肖新文，曾春利，鄺旻

?

數(shù)據(jù)中心用風(fēng)冷冷水機(jī)組技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展

肖新文*，曾春利，鄺旻

（世圖茲空調(diào)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司，上海 201108）

風(fēng)冷冷水機(jī)組在數(shù)據(jù)中心有廣泛應(yīng)用，作為數(shù)據(jù)中心的冷源應(yīng)確保全年可靠節(jié)能運(yùn)行。本文闡述了風(fēng)冷冷水機(jī)組在低溫啟動(dòng)及全年制冷技術(shù)上的研究進(jìn)展；分析了不同自然冷卻方式的性能差異，提供了自然冷卻盤管串聯(lián)的風(fēng)冷冷水機(jī)組增大混合模式下自然冷卻能力的解決方案；介紹了直接噴霧、蒸發(fā)冷凝器及淋水填料預(yù)冷器等蒸發(fā)冷卻技術(shù)在風(fēng)冷冷水機(jī)組的研究及應(yīng)用情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，填料蒸發(fā)式自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組不僅可提高季節(jié)能效比，而且依據(jù)典型城市的不同氣象參數(shù)可提高3.6%至31.2%的混合模式運(yùn)行時(shí)間年占比率，將是綠色數(shù)據(jù)中心冷源選擇的重要方向。

數(shù)據(jù)中心；風(fēng)冷冷水機(jī)組；全年制冷；自然冷卻；蒸發(fā)冷卻

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)安全、金融監(jiān)管、大數(shù)據(jù)、光通信技術(shù)、云服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，需要大量的數(shù)據(jù)中心作為業(yè)務(wù)支撐。為確保數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的正常運(yùn)行，服務(wù)器工作過程中產(chǎn)生的熱量需通過空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，由于風(fēng)冷冷水機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，不需要專門機(jī)房，在數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)冷源的選擇上有著廣泛的應(yīng)用[1]。一些數(shù)據(jù)中心為了保證機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行絕對可靠、達(dá)到T4標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)置兩套獨(dú)立的供冷系統(tǒng)同時(shí)供冷，為了避免水冷卻型供冷系統(tǒng)因市政斷水故障而停止供冷，通常需要采用風(fēng)冷冷水機(jī)組作為第二套供冷系統(tǒng)[2-4]。集成水力模塊的風(fēng)冷冷凍水機(jī)組具有安裝快捷、節(jié)省空間及高效節(jié)能等特點(diǎn)，適合運(yùn)用于模塊化數(shù)據(jù)中心[5]。在水資源缺乏地區(qū)，風(fēng)冷冷水機(jī)組也是中大型冷水空調(diào)系統(tǒng)的冷源首選[6]。作為數(shù)據(jù)中心的冷源，如何保證風(fēng)冷冷水機(jī)組全年可靠運(yùn)行是業(yè)界關(guān)心的重點(diǎn)。同時(shí)隨著數(shù)據(jù)中心對于運(yùn)行能耗的日益關(guān)注，降低數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行能耗引起了業(yè)界關(guān)注：YANG等[7]分析了濟(jì)南地區(qū)數(shù)據(jù)中心采用風(fēng)冷冷水機(jī)組搭配自然冷卻方式的節(jié)能效果。吳曉暉[8]通過對比發(fā)現(xiàn)：帶自然冷卻風(fēng)冷機(jī)組對于嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)節(jié)能效率可達(dá)30% 以上，對于夏熱冬冷地區(qū)和溫和地區(qū)節(jié)能率可以達(dá)到20%左右。名氣通數(shù)據(jù)中心[9]、太原某數(shù)據(jù)機(jī)房[10]及合肥某高校超級運(yùn)算中心[11]采用帶自然冷卻的風(fēng)冷冷水機(jī)組都取得了良好的節(jié)能效果。

本文將對運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心的風(fēng)冷冷水機(jī)組的技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展做個(gè)梳理。

1 低溫啟動(dòng)及全年制冷技術(shù)

室外環(huán)境溫度對風(fēng)冷冷水機(jī)組的影響較大，通常認(rèn)為，室外環(huán)境溫度越低即冷凝溫度越低，機(jī)組的效率越高[12]，部分學(xué)者還研究不同的控制方式來適應(yīng)較低的環(huán)境溫度以提高機(jī)組的運(yùn)行性能系數(shù)（Coefficient of Performance，）值[13-14]。但是并不是環(huán)境溫度越低越好，通常對于常規(guī)商用風(fēng)冷冷水機(jī)組環(huán)境溫度低于10 ℃就需要應(yīng)對低溫啟動(dòng)、冷凝壓力過低、系統(tǒng)壓差保護(hù)、壓縮機(jī)回油困難等問題[15-16]。作為數(shù)據(jù)中心的冷源來源，風(fēng)冷冷水機(jī)組必須保證全年可靠穩(wěn)定地制冷運(yùn)行。針對低溫環(huán)境下冷凝壓力過低的情況，可以通過減少傳熱溫差、有效冷凝面積、冷凝風(fēng)量以及熱氣旁通的方法進(jìn)行改善和解決[17]。丁國良等[18]提出了膨脹閥并聯(lián)毛細(xì)管和變冷凝器風(fēng)機(jī)的新方式，根據(jù)冷媒水的進(jìn)水溫度來確定毛細(xì)管通路的開關(guān)，根據(jù)環(huán)境溫度來控制風(fēng)機(jī)的開機(jī)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了全年-5 ℃~35 ℃正常供冷。除了考慮上述系統(tǒng)上的變化外，還應(yīng)通過安置在冷凝器集液管上的溫度傳感器作為發(fā)信設(shè)備，且充分考慮該點(diǎn)溫度變化率在實(shí)際控制中的作用，應(yīng)用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)冬季對機(jī)組運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制，以確保較好的運(yùn)行效果[19]。曾偉城等[20]對不同組的風(fēng)扇進(jìn)行自動(dòng)分組運(yùn)行控制，確保冬季運(yùn)行性能穩(wěn)定高效節(jié)能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對水溫的精準(zhǔn)控制，將水溫波動(dòng)控制在±1 ℃以內(nèi)。程琦等[21]采用變頻風(fēng)機(jī)和定頻風(fēng)機(jī)混合控制策略，基于不同環(huán)境溫度下的變頻風(fēng)機(jī)初始步數(shù)控制，在全年不同環(huán)境溫度下，冷凝溫度控制穩(wěn)定，系統(tǒng)波動(dòng)小，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)冷螺桿機(jī)組全年（環(huán)境溫度大于-25 ℃）的可靠運(yùn)行供冷。針對風(fēng)冷冷水機(jī)組在低溫環(huán)境下運(yùn)行的解決方式，吳瑾[22]匯總了單獨(dú)運(yùn)行方式和組合運(yùn)行方式，并對其中幾種進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時(shí)建議設(shè)計(jì)合適的控制系統(tǒng)匹配機(jī)組的運(yùn)行工況。

