在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中主要分為風(fēng)冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)、冷凍水空調(diào)系統(tǒng)、雙冷源空調(diào)系統(tǒng)等空調(diào)系統(tǒng)。
以數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)作為集中冷源的冷凍水系統(tǒng),該系統(tǒng)與各自獨(dú)立的直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)相比,制冷效率更高,設(shè)備更集中更少,運(yùn)行更穩(wěn)定,故障率和維護(hù)成本更低,國外眾多大型數(shù)據(jù)中心普遍使用冷凍水空調(diào)系統(tǒng)。提出的數(shù)據(jù)中心自然冷卻冷凍水系統(tǒng),已通過國家專利審批。它通過冷凍水循環(huán)管路的精心設(shè)計(jì)以及控制邏輯的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)與機(jī)房內(nèi)部空調(diào)氣流組織的完美匹配,并且可以根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷以及室外環(huán)境的變化,對冷凍水流量進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié),將自然冷卻的效益發(fā)揮到最大,始終使機(jī)組保持高效運(yùn)行。此套數(shù)據(jù)中心空調(diào)解決方案根據(jù)安裝地區(qū)氣候條件的不同,可以實(shí)現(xiàn)20%~50%的節(jié)能,使得運(yùn)行費(fèi)用大幅縮減,而為此增加的空調(diào)設(shè)備初投資,最多兩年的時(shí)間就可以收回,而整個機(jī)組的使用壽命至少有10年。
冷凍水空調(diào)系統(tǒng)包括不含冷源的冷凍水型機(jī)組加冷水主機(jī)。
冷水主機(jī)分為普通冷水主機(jī)和自然冷卻冷水主機(jī)。普通冷水主機(jī)一般安裝在建筑物的屋頂外部,它們專為室外安裝設(shè)計(jì),不需要增加任何針對惡劣天氣的保護(hù)措施。冷水機(jī)組按照不同冷凝方式可分為風(fēng)冷和水冷兩種,以風(fēng)冷冷水主機(jī)為例,其工作原理是:攜帶室內(nèi)熱量的高溫回水流入機(jī)組,進(jìn)入殼管式蒸發(fā)器,被制冷劑盤管冷卻,熱量傳遞給制冷劑,由后者帶到風(fēng)冷冷凝器中,由風(fēng)機(jī)驅(qū)動環(huán)境空氣對其進(jìn)行強(qiáng)制散熱。按經(jīng)驗(yàn)來說,一套空調(diào)設(shè)備的平均制冷量為設(shè)計(jì)值的85%,剩下部分作為冷量備份。
自然冷卻冷水主機(jī)的工作原理:當(dāng)室外溫度較低時(shí),就可以利用冷空氣冷卻高溫回水,不需要開啟壓縮機(jī)即可為空調(diào)室內(nèi)機(jī)提供冷量,這種方法即為自然冷卻方法。利用自然冷卻效應(yīng)開發(fā)的冷水主機(jī)即為自然冷卻冷水主機(jī),它與普通冷水主機(jī)最大的區(qū)別在于它在冷凝盤管之前安裝了自然冷卻熱交換盤管,旨在最先利用環(huán)境冷空氣冷卻盤管內(nèi)的回水;另一個區(qū)別在于內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,自然冷卻循環(huán)利用三通調(diào)節(jié)閥將循環(huán)水路與自然冷卻熱交換盤管連接起來(如下圖所示)。
其實(shí),自然冷卻冷水主機(jī)的工作原理并不復(fù)雜:當(dāng)三通調(diào)節(jié)閥中旁通完全關(guān)閉,與連通時(shí),即自然冷卻熱交換盤管關(guān)閉,全部冷量由壓縮機(jī)制冷提供;當(dāng)室外溫度低于回水溫度時(shí),關(guān)閉,與連通,回水通過自然冷卻熱交換盤管預(yù)冷,然后再進(jìn)入蒸發(fā)器,這樣一來,壓縮機(jī)只需部分工作就可以滿足空調(diào)冷量的要求,從而節(jié)省了大部分能耗;而當(dāng)室外溫度足夠低時(shí),關(guān)閉,與連通,通過自然冷卻就可以完全滿足空調(diào)冷量要求,壓縮機(jī)停機(jī),這時(shí)機(jī)組總能耗明顯降低,只包含自然冷卻系統(tǒng)的能耗,總之,室外溫度越低,節(jié)能效果越明顯。如果采用自然冷卻冷水機(jī)組比普通冷水機(jī)組每年大約節(jié)能20~50%,具體效果如何會因安裝地區(qū)的氣候條件而不同。
風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組,適用于水源缺乏的地區(qū)和無冷卻水系統(tǒng)的場所,可外掛或外置室外機(jī)(樓層不高,允許破壞建筑外觀),系統(tǒng)簡單,無須考慮配備水泵和冷卻塔,也無需集中冷凍水系統(tǒng)為之服務(wù)。缺點(diǎn)為室內(nèi)外機(jī)之前的管長受限,在室內(nèi)外機(jī)之前接管超過60米時(shí),需要根據(jù)實(shí)際情況采取解決方案。
