蒸发冷却空调原理与设备，蒸发冷却空调技术
chanong
|由于数据中心显热较高、常年需要冷却的特点，间接蒸发冷却技术的应用范围不断扩大，通过蒸发冷却设备与空调输配电系统的合理组合，实现节能。数据中心的可能性。因此，本次我们将介绍一种新型的蒸发冷却空调系统，并进行实际运行测试，并对系统的运行情况进行分析。
1. 系统工作原理
新型数据中心机房蒸发冷却空调系统结合了蒸发冷却技术和无乙二醇冷却技术，其工作原理如图1所示。
工作过程与春、夏、秋季类似，只不过在夏季极端工况下，机房空调端改为蒸发冷却外风机组。冬季，关闭阀门A、C、F，打开阀门B、D、E。显热端精密空调的回水进入间接蒸发冷却冷水机组的表冷器，返回直接冷却器。机房空调末端。通过三种主要运行模式的切换，实现干旱地区数据中心机房全年完全自然冷却。
图1 数据中心机房新型蒸发冷却空调系统
2. 理由
对于间接蒸发冷却冷水机组，通常使用露点效率来表征间接蒸发冷却部分的性能。露点效率是基于干球温度和内部处理空气的干球温度的温降效率。您可以计算间接部分。然而，本文认为设置间接段的目的是对一次空气进行等湿冷却，降低一次空气在进入喷头填料段之前的湿球温度。接头段出风口（即排水填料段进风口）的湿球温度是决定排水填料段出口水温的重要因素。因此，间接段亚湿球效率以反映间接段温降效果的湿球温度为基础，作为反映间接蒸发器间接段性能的评价指标。冷却冰箱。这种新型蒸发冷却空调系统的间接蒸发冷却冷水机的冷水生产过程如图2所示。该机组采用内冷与外冷相结合的间接蒸发冷却技术，对进气进行预冷。由于冷水机前有湿球温度较低的空气，因此冷水机出口水温低于环境湿球温度。集成的无乙二醇冷却技术使机组即使在冬季条件下也能稳定运行。
图2 间接蒸发冷却冷水机组工作流程间接蒸发冷却冷水机组间接段亚湿球效率：
喷雾填料水侧效率：
间接蒸发冷却冷水机组的总体效率：
蒸发冷却冷水机制冷量：
其中： n1 - 蒸发冷却式冷水机组间接段的亚湿球效率，%n2 - 蒸发冷却式冷水机组注水器水侧效率，%tdb,o - 环境空气干球温度，Ctwb,o ——环境空气湿球温度，twb,c——间接段后出风口湿球温度，tdp,o——环境空气露点温度，tg——蒸发冷却式冷水机出口水温，th——蒸发冷却式冷水机回水温度， C——水定压比热容，kJ/(kg·K) M——蒸发冷却冷水机循环水质量流量，kg/s
3、测试系统
3.1 系统概述该蒸发冷却空调系统基本状况：（1）应用于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐开发区某数据中心，（2）总冷负荷为2767kW，（3）间接使用16台蒸发冷却空调直接蒸发复合乙二醇自然冷却制冷冷水机组是常年冷空气的主要来源（N+3冗余）；（4）共设计44台外冷式蒸发冷却外风机组作为备用。 （5）全年最大冷负荷值为2,541千瓦，最小冷负荷值为2,431千瓦，2018年5月开始分阶段运行，数据中心空调系统24小时运行。乌鲁木齐属典型的温带大陆性干燥气候。图3 和图4 显示了全年和典型一天每小时的室外干球温度和湿球温度。使用Dest仿真软件获得数据中心在以下条件下的冷负荷特性： 100%已使用。
图3 室外环境干湿球温度与冷负荷随时间变化（乌鲁木齐历年）