目前風(fēng)冷冷水機(jī)組全年制冷的技術(shù)運(yùn)用相對較為成熟，不僅在-25 ℃以內(nèi)有較多運(yùn)用案例，而且依據(jù)相關(guān)資料披露了國內(nèi)已有的在-30.9 ℃下機(jī)組正常啟動(dòng)機(jī)械壓縮制冷并穩(wěn)定運(yùn)行的案例[23]。但我國幅員遼闊，全國各地最低氣溫差異非常大，依據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中提供的數(shù)據(jù)顯示：內(nèi)蒙古的圖里河及黑龍江的漠河極端最低溫度達(dá)-49.6 ℃[24]。目前尚無關(guān)于風(fēng)冷冷水機(jī)組低于-40 ℃啟動(dòng)機(jī)械壓縮制冷運(yùn)轉(zhuǎn)并穩(wěn)定運(yùn)行的報(bào)道?？紤]到數(shù)據(jù)中心對可靠性的嚴(yán)苛要求，極低溫下機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行也應(yīng)給予足夠重視，王銀艷[25]提出的將風(fēng)冷冷凝器及冷凝風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在一個(gè)封閉的保溫良好的箱體中并安裝進(jìn)風(fēng)及出風(fēng)閥進(jìn)行控制、并聯(lián)風(fēng)冷冷凝器的思路值得進(jìn)一步深入研究及實(shí)踐。而風(fēng)冷冷水機(jī)組帶自然冷卻也是解決低溫啟動(dòng)困難、低壓保護(hù)的一項(xiàng)技術(shù)[1]。

2 自然冷卻及混合模式自然冷卻能力增強(qiáng)技術(shù)

我國幅員遼闊，有2/3以上的區(qū)域適合采用自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組作為冷源[26]。對于風(fēng)冷冷水機(jī)組的自然冷卻，部分學(xué)者稱之為干冷器集成水側(cè)自然冷卻[27]。自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組可提供相對于現(xiàn)場組裝的其他水側(cè)自然冷卻更可預(yù)期的節(jié)能運(yùn)行，采取合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過運(yùn)行備用機(jī)組可提高自然冷卻能力[28]。機(jī)組的自然冷卻來源于冷凍水與室外環(huán)境溫度的溫差，且自然冷卻效率主要取決于冷凍水與室外環(huán)境溫度的溫差及自然冷卻盤管的換熱面積。風(fēng)冷冷水機(jī)組自然冷卻可分成乙二醇冷凍水自然冷卻盤管串聯(lián)系統(tǒng)、無乙二醇冷凍水自然冷卻盤管串聯(lián)系統(tǒng)、自然冷卻盤管并聯(lián)系統(tǒng)及虹吸自然冷卻切換系統(tǒng)4種類型。4種自然冷卻系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

4種自然冷卻系統(tǒng)的具體性能情況如表1所示。自然冷卻盤管并聯(lián)系統(tǒng)與目前工程設(shè)計(jì)上風(fēng)冷機(jī)組串接冷卻塔的方案差異不大，無法完全體現(xiàn)冷水機(jī)組的集成優(yōu)勢，占地面積也比較大，實(shí)際運(yùn)用不多。由于虹吸自然冷卻切換系統(tǒng)的自然冷卻制冷量與額定制冷量的差距比較大，而數(shù)據(jù)中心常年負(fù)荷并不會因?yàn)槭彝猸h(huán)境溫度降低而減少，該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心適用性較差。目前業(yè)界主要采用串聯(lián)方式的自然冷卻冷水機(jī)組，如郎鐵軍等[29]研制的一種可全年供冷的節(jié)能型風(fēng)冷冷水機(jī)組，機(jī)組由蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)和自然冷卻制冷系統(tǒng)組成，這2個(gè)系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行切換，機(jī)組在?15 ℃~43 ℃環(huán)境溫度范圍內(nèi)能夠安全穩(wěn)定連續(xù)地運(yùn)行，且機(jī)組的節(jié)能效果明顯；而邱育群等[30]設(shè)計(jì)以進(jìn)水溫度與環(huán)境溫度的差值作為判斷條件的自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組的控制方法，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，指出該方法可實(shí)現(xiàn)壓縮式制冷、自然冷卻與壓縮式制冷混合制冷、純自然冷卻制冷3種冷源模式的自動(dòng)切換和最大化利用自然冷源的目標(biāo)。

圖1 風(fēng)冷冷水機(jī)組4種自然冷卻系統(tǒng)簡圖

表1 風(fēng)冷冷水機(jī)組4種自然冷卻系統(tǒng)性能表

送回水溫為12 ℃/18 ℃的帶自然冷卻盤管的機(jī)組通常混合模式溫度區(qū)間是4 ℃~16 ℃，依據(jù)DeST氣象參數(shù)匯總部分典型城市這一溫度區(qū)間年時(shí)間占比如圖2所示，可以看出所列城市這個(gè)溫度區(qū)間年時(shí)間占比均在25%以上，部分城市高達(dá)45%以上，所以實(shí)現(xiàn)這個(gè)溫度區(qū)間最大程度利用自然冷卻對于機(jī)組全年節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)意義重大。