水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組,適用于有集中冷卻水系統(tǒng)的場所,機(jī)組能效比風(fēng)冷式機(jī)組高,機(jī)組安裝不受室外場地限制。
雙冷源機(jī)組具有直接蒸發(fā)式和冷凍水機(jī)組的雙重優(yōu)點(diǎn)外,同時(shí)還具有冷源相互備份的特點(diǎn),當(dāng)使用用戶冷凍水資源時(shí),只有冷凍水盤管換熱,壓縮機(jī)停止運(yùn)行,有利于節(jié)能,當(dāng)用戶停止中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)時(shí),機(jī)組啟動壓縮機(jī)進(jìn)行制冷。
機(jī)房精密系統(tǒng)分析比較
以一個面積為8000平方米,熱負(fù)荷為500/平方米的數(shù)據(jù)中心為例,不同空調(diào)系統(tǒng)(自含冷源的風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組、水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組、普通風(fēng)冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組、雙冷源型空調(diào)機(jī)組)分別在哈爾濱、北京、上海、廣州、貴陽這五個城市運(yùn)行,分析運(yùn)行結(jié)果如下:
首先,從空調(diào)系統(tǒng)總投資的比較可以看到,雙冷源系統(tǒng),具有風(fēng)冷和冷凍水系統(tǒng)雙重特點(diǎn),投資成本最高,但是系統(tǒng)的運(yùn)行最穩(wěn)定,維修和維護(hù)量最大。
自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組和普通風(fēng)冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組投資成本相當(dāng),比雙冷源系統(tǒng)要小很多,自然冷卻冷水機(jī)組在不同的安裝條件可以達(dá)到不同的節(jié)能效果,所以在合適的安裝地點(diǎn)推薦使用自然冷卻冷水機(jī)組,風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組和水冷直接蒸發(fā)式機(jī)組的系統(tǒng)總投資最小,風(fēng)冷機(jī)組適用于全國范圍內(nèi),其靈活性最高,而水冷機(jī)組更適用于南方地區(qū)。
從上述各空調(diào)系統(tǒng)的比較分析不難看出,對于北方城市的哈爾濱來說,四季分明,冬天溫度相對比較低,所以不適宜使用水冷系列,故在比較時(shí)沒有將此種空調(diào)系統(tǒng)考慮進(jìn)去,在比較中發(fā)現(xiàn)自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組的節(jié)能效果很明顯,耗電量明顯減少。由于北京一年當(dāng)中大約有30%的時(shí)間溫度小于10度,故自然冷卻冷水機(jī)組加冷凍水機(jī)組可以比普通冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組節(jié)能30%,和其他空調(diào)系統(tǒng)相比耗電量也明顯減少,節(jié)能效果顯著。對于平均溫度很高的城市如上海、廣州、貴陽等地,很難實(shí)現(xiàn)利用環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)自然冷卻功能,相比之下不推薦使用自然冷卻冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組,從系統(tǒng)總投資上可以看出,水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組的系統(tǒng)總投資最少,在計(jì)算設(shè)備制冷總功率和耗電量時(shí),直接蒸發(fā)式機(jī)組最高,其中還未考慮加熱器、加濕器等耗電量,同時(shí)實(shí)際機(jī)組工作時(shí)直接蒸發(fā)式機(jī)組由于室內(nèi)環(huán)境變化會引起壓縮機(jī)的頻繁啟動,必然引起耗電量增加,而水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組這樣的情況沒有直接蒸發(fā)式機(jī)組發(fā)生頻繁,所以從能耗角度考慮直接蒸發(fā)式機(jī)組也沒有水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組系統(tǒng)要好,經(jīng)計(jì)算,水冷冷水主機(jī)加冷凍水機(jī)組系統(tǒng)較風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組要節(jié)能可達(dá)到20%左右。
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