機房空調系統解決方案

在數據中心空調系統中主要分為風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機房空調系統、水冷直接蒸發(fā)式機房空調系統、冷凍水機房空調系統、雙冷源空調系統等機房空調系統。

以數據中心空調系統作為集中冷源的冷凍水系統，該系統與各自獨立的直接蒸發(fā)式空調系統相比，制冷效率更高，設備更集中更少，運行更穩定，故障率和維護成本更低，國外眾多大型數據中心普遍使用冷凍水空調系統。阿爾西提出的數據中心自然冷卻冷凍水系統，已通過(guò)國家專(zhuān)利審批。它通過(guò)冷凍水循環(huán)管路的精心設計以及控制邏輯的優(yōu)化，實(shí)現與機房?jì)炔靠照{氣流組織的完美匹配，并且可以根據室內熱負荷以及室外環(huán)境的變化，對冷凍水流量進(jìn)行靈活的調節，將自然冷卻的效益發(fā)揮到最大，始終使機組保持高效運行。此套數據中心空調解決方案根據安裝地區氣候條件的不同，可以實(shí)現20%～50%的節能，使得運行費用大幅縮減，而為此增加的機房空調設備初投資，最多兩年的時(shí)間就可以收回，而整個(gè)機組的使用壽命至少有10年。

冷凍水空調系統包括不含冷源的冷凍水型機組加冷水主機。

冷水主機分為普通冷水主機和自然冷卻冷水主機。普通冷水主機一般安裝在建筑物的屋頂外部，它們專(zhuān)為室外安裝設計，不需要增加任何針對惡劣天氣的保護措施。冷水機組按照不同冷凝方式可分為風(fēng)冷和水冷兩種，以風(fēng)冷冷水主機為例，其工作原理是：攜帶室內熱量的高溫回水流入機組，進(jìn)入殼管式蒸發(fā)器，被制冷劑盤(pán)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)機驅動(dòng)環(huán)境空氣對其進(jìn)行強制散熱。按經(jīng)驗來(lái)說(shuō)，一套空調設備的平均制冷量為設計值的85%，剩下部分作為冷量備份。

自然冷卻冷水主機的工作原理：當室外溫度較低時(shí)，就可以利用冷空氣冷卻高溫回水，不需要開(kāi)啟壓縮機即可為空調室內機提供冷量，這種方法即為自然冷卻方法。利用自然冷卻效應開(kāi)發(fā)的冷水主機即為自然冷卻冷水主機，它與普通冷水主機最大的區別在于它在冷凝盤(pán)管之前安裝了自然冷卻熱交換盤(pán)管，旨在最先利用環(huán)境冷空氣冷卻盤(pán)管內的回水;另一個(gè)區別在于內部水循環(huán)系統的設計上，自然冷卻循環(huán)利用三通調節閥將循環(huán)水路與自然冷卻熱交換盤(pán)管連接起來(lái)（如下圖所示）。

其實(shí)，自然冷卻冷水主機的工作原理并不復雜：當三通調節閥中旁通B完全關(guān)閉，A與C連通時(shí)，即自然冷卻熱交換盤(pán)管關(guān)閉，全部冷量由壓縮機制冷提供;當室外溫度低于回水溫度時(shí)，A關(guān)閉，B與C連通，回水通過(guò)自然冷卻熱交換盤(pán)管預冷，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器，這樣一來(lái)，壓縮機只需部分工作就可以滿(mǎn)足空調冷量的要求，從而節省了大部分能耗;而當室外溫度足夠低時(shí)，A關(guān)閉，B與C連通，通過(guò)自然冷卻就可以完全滿(mǎn)足空調冷量要求，壓縮機停機，這時(shí)機組總能耗明顯降低，只包含自然冷卻系統的能耗，總之，室外溫度越低，節能效果越明顯。如果采用自然冷卻冷水機組比普通冷水機組每年大約節能20～50%，具體效果如何會(huì )因安裝地區的氣候條件而不同。

風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機組，適用于水源缺乏的地區和無(wú)冷卻水系統的場(chǎng)所，可外掛或外置室外機（樓層不高，允許破壞建筑外觀(guān)），系統簡(jiǎn)單，無(wú)須考慮配備水泵和冷卻塔，也無(wú)需集中冷凍水系統為之服務(wù)。缺點(diǎn)為室內外機之前的管長(cháng)受限，在室內外機之前接管超過(guò)60米時(shí)，需要根據實(shí)際情況采取解決方案。

水冷直接蒸發(fā)式機組，適用于有集中冷卻水系統的場(chǎng)所，機組能效比風(fēng)冷式機組高，機房空調機組安裝不受室外場(chǎng)地限制。

雙冷源機組具有直接蒸發(fā)式和冷凍水機組的雙重優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還具有冷源相互備份的特點(diǎn)，當使用用戶(hù)冷凍水資源時(shí)，只有冷凍水盤(pán)管換熱，壓縮機停止運行，有利于節能，當用戶(hù)停止中央空調冷凍水系統時(shí)，機組啟動(dòng)壓縮機進(jìn)行制冷。

機房空調系統分析比較

以一個(gè)面積為8000平方米，熱負荷為500W/平方米的數據中心為例，不同空調系統（自含冷源的風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機組、水冷直接蒸發(fā)式機組、普通風(fēng)冷冷水主機加冷凍水機組、自然冷卻冷水主機加冷凍水機組、水冷冷水主機加冷凍水機組、雙冷源型空調機組）分別在哈爾濱、北京、上海、廣州、貴陽(yáng)這五個(gè)城市運行，分析運行結果如下：

首先，從機房空調系統總投資的比較可以看到，雙冷源系統，具有風(fēng)冷和冷凍水系統雙重特點(diǎn)，投資成本最高，但是系統的運行最穩定，維修和維護量最大。

自然冷卻冷水主機加冷凍水機組和普通風(fēng)冷冷水主機加冷凍水機組投資成本相當，比雙冷源系統要小很多，自然冷卻冷水機組在不同的安裝條件可以達到不同的節能效果，所以在合適的安裝地點(diǎn)推薦使用自然冷卻冷水機組，風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機組和水冷直接蒸發(fā)式機組的系統總投資最小，風(fēng)冷機組適用于全國范圍內，其靈活性最高，而水冷機組更適用于南方地區。