圖2 典型城市混合模式運(yùn)行時(shí)間年占比圖

增大機(jī)組自然冷卻能力需要盡量加大自然冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增強(qiáng)換熱效率，自然冷卻盤管并聯(lián)系統(tǒng)中，自然冷卻風(fēng)機(jī)與冷凝風(fēng)機(jī)相互獨(dú)立，易于實(shí)現(xiàn)。而對于冷凝器與自然冷卻盤管共用風(fēng)機(jī)的串聯(lián)系統(tǒng)而言，風(fēng)量加大容易造成冷凝壓力過低從而影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，極端情況會造成壓縮機(jī)停機(jī)；針對該問題，通常有如下3種解決方式。

1）通過電磁閥關(guān)閉部分冷凝盤管，變頻風(fēng)機(jī)保持全速運(yùn)轉(zhuǎn)，由于機(jī)組都是按照全部冷凝盤管開啟設(shè)計(jì)的，關(guān)閉部分冷凝盤管勢必會引起冷凝壓力過高，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況惡化，機(jī)械制冷效率降低，無法體現(xiàn)整機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢，而且壓縮機(jī)長期在高冷凝壓力的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組可靠性也降低。

2）保持冷凝壓力維持在最低允許值，降低變頻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，機(jī)組可穩(wěn)定運(yùn)行，但是自然冷卻能力大打折扣。

3）冷凝壓力調(diào)節(jié)閥、儲液器及壓差調(diào)節(jié)閥的綜合技術(shù)運(yùn)用，可增強(qiáng)自然冷卻能力，風(fēng)冷冷水機(jī)組混合模式自然冷卻增強(qiáng)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。混合模式時(shí)保持變頻風(fēng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，若冷凝壓力低于設(shè)定值，則冷凝壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，確保冷凝壓力維持在最低允許值，但冷凝壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉勢必影響膨脹閥的流量，此時(shí)靠儲液器中儲存的冷媒維持膨脹閥需求的質(zhì)量流量；由于冷凝壓力調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作也會造成冷凝壓力調(diào)節(jié)閥與膨脹閥之間的壓力下降，為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，膨脹閥閥前壓力必須穩(wěn)定在最小值之上，此時(shí)壓差調(diào)節(jié)閥動(dòng)作旁通高壓蒸汽（從壓縮機(jī)與冷凝盤管之間引出），至冷凝壓力調(diào)節(jié)閥與儲液器一側(cè)確保足夠的膨脹閥閥前壓力。該方式既可確保在混合模式運(yùn)行工況下，最大程度地利用自然冷卻又可防止風(fēng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)下冷凝壓力過低引起機(jī)械制冷系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，是自然冷卻盤管串聯(lián)風(fēng)冷冷水機(jī)組增強(qiáng)自然冷卻的理想選擇。

圖3 風(fēng)冷冷水機(jī)組混合模式自然冷卻增強(qiáng)系統(tǒng)示意圖

采用自然冷卻后，不僅使風(fēng)冷冷水機(jī)組的制冷系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而且為了優(yōu)化機(jī)組全年能源使用，必須配置智能化控制功能動(dòng)態(tài)評估外部環(huán)境，這樣控制程序也相對復(fù)雜，既提高了造價(jià)成本又增加了控制程序風(fēng)險(xiǎn)，所以機(jī)組必須具備手動(dòng)置換功能確保系統(tǒng)可靠性。帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組在夏季等高溫季節(jié)能效比較低，在南方地區(qū)數(shù)據(jù)中心節(jié)能量比較小，使用受到限制[35]，自然冷卻盤管串聯(lián)風(fēng)冷冷水機(jī)組由于自然冷卻盤管的壓降會造成風(fēng)機(jī)功耗加大，進(jìn)一步縮小南方地區(qū)的節(jié)能量。而蒸發(fā)冷卻預(yù)冷或者蒸發(fā)冷卻冷凝可提高機(jī)械壓縮機(jī)制冷效率，擴(kuò)大風(fēng)冷冷水機(jī)組的適用范圍。

3 蒸發(fā)冷卻預(yù)冷及冷凝技術(shù)

蒸發(fā)冷卻有直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻之分。利用循環(huán)水直接噴淋未飽和濕空氣形成的增濕、降溫、等焓過程稱為直接蒸發(fā)冷卻[36]，被冷卻的空氣在整個(gè)過程的焓濕變化如圖4所示[37]。蒸發(fā)冷卻機(jī)組有多種類型，按照黃翔等[38]推薦的蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)分類框架，蒸發(fā)冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組就是產(chǎn)出介質(zhì)為冷水的蒸發(fā)冷卻-機(jī)械制冷聯(lián)合冷水機(jī)組。蒸發(fā)冷卻冷凝對于提高機(jī)械壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)的效率具有顯著效果。HARBY等[39]匯總和分析之前的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)：采用不同的蒸發(fā)冷卻替代常規(guī)風(fēng)冷冷凝型式，在0.7 kW至3,000 kW的機(jī)組冷量跨度中，機(jī)組的值提高范圍分布在14.3%~ 113.4%，功耗降低范圍分布15%~58%。在風(fēng)冷冷水機(jī)組中實(shí)現(xiàn)直接蒸發(fā)冷卻目前有3種方式：直接噴霧、蒸發(fā)冷凝器及淋水填料預(yù)冷器。

圖4 直接蒸發(fā)冷卻空氣處理過程圖[37]

