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空调制冷

海外数据中心冷源选择面面观

数据中心冷源选型应该如何确定?纵观海内外暖通系统应用场景可以发现,同样地区、同样气候条件,暖通系统的选择都不尽相同。究其原因,冷源选择需要综合考虑绿色节能、系统可靠性、运维复杂性、建筑限制条件、全生命周期TCO最优等因素,而不是一味追求低PUE值的目标。本文将介绍海外数据中心常见冷源形式,剖析利弊得失,以资参考。

一  名词解释

AHU:Air handling unit,空气处理机组,是用于处理空气温度、湿度、洁净度的设备,通常由箱体、风机、过滤网、加湿器、制冷盘管等部件组成。  

DX:Directexpansion,直膨式制冷。是指制冷剂在蒸发器中膨胀蒸发对空气直接进行制冷,中间不经过水等换热媒介。  

COP:Coefficientofperformance,制冷性能系数。在标准工况下,COP=制冷量/制冷机输入功耗。COP越大,制冷效率越高。  

自然冷却:利用自然界较低温度的空气、水等介质来对制冷对象进行制冷,减少机械制冷的开启时间,达到节能的目的。  

间接蒸发制冷:间接蒸发冷却是指通过非直接接触式换热器将水蒸发得到的冷量传递给被制冷空气实现空气等湿降温的过程。

二  概述

数据中心冷源形式多种多样,可以从不同维度进行归类划分。根据是否采用自然冷源,可以分为机械制冷和自然冷却,根据末端工作媒介的不同可以划分为DX制冷和冷冻水制冷;根据冷凝方式的不同可以进一步分为风冷和水冷;自然冷却根据换热介质的不同可以分为风侧、水侧、氟侧自然冷和自然水冷却(海水、湖水制冷)等形式。图1系统归类了数据中心常见冷源形式。

冷源形式形态各异,数据中心冷源选型应该如何确定?纵观海内外暖通系统应用场景可以发现,同样地区、同样气候条件,暖通系统的选择都不尽相同。究其原因,冷源选择需要综合考虑绿色节能、系统可靠性、运维复杂性、建筑限制条件、全生命周期TCO最优等因素,而不是一味追求低PUE值的目标。本文将介绍海外数据中心常见冷源形式,剖析利弊得失,以资参考。

三  数据中心冷源选择

1、AHU直通风+机械制冷

①原理  

当室外空气温度低于空调设定送风温度时直接采用新风对机房进行制冷,图2为AHU直通风原理示意图。当室外空气低于送风温度设定时,室外新风与室内部分回风混合后送风。当室外空气温度较高或空气质量较差时,采用机械制冷。当室外湿度超出送风设定范围时,开启加湿或除湿功能。

②优点  

相比间接蒸发冷却,直通风无换热损失,进入自然冷却温度设定点较高(室外干球温度低于设定送风温度即可),全年可利用自然冷却时间更长,制冷效率高;相比冷冻水系统维护和控制更简单,更容易实现模块扩展和分期部署;空调模块之间相互独立,故障自动隔离,对运维人员技能水平要求较低。

③缺点  

对空气质量要求高,室外空气污染较高时需关闭自然冷却模式,进入机械冷却模式;湿度控制较难。室外空气相对湿度超出标准范围时,需要额外消耗能量加湿或除湿。

④典型应用  

美国A运营商美西某机房。如图3所示,AHU安装在楼顶,新风经过AHU后送入机房架高地板,气流组织较好。配备风冷冷机机械制冷在室外高温、高湿、或高污染条件下开启机械制冷。现场参观时,室外温度14℃,低于机房送风温度设定,但由于当天下雨,室外空气相对湿度较高,仍然需要启用机械制冷对送风进行除湿;

美国B运营商美西某机房。该机房所在地纬度较高,十分适合采用自然冷却。如图4所示,AHU安装在机房旁边,新风管和排风管连接到屋顶通风口。楼顶设置风冷冷机用于机械制冷和除湿(图5)。机房送风采用上送上回,AHU通过安装在吊顶的风管送到冷通道,热通道密闭,通过吊顶静压箱回到AHU;

美国C运营商美西某机房。AHU设置在屋顶。冷风通过风管送到冷通道。热空气通过自然上浮回到AHU回风口,回风阻力较小。送回风通过冷热空气高差密度梯度自然分离,未设置冷热通道隔离,机柜功率密度5.5kW。

⑤应用注意事项  

及时更换过滤网。美国某运营商机房曾经出现过中效过滤网更换不及时,导致灰尘沉积在设备外壳。更换中效过滤器后,现象消失;  

另外,同一地区D运营商某机房2019年夏天曾出现过机房高湿告警,导致某大客户多个网络设备发生电路板短路故障;  

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