方式以上送上回為主。此外，改造之后的聯合空調機組當中主要使用水平管式間接蒸發冷卻器，在中等濕度區域其效率能夠達到65%，而直接蒸發冷卻段效率能夠達到90%。根據相關數據調查和分析可以發現，對這種聯合系統進行應用，能夠將空調機組出風溫度控制在0-14℃，而且使用時間能夠達到3400h以上，且每年能耗約為55430k w/h，而應用傳統形式的空調系統，在運行3400h以后，其能耗能夠達到234500k w/h，由此可見，在數據中心當中應用機械制冷及蒸發冷卻聯合空調機組，能夠有效減少數據中心空調系統的能源消耗問題[1]。

(二)聯動系統的應用。某公司通信機房為二類通信機房，在對其空調機房當中的空調進行改造的過程中，主要是以原有機械制冷空調為基礎，同時又在其中加入了蒸發式冷氣機，這種蒸發冷氣機以四面進風為主，且直流式通風為一送一排的方式，數據機房當中的機械制冷以及蒸發式冷氣機為相對獨立的系統，其關停主要由聯動控制方式來實現。并且兩套系統無法同時運行，利用聯動控制系統則主要是對兩系統進行切換，在夏季高溫情況下，只需要將機械制冷系統開啟，就能對數據中心當中的除濕、降溫需求加以滿足，進入過度季節以后，單獨啟動蒸發式氣機即可獲得良好的降溫效果，從而將空調系統能耗有效降低。而該公司在所在區域建立了500座基站，并實施了節能改造，同時設置了相應的直接蒸發式冷氣機，在運行期間每年能夠節約電費375萬元，其每年節電率能夠達到30%-90%。

(三)聯合分區供冷。正常情況下，數據機房當中的散熱量會隨著高度方向發生遞減變化，其中熱量主要在機房設備背板處集中，因此，采用機械制冷及蒸發冷卻聯合的分區供冷方式，其中蒸發冷卻設備主要是將產生的冷風作用在數據機房的大環境當中，而機械制冷所產生的冷風則是送往小環境，該系統在過度季節，利用機械制冷和蒸發冷卻聯合空調機組，將直接-間接蒸發冷卻開啟，就能夠對數據中心進行大環境降溫，而在夏季溫度較高的情況下，將系統表冷段開啟，應用間接-表冷模式，就能實現大環境降溫。而機柜背板方面的冷卻則始終要通過機械制冷的單獨使用來實現。

(四)聯合一體化空調。機械制冷及蒸發冷卻聯合的一體化空調，其核心部件包括冷凝器、直接蒸發冷卻器、間接蒸發冷卻器以及蒸發器等，在一臺機組當中，同時設置蒸汽壓縮式制冷的各項循環部件以及蒸發冷卻功能段，不需要在空調機組當中外設冷源，對風冷式冷凝器進行使用，能夠將冷卻水系統省去，這種一體化空調與原有的機械制冷和蒸發冷卻聯合空調機組不同，其主要是對管式間接蒸發冷卻產生的二次排風冷量進行重復利用，使用低于室外干球溫度管式間接蒸發冷卻產生的二次排風，將冷凝器熱量帶走，使其溫度有效降低，可以很好的提升機械制冷效率，利用管式間接蒸發冷卻器，對室外空氣進行預冷，能夠減少原有機械制冷的制冷負擔，從而降低機械制冷方面的裝機容量，更好的提升一體化空調機組的緊湊性，在數據中心當中應用機械制冷及蒸發冷卻聯合的一體化空調，需要確保自動化控制系統的智能化和高效性，使其能夠根據各種室外進風濕度來切換一體化機組的運行方式，借助蒸發冷卻，盡可能的降低機械制冷過程中的能源消耗問題[2]。

(五)蒸發冷卻恒溫恒濕空調機組。該系統主要包括新風段、回風段、表冷段、預熱段、加熱段、送風段、加濕段、直接蒸發冷卻段以及間接蒸發冷卻段等，這種系統的應用主要是借助自然冷源，對空調精度要求較高的數據中心環境進行控制，通過對間接蒸發冷卻的應用，將機械制冷造成的消耗有效降低

結語

綜上所述，在數據中心當中有效應用機械制冷及蒸發冷卻聯合空調系統，不僅能夠對數據中心的運行需求加以滿足，還能將空調系統的能源消耗大幅降低，這對于數據中心的可持續發展具有非常重要的意義，因此，相關單位一定要對這種聯合空調系統保持重視，并在數據中心當中進行科學的應用，從而為數據中心的高效運行提供支持。