3.1 直接噴霧

直接噴霧是如圖5所示在風(fēng)冷冷水機(jī)組冷凝器進(jìn)風(fēng)側(cè)布置噴嘴，通過噴霧冷卻進(jìn)入冷凝器的室外空氣來降低機(jī)組運(yùn)行功耗的一種方法[40]。YU等[41]利用優(yōu)化的DOE-2機(jī)組模型分析了如何運(yùn)用噴霧預(yù)冷搭配冷凝溫度控制來提高風(fēng)冷冷水機(jī)組運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能，且估算出利用經(jīng)過優(yōu)化水噴霧速率搭配變冷凝溫度控制方式可降低19.84%的年能耗。YANG等[42-43]對噴霧蒸發(fā)預(yù)冷技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，通過噴霧預(yù)冷后進(jìn)入冷凝器的空氣干球溫度可以降低9.4 K，噴霧系統(tǒng)的熱效率可高達(dá)0.91，預(yù)冷空氣可使機(jī)組冷凝溫度下降了7.2 K；同時(shí)測定不同工況下運(yùn)行水霧系統(tǒng)對風(fēng)冷冷水機(jī)組節(jié)能效果的影響，發(fā)現(xiàn)：在定冷凝壓力控制模式標(biāo)準(zhǔn)噴霧速率下機(jī)組的提高了21.3%，而在變冷凝溫度控制且優(yōu)化噴霧速率下，冷水機(jī)組可提高到51.5%。YU等[44]建立了風(fēng)冷冷水機(jī)組在壓力控制和冷凝風(fēng)扇變速控制兩種運(yùn)行模式的噴霧預(yù)冷回歸模型并進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)冷卻效果更多地取決于天氣變量。KABEEL等[45]則利用冷水機(jī)組產(chǎn)生的冷凍水冷卻噴霧水，用冷卻后的水進(jìn)行噴霧冷卻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可將環(huán)境溫度降至低于其入口濕球溫度。通過這種冷水噴霧方式比常規(guī)噴霧方式具有更好的節(jié)能率。

圖5 風(fēng)冷冷水機(jī)組蒸發(fā)冷卻噴霧管路及噴嘴布置圖

由于噴霧中的鈣、鎂離子生成的水垢會敷在冷凝器的翅片上，影響換熱效率。這種結(jié)垢不易清除，長期積淀腐蝕甚至影響冷凝器的正常使用，此問題在北方表現(xiàn)尤為突出[46]。需要通過去離子軟化等技術(shù)手段使得水垢緩釋和改性。噴嘴噴霧受室外風(fēng)向氣流影響較大，噴霧的實(shí)際有效利用可控性差，由于噴霧擴(kuò)散效應(yīng)使得冷凝器的不同區(qū)域散熱程度存在明顯差異，容易引起過大熱應(yīng)力，降低冷凝器的使用壽命。雖然研究表明：在相同噴霧量情況下，霧化角越大，霧滴在區(qū)域內(nèi)噴灑得越均勻，降溫區(qū)域越大，區(qū)域內(nèi)截面溫度分布越均勻，有效降溫的范圍越大，進(jìn)入冷凝器的空氣溫度分布均勻，可充分利用冷凝器散熱面進(jìn)行散熱，且避免了由于散熱部件熱應(yīng)過大而導(dǎo)致的散熱器壽命降低[47]。但究竟如何合理布置噴嘴數(shù)量、準(zhǔn)確定位噴嘴位置及精確控制噴霧量，都需要進(jìn)一步深入研究。故除了工程現(xiàn)場為緩解排熱困難配置噴霧降溫，防止高壓報(bào)警外，目前尚無純噴霧風(fēng)冷冷水機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的應(yīng)用案例介紹。

3.2 蒸發(fā)冷凝器

蒸發(fā)式冷凝器的一般設(shè)計(jì)是將水噴淋到換熱盤管表面，同時(shí)空氣在其中強(qiáng)制逆向流動(dòng)。熱量通過管壁的導(dǎo)熱從管道的內(nèi)表面?zhèn)鞯酵獗砻?，然后被管壁上的水膜吸收，水膜蒸發(fā)進(jìn)入空氣流中并隨之排向大氣，完成冷卻過程。未蒸發(fā)的水流到底部的水盤中，由水泵將其循環(huán)送至噴淋裝置中。蒸發(fā)式冷凝器簡化了水冷式冷凝器的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，空冷式冷凝器要求的高氣流速度在此也可以得到明顯的降低[48]。蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用在蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，冷凝溫度降低，冷凝散熱系統(tǒng)能量損耗減少，提高了系統(tǒng)制冷量、減少了壓縮機(jī)輸入功率，從而提高了制冷能效比[49]。蒸發(fā)冷凝風(fēng)冷冷水機(jī)組即整體式蒸發(fā)式冷凝機(jī)組，它將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機(jī)組集成為一體，系統(tǒng)無需再另外設(shè)置冷卻水泵和冷卻塔，其原理及外型圖如圖6所示[50]。由于整體式蒸發(fā)式冷凝機(jī)組可實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，機(jī)組布置靈活，在某些工程場景有了實(shí)際運(yùn)用[51-52]。蘇曉青等[53]對蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的適用性進(jìn)行探討，得出其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用具有良好的節(jié)能效果。謝鴻璽等[50]采用理論分析和計(jì)算相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)無論是在常規(guī)制冷工況下還是自然冷卻工況下，蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組的值均優(yōu)于自然冷卻風(fēng)冷式冷水機(jī)組。

蒸發(fā)式冷凝器在運(yùn)行過程中，不可避免面臨結(jié)垢和腐蝕兩大問題[54]，可以采取相應(yīng)措施阻垢，具體措施有：加強(qiáng)冷卻水管理，除去冷卻水、補(bǔ)充水中的鈣、鎂離子可減少結(jié)垢；采用去除了鈣、鎂離子的軟化水作為冷卻水和補(bǔ)充水，確保冷卻水在超高濃縮倍數(shù)（20~600倍）下循環(huán)，基本不會結(jié)垢[55]；而結(jié)垢形成后，應(yīng)依據(jù)蒸發(fā)式冷凝器的具體結(jié)構(gòu)差異采取機(jī)械或者酸洗等方法進(jìn)行除垢。另外換熱管接觸水的表面采用熱浸鋅處理，同時(shí)搭配軟化水處理，也是緩蝕的重要舉措。作為機(jī)組部件蒸發(fā)式冷凝器本身僅占兩器市場的4%[56]，雖然冷負(fù)荷在700 kW~1,500 kW的中大型冷水系統(tǒng)中，同風(fēng)冷及水冷冷凝型式相比，采用蒸發(fā)式冷凝器的冷水機(jī)組綜合性價(jià)比更高[57]，但目前蒸發(fā)式冷凝設(shè)備運(yùn)用并不普遍，實(shí)際運(yùn)行中的能耗損失、運(yùn)行穩(wěn)定程度、維保成本以及使用壽命均有待進(jìn)一步的驗(yàn)證[58]。目前鮮見蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在數(shù)據(jù)中心的實(shí)際應(yīng)用案例。

圖6 整體式蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組原理圖

3.3 淋水填料預(yù)冷器

淋水填料預(yù)冷器是通過空氣與淋水填料層直接接觸，把自身的顯熱傳遞給水而實(shí)現(xiàn)冷卻，同時(shí)淋水因吸收空氣中的熱量而不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)后的水蒸氣又被氣流帶走，因此空氣溫度降低、濕度增加，在這過程中空氣絕熱降溫加濕[59]。填料蒸發(fā)式風(fēng)冷冷水機(jī)組是將風(fēng)冷冷水機(jī)組的冷凝器進(jìn)風(fēng)通過直接蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行預(yù)處理之后，再流經(jīng)風(fēng)冷冷水機(jī)組的冷凝器，帶走機(jī)組的冷凝熱后，排入周圍環(huán)境。該裝置的工作原理如圖7所示?？諝馀c水在填料內(nèi)呈交叉流動(dòng)，循環(huán)水通過布水器均勻地噴淋到填料上，與填料周圍的空氣進(jìn)行熱濕交換后流入填料下方的水槽中，再通過循環(huán)水泵送到布水器循環(huán)使用；而空氣在冷凝風(fēng)機(jī)的抽引下，流過填料，與水發(fā)生熱濕交換后，溫度降低，再經(jīng)擋水板后，流過冷凝器，對其進(jìn)行降溫[60]。

圖7 填料式蒸發(fā)式風(fēng)冷冷水機(jī)組原理圖

由世俊等[61]通過對采用鋁質(zhì)孔板波紋填料的直接蒸發(fā)式空氣加濕冷卻器的測試，給出了蒸發(fā)冷卻效率、空氣阻力與迎面風(fēng)速、淋水密度之間的關(guān)系式和曲線，并分析了該設(shè)備用于風(fēng)冷冷水機(jī)組的效果和經(jīng)濟(jì)性。蔣毅等[62]建立了基于紙質(zhì)填料的直接蒸發(fā)冷卻的數(shù)學(xué)模型，分析了直接蒸發(fā)冷卻效率的主要影響因素。通過對全國15個(gè)典型城市的計(jì)算分析得出，將直接蒸發(fā)冷卻與風(fēng)冷冷水機(jī)組聯(lián)用，對進(jìn)入風(fēng)冷冷凝器的空氣進(jìn)行預(yù)冷卻，可以有效地增加系統(tǒng)的制冷量和減小輸入功率，從而提高系統(tǒng)的。文獻(xiàn)[63]建立了風(fēng)冷冷水機(jī)組的能耗模型：

式中：

——機(jī)組制冷量，kW；

——機(jī)組輸入功率，kW；

0、a、0、b——多項(xiàng)系數(shù)；

——機(jī)組冷凝器的進(jìn)風(fēng)干球溫度，℃。

對于傳統(tǒng)風(fēng)冷冷水機(jī)組，冷凝的進(jìn)風(fēng)干球溫度為環(huán)境干球溫度，對于填料蒸發(fā)式風(fēng)冷冷水機(jī)組，冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度為直接蒸發(fā)冷卻器的出風(fēng)溫度，即：

式中：

1——直接蒸發(fā)冷卻器前即環(huán)境干球溫度，℃；

t——直接蒸發(fā)冷卻器前即環(huán)境濕球溫度，℃；

——直接蒸發(fā)冷卻器填料厚度，mm；

——迎面風(fēng)速，m/s；

、——填料種類及結(jié)構(gòu)形式相關(guān)的性能參數(shù)。

風(fēng)冷冷水機(jī)組EER值的計(jì)算式如下所示：

式中：

——機(jī)組性能系數(shù)；

——機(jī)組制冷量，kW；

——機(jī)組輸入功率，kW；

P——因配置填料增加壓降而造成的風(fēng)機(jī)功耗增加，常規(guī)風(fēng)冷機(jī)組無此項(xiàng)，kW；

P——因配置蒸發(fā)冷卻器循環(huán)水泵增加的功耗，常規(guī)風(fēng)冷機(jī)組無此項(xiàng)，kW。

該文獻(xiàn)通過上述模型計(jì)算獲取了31個(gè)中國城市的蒸發(fā)冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組紙質(zhì)填料的最佳厚度、迎風(fēng)面積及同傳統(tǒng)風(fēng)冷冷水機(jī)組相比蒸發(fā)冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組季節(jié)能效比（Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER）增加率。迎面風(fēng)速為1 m/s時(shí)中國大陸31個(gè)城市最佳填料厚度及填料蒸發(fā)式風(fēng)冷機(jī)組SEER相對增加率如表2所示[63]。SEER增加率最低的城市是?？冢瑸?.4%，而增加率最高的城市是烏魯木齊，為14%。

表2 中國大陸31個(gè)城市最佳填料厚度及填料蒸發(fā)式風(fēng)冷機(jī)組SEER相對增加率

填料作為淋水填料預(yù)冷器的核心部件，XUAN等[64]對目前中國國內(nèi)蒸發(fā)冷卻填料的研究做了個(gè)匯總，分析了金屬、纖維、有機(jī)、無機(jī)、PVC及多孔陶瓷等各種填料的性能特點(diǎn)。而國外學(xué)者對瓦楞紙、椰子、棕櫚、楊樹、香根草及牛皮紙等纖維填料進(jìn)行了性能實(shí)驗(yàn)，分析出它們的應(yīng)用特性[65-67]。最近MARTINEZ等[68]對一種新型高密度聚乙烯網(wǎng)狀填料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析后，認(rèn)為其飽和效率高、壓降小，適合空調(diào)系統(tǒng)及航空冷凝器。

蒸發(fā)填料的選擇要分析具體使用場合，某德國著名精密空調(diào)廠家在其風(fēng)冷冷水機(jī)組上采用如圖8所示特殊結(jié)構(gòu)的鋁質(zhì)填料，其獨(dú)特的翅片結(jié)構(gòu)可降低填料厚度至96 mm，確保其低壓降，壓降性能曲線如圖9(a)所示；其飽和效率最高可達(dá)97%，飽和效率性能曲線如圖9(b)所示；在迎面風(fēng)速為1 m/s時(shí)換熱效率高達(dá)95%，而且具有自潔性能及防腐涂層可確保長達(dá)5年不更換填料，適合運(yùn)用于全年運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心[69]。

圖8 某款風(fēng)冷冷水機(jī)組鋁質(zhì)蒸發(fā)冷卻填料結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)其95%的換熱效率結(jié)合DeST中前述典型城市氣象參數(shù)，可以計(jì)算出因配置該款蒸發(fā)填料后自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組在迎面風(fēng)速為1 m/s時(shí)混合模式運(yùn)行時(shí)間年占比率，運(yùn)行時(shí)間年占比率前后對比具體如圖10所示，從圖上可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)城市混合模式運(yùn)行時(shí)間年占比率均有不同程度的提高，提高幅度從3.6%至31.2%，昆明的提高幅度最大。由于填料蒸發(fā)式自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組既提高了機(jī)組夏季的制冷效率，又?jǐn)U展了自然冷卻的運(yùn)行時(shí)間，具有良好的節(jié)能效果，依據(jù)相關(guān)信息披露，某全球著名的大型數(shù)據(jù)中心公司要求在其某些特定項(xiàng)目上配置該類型機(jī)組實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)全年節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖10 典型城市配置鋁質(zhì)蒸發(fā)填料前后混合模式運(yùn)行時(shí)間年占比率對比圖

由于填料蒸發(fā)式與前述其他兩種蒸發(fā)型式發(fā)生蒸發(fā)冷卻的部位不同，其冷卻水主要作用在填料上，即使發(fā)生結(jié)垢、腐蝕情況，受影響的主要是可拆卸的填料部分，而自然冷卻盤管及冷凝器影響不大，可確保機(jī)組制冷系統(tǒng)安全可靠，滿足數(shù)據(jù)中心對可靠性的嚴(yán)苛要求。當(dāng)然，填料的換熱性能會隨著運(yùn)行時(shí)間衰減，需定期進(jìn)行清洗甚至更換，將增加部分的運(yùn)維成本。另外，同前述其他兩種蒸發(fā)冷卻一樣，填料式蒸發(fā)冷卻亦需要消耗一定的水資源，我國人均水資源量僅為世界平均水平的1/4，且水資源分布不均，故這項(xiàng)技術(shù)在選擇合適填料、優(yōu)化噴嘴滴淋方式，減少水量散失，從而降低蒸發(fā)冷卻耗水量的研究上有待深入及完善。

4 結(jié)論

本文闡述了全年制冷、自然冷卻和蒸發(fā)冷卻等技術(shù)在數(shù)據(jù)中心用風(fēng)冷冷水機(jī)組上的研究與應(yīng)用進(jìn)展，風(fēng)冷冷水機(jī)組的全年制冷技術(shù)可及時(shí)冷卻服務(wù)器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，確保數(shù)據(jù)中心常年穩(wěn)定運(yùn)行，自然冷卻技術(shù)可降低機(jī)組在過渡季節(jié)及冬季時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行功耗實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，而蒸發(fā)冷卻技術(shù)不僅可以降低機(jī)組夏季運(yùn)行功耗而且擴(kuò)展了機(jī)組混合模式的運(yùn)行時(shí)間，從而進(jìn)一步擴(kuò)大節(jié)能效果。填料蒸發(fā)式自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組集成了全年制冷、自然冷卻及蒸發(fā)冷卻等綜合技術(shù)，既保持常規(guī)風(fēng)冷冷水機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊、安裝布置簡單的優(yōu)勢，又可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的全年穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)可減少在工程項(xiàng)目現(xiàn)場對冷水主機(jī)、自然冷卻及蒸發(fā)冷卻設(shè)備耦合瓶頸制約，是綠色數(shù)據(jù)中心冷源選擇的重要方向。

[1] 殷平. 數(shù)據(jù)中心研究(7): 自然冷卻[J]. 暖通空調(diào), 2017, 47(11): 49-60.

[2] 丁瑞星, 劉紅. 平安國際金融中心空調(diào)設(shè)計(jì)[J]. 暖通空調(diào), 2012, 42(12): 60-63.

[3] 朱學(xué)錦. 上海國際金融中心空調(diào)設(shè)計(jì)[C]//上海市制冷學(xué)會2013年學(xué)術(shù)年會論文集. 上海: 上海制冷學(xué)會, 2013: 25-31.

[4] 楊毅. 某大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2013, 32(3): 87-89.

[5] LIU F, WANG Z G, ZHANG Q L. The Application of a modular air conditioning system in data center[J]. Procedia Engineering, 2017, 205: 2600-2606.

[6] 夏春華, 潘慶瑤, 高景, 等. 內(nèi)蒙古某數(shù)據(jù)中心采用自然冷卻技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行模式[J]. 暖通空調(diào), 2013, 43(10): 18-22.

[7] YANG Y, WANG B, ZHOU Q B. Energy saving analysis of free cooling system in the data center[J]. Procedia Engineering, 2017, 205:1815-1819.

[8] 吳曉暉. 自然冷卻技術(shù)在國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及節(jié)能分析[J]. 智能建筑與城市信息, 2014, 207(2): 39-42.

[9] 許葉, 鐘世民, 朱洪波. 名氣通數(shù)據(jù)中心主機(jī)房恒溫恒濕空調(diào)設(shè)計(jì)[J]. 暖通空調(diào), 2011, 41(8): 15-18.

[10] 吳瑋華. 太原某數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與節(jié)能分析[J]. 建筑節(jié)能, 2017, 45(5): 20-21, 36.

[11] 吳曉暉. 某超級運(yùn)算中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 暖通空調(diào), 2014, 44(3): 66-69.

[12] KUMBHAR A, GULHANE N, PANDURE S. Effect of various parameters on working condition of chiller[J]. Energy Procedia, 2017, 109: 479-486.

[13] YU F W, CHAN K T. Advanced control of condensing temperature for enhancing the operating efficiency of air-cooled chillers[J]. Building and Environment, 2005, 40(6): 727-737.

[14] YU F W, CHAN K T.Life cycle analysis of enhanced condenser features for air-cooled chillers serving air-conditioned buildings[J]. Building and Environment, 2006, 41(8): 981-991.

[15] 孫士辛, 凌武. 螺桿式風(fēng)冷熱泵冷熱水空調(diào)機(jī)組升級改造[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2011, 40(2): 162-163.

[16] 劉振民, 布文峰, 王世紅. 風(fēng)冷式空調(diào)機(jī)組用于春秋季與冬季供冷問題的探討[J]. 制冷與空調(diào), 2004, 4(3): 63-65.

[17] 姚新紅, 蔣旭平, 徐志斌, 等. 低溫環(huán)境下的冷凝壓力調(diào)整[J]. 制冷, 2006, 25(1): 84-85.

[18] 丁國良, 伏龍. 全年供冷的風(fēng)冷式冷水機(jī)組問題分析與解決[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2004, 23(2): 7-12.

[19] 仲華, 朱平, 葛曉隆. 冬季風(fēng)冷冷水機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制[J]. 制冷與空調(diào), 2003, 3(6): 59-61.

[20] 曾偉城, 沈志相. 風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組在核電領(lǐng)域的應(yīng)用及案例[J]. 制冷技術(shù), 2011, 31(3): 15-19.

[21] 程琦, 陳培生, 黃凱亮, 等. 全年供冷的風(fēng)冷螺桿機(jī)組控制策略研究[J]. 制冷技術(shù), 2016, 36(5): 59-63.

[22] 吳瑾. 風(fēng)冷冷水機(jī)組低溫環(huán)境下的運(yùn)行方式[C]//第七屆中國制冷空調(diào)行業(yè)信息大會論文集. 北京: 中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會, 2014: 73-76.

[23] 葉松梅, 張鳳閣, 張景衛(wèi), 等. 遼寧徐大堡核電工程風(fēng)冷冷水機(jī)組低溫環(huán)境運(yùn)行的保障措施[J]. 暖通空調(diào), 2016, 46(11): 5-7.

[24] 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室, 清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系. 中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2005: 110-121.

[25] 王銀艷. 低環(huán)境溫度制冷技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 機(jī)電工程技術(shù), 2018, 47(3): 113-116.

[26] 劉海靜, 劉芳, 楊暉. 帶自然冷源的風(fēng)冷冷水機(jī)組應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能潛力分析[J]. 建筑節(jié)能, 2015, 43(4): 17-20.

[27] DARAGHMEH H M, WANG C C. A review of current status of free cooling in datacenters[J]. Applied Thermal Engineering, 2017, 114: 1224-1239.

[28] ZHANG H N, SHAO S Q, XU H B, et al. Free cooling of data centers: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, 35: 171-182.

[29] 郎鐵軍, 潘翠玉, 梁娟霞, 等. 一種可全年供冷的節(jié)能型風(fēng)冷冷水機(jī)組的研制[J]. 制冷與空調(diào), 2012, 12(1): 27-32.

[30] 邱育群, 李敏華, 原志峰, 等. 自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組的控制方法[J]. 制冷與空調(diào), 2015, 15(1): 21-23.

[31] MEYER N. Believing is one thing – knowing is another: On the debate around glycol-free CW systems with integrated free cooling [EB/OL]. https://www.stulz.de/ en/newsroom/blog/believing-is-one-thing-knowing-is-another-on-the-debate-around-glycol-free-cw-systems-with-integr/. (2018-03-19).

[32] STULZ. Free cooling. Maximum possible efficiency[EB/OL]. https://www.stulz.de/en/cybercool-2/ free-cooling/. (2018-03-19).

[33] 董靜. “自然冷卻”空調(diào)制冷系統(tǒng)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J]. 建筑科學(xué), 2004, 20(4): 58-60.

[34] SMARDT. Revolutionary energy savings for the built environment [EB/OL]. http://www.smardt.com/docs/ SMARDT%20BROCHURE%20ENGLISH%20JAN%202016.pdf. (2018-3-19).

[35] 朱洪波. 數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述[J]. 電信網(wǎng)技術(shù), 2014(10): 15-26.

[36] 彭美君, 任承欽. 間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用研究與現(xiàn)狀[J]. 制冷與空調(diào), 2004, 1(1): 56-60.

[37] 劉合. 蒸發(fā)冷卻填料性能的數(shù)值模擬及優(yōu)化[D]. 廣州: 廣州大學(xué), 2017.

[38] 黃翔, 夏青, 孫鐵柱. 蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)分類及術(shù)語探討[J]. 暖通空調(diào), 2012, 42(9): 52-57.

[39] HARBY K, GEBALY D R, KOURA N S, et al. Performance improvement of vapor compression cooling systems using evaporative condenser: An overview[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 58: 347-360.

[40] YU F W, CHAN K T. Improved energy performance of air-cooled chiller system with mist pre-cooling[J]. Applied Thermal Engineering, 2011, 31(4): 537-544.

[41] YU F W, CHAN K T. Simulation and electricity savings estimation of air-cooled centrifugal chiller system with mist pre-cooling[J]. Applied Energy, 2010, 87(4): 1198- 1206.

[42] YANG J, CHAN K T, WU X S, et al. Performance enhancement of air-cooled chillers with water mist Experimental and analytical investigation[J]. Applied Thermal Engineering, 2012, 40(4): 114-120.

[43] YANG J, CHAN K T, WU X S, et al. An analysis on the energy efficiency of air-cooled chillers with water mist system[J]. Energy and Buildings, 2012, 55(12): 273-284.

[44] YU F W, HO W T, CHAN K T, et al. Theoretical and experimental analyses of mist precooling for an air-cooled chiller[J]. Applied Thermal Engineering, 2018, 130: 112-119.

[45] KABEEL A E, EI-SAMDONY Y A F, KHIERA M H. Performance evaluation of energy efficient evaporatively air-cooled chiller[J]. Applied Thermal Engineering, 2017, 122: 204-213.

[46] 邱培剛. 空調(diào)室外機(jī)水噴霧節(jié)能技術(shù)在大型通信局所的應(yīng)用[J]. 電信技術(shù), 2010(8): 62-64.

[47] 王曉陽, 余敏, 龍時(shí)丹, 等. 空調(diào)冷凝器外環(huán)境噴霧冷卻的數(shù)值模擬[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 37(2): 122-125.

[48] 朱冬生, 沈家龍, 蔣翔, 等. 蒸發(fā)式冷凝器性能研究及強(qiáng)化[J]. 制冷學(xué)報(bào), 2006, 27(3): 45-49.

[49] 李若蘭, 王凡, 霍正齊, 等.蒸發(fā)式冷凝器用于蒸氣壓縮制冷循環(huán)的節(jié)能分析[J]. 制冷與空調(diào), 2018, 18(3): 19-22.

[50] 謝鴻璽, 謝寶剛, 齊淑芳, 等. 數(shù)據(jù)機(jī)房用蒸發(fā)冷凝式冷水機(jī)組與自然冷卻風(fēng)冷式冷水機(jī)組的性能對比分析[J]. 制冷與空調(diào), 2017, 17(6): 15-18.

[51] 李林林, 羅輝, 羅燕萍. 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在地鐵車站的應(yīng)用[J]. 都市快軌交通, 2014, 27(5): 108-110.

[52] 王歆悅, 明崗, 臧皓, 等. 蒸發(fā)冷凝式空調(diào)應(yīng)用于上海地鐵的對比測試[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2018, 37(2): 42-45.

[53] 蘇曉青, 黃翔, 王俊. 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用分析[J]. 西安工程大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 30(1): 37-42.

[54] 李若蘭, 彭鵬. 蒸發(fā)式冷凝器傳熱強(qiáng)化研究及應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J]. 發(fā)電與空調(diào), 2015, 36(4): 61-65.

[55] 鮑其鼐. 我國循環(huán)冷卻水處理30年[J]. 工業(yè)水處理, 2010, 30(12): 6-14.

[56] 羅明. 2012年蒸發(fā)器、冷凝器行業(yè)調(diào)查報(bào)告[EB/OL]. http://bao.hvacr.cn/201210_2029778.html. [2012-10-31].

[57] 孫榮亮, 張青, 李文靜, 等.公用設(shè)施中冷水機(jī)組冷凝形式的對比分析[J]. 制冷技術(shù), 2013, 33(4): 63-67.

[58] 陳穎. 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在某地鐵車站中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2016, 35(6): 94-97.

[59] 陸耀慶. 實(shí)用供熱空調(diào)手冊[M]. 2版. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008: 1595-1596.

[60] 郝小禮, 朱昌宙, 黎嬌, 等. 蒸發(fā)式風(fēng)冷冷水機(jī)組年運(yùn)行節(jié)能潛力研究[J]. 建筑科學(xué), 2012, 28(S2): 150-153.

[61] 由世俊, 張歡, 劉耀浩. 蒸發(fā)式空氣加濕冷卻器的性能及其在風(fēng)冷冷水機(jī)組中的應(yīng)用[J]. 暖通空調(diào), 1999, 29(5): 41-43.

[62] 蔣毅, 張小松. 直接蒸發(fā)冷卻及其用于風(fēng)冷冷水機(jī)組的研究[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào), 2006, 25(2): 7-12.

[63] HAO X L, ZHU C Z, LIN Y L, et al. Optimizing the pad thickness of evaporative air-cooled chiller for maximum energy saving[J]. Energy and Building, 2013, 61: 146-152.

[64] XUAN Y M, XIAO F, NIU X F, et al. Research and application of evaporative cooling in China: A review (I) – Research[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16(5): 3535-3546.

[65] MALLI A, SEYF H R, LAYEGHI M, et al. Investigating the performance of cellulosic evaporative cooling pads [J]. Energy Conversion and Management, 2011, 52(7): 2598-2603.

[66] JAIN J K, HINDOLIYA D A. Experimental performance of new evaporative cooling pad materials [J]. Sustainable Cities and Society, 2011, 1(4): 252-256.

[67] BARZEGAR M, LAYEGHI M, EBRAHIMI G, et al. Experimental evaluation of the performances of cellulosic pads made out of Kraft and NSSC corrugated papers as evaporative media [J]. Energy Conversion and Management, 2012, 54(1): 24-29.

[68] MARTINEZ P, RUIZ J, MARTINEZ P J, et al. Experimental study of the energy and exergy performance of a plastic mesh evaporative pad used in air conditioning applications[J]. Applied Thermal Engineering, 2018, 138: 675-685.

[69] OXYCOM. OXYVAP direct evaporative media [EB/OL]. https://www.oxy-com.com/doc/26959-brochure_oxyvap_2016q4.pdf. (2018-03-19).

Progress on Technical Research and Application of Air Cooled Chiller for Data Center

XIAO Xinwen*, ZENG Chunli, KUANG Min

(Stulz Air Technology and Service Shanghai Co., Ltd, Shanghai 201108, China)

Air cooled chillers are widely used in data centers. As the cooling source of data centers, the air cooled chillers should ensure reliable and energy saving operation in their entire lifecycle. The research progress of air cooled chillers in starting up in the low outside temperature and year-round refrigeration technology is described. The performance difference of different free cooling methods is analyzed. The proposals to enhance the free cooling capacity of air cooled chillers connected with free cooling coil in serial are provided. Research and application progress of directly spray mist pre-cooling, evaporative condenser and pad evaporative pre-cooler in air cooled chiller is introduced. Through analysis, it is discovered that air cooled chillers with free cooling coil and evaporative pad pre-cooler can get improvement on not only the value of SSER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) in the mechanical refrigeration mode but also the annual running time in the mix mode, and the increased ratios of annual running time in the mix mode vary from 3.6% to 31.2% according to meteorological parameters of different cities. It is pointed out that air cooled chillers with free cooling coil and evaporative pad pre-cooler will be an important direction for the selection of the cooling source of the green data center.

Data center; Air cooled chiller; Year-round refrigeration; Free cooling; Evaporative cooling

10.3969/j.issn.2095-4468.2018.04.202

*肖新文（1980-），男，工程師，碩士。研究方向：數(shù)據(jù)中心暖通空調(diào)設(shè)計(jì)及節(jié)能研究。聯(lián)系地址：上海市閔行區(qū)申富路999號，郵編：201108。聯(lián)系電話：13661626718。E-mail：xiaoxinwen11@126.com。