图4 室外环境干湿球温度与冷负荷随时间变化（乌鲁木齐典型日） 3.2 数据采集具体测试设备及各测点实测量如下。测量点1：测量大气压力和温度。以及室外环境的湿度。大气压力采用多功能测量装置（testo 480）测量，压力测量范围为700hpa至1100hpa，温度和相对湿度采用温湿度记录仪（testo/174H）测量，温度测量范围为- 20。 +70，湿度测量范围0%100%。测量点2：测量蒸发冷却冷水机组间接段后面的空气温度、湿度和风速。温度和相对湿度采用温湿度记录仪（Testo/174H）测量，温度测量范围为-20至+70，湿度测量范围为0%至100%，风速测量采用温湿度记录仪（Testo/174H）测量。温湿度计。叶轮风速测量仪（testo410-1） 测量范围：0.4 m/s ~ 20 m/s 测量点3：测量蒸发冷却冷水机组出水温度采用水温电子传感器测量出水温度，测量范围为- 50110。测量点4至测量点7：更换面板时测量一次、二次水系统的供回水温度。水温采用电子水温传感器测量，测量范围为-50至110。
图5 系统测试测点分布
4.数据测试结果及分析
4.1测试这种新型制冷系统的目的是当蒸发冷却冷水机组的性能随天气条件特别是夏季条件变化时，能否满足系统的制冷需求。本研究调查了典型夏季（2018 年8 月10 日）室外环境参数（干球温度、湿球温度、露点温度）全天变化时蒸发冷却冷水机组的出水温度，并测试了其影响。结果如图6 所示。从图6可以看出，全天蒸发冷却冷水机出水温度范围为13.116.9，平均值为14.9，表明出水温度达到半湿球。温度。干燥的空气有不同的味道，影响蒸发冷却冷水机的出水温度的性能。可以得出结论，用深制冷幅度或高制冷幅度等单一指标来评价蒸发冷却冷水机组的性能并不准确。
图6 蒸发冷却冷水机组出水温度随环境参数的变化趋势4.2 配电系统蒸发冷却冷水机组产生的冷水通过输配电系统送至机房空调末端，如图7.本次研究对新型蒸发冷却空调系统的制冷量以及一次、二次供水系统的供回水温度进行了全天测试和记录。从图7可以看出，二次水系统进、出水温度变化与一次水系统进、出水温度变化规律一致。一次水系统水温为5.9，二次水系统进出水平均温差为5.5，平均板交换温升（即一次水进水温度与二次水进水温度之差）出水温度）（一次水进水温度与出水温度之差）为1.3。一次水系统平均水流量99.5m3/h，系统平均制冷量678kW。从13:00到18:00，系统制冷量达到最低点，一次、二次水系统进出水温度相应降低。这是由于系统的技术管理和一次水系统的流量在一段时间内下降所致。从8:00到13:00，随着当地室外温度逐渐升高，水系统流量增大，系统制冷量呈现上升趋势。在蒸发冷却冷水机组数量固定的假设下，增加系统流量会破坏蒸发冷却冷水机组充水段的最佳空水比参数，导致冷冻水温度升高。产生上升。因此，系统今后的运行控制过程还应调整系统流量与冷水机出水温度的关系，以优化系统的制冷能力。
图7 新型蒸发冷却空调系统全天参数变化情况4.3 系统性能评价4.3.1 空调系统制冷性能系数设定性能参数来评价新型蒸发冷却空调系统的性能。对整个空调系统进行了测试。在接近设计的工况下（环境干球温度33.6，相对湿度23.1%，环境湿球温度18.2），确定空调系统的制冷量和总功耗，并得出制冷性能系数已确定。空调系统计算结果如表1所示。在本研究中，使用空调系统制冷性能系数（COP）来评估这种新型蒸发冷却空调系统的性能，COP是衡量空调系统冷却效率的指标[11]。换句话说，就是整个空调系统提供的制冷量与其消耗的能量之比。新型蒸发冷却空调系统的COP值为6.65kW/kW，节能效果显着。
表1 新型蒸发冷却空调系统性能参数实测
4.3.2新型蒸发冷却空调系统与传统空调系统对比分析本研究项目第一期以数据中心机房常用的两种空调系统（自然风冷螺杆空气）为例进行选择。 （空调系统和水冷磁悬浮离心空调系统）并与该蒸发冷却空调系统进行比较，估算出全年不同工况下消耗的电费和水费。从表2可以看出，新型蒸发冷却空调系统初投资与传统机房空调系统相当，但年运行费用为215万元，比传统机房降低195万元房间空调系统.采用自然风冷螺杆空调系统和水冷磁悬浮离心分离器空调系统，节能率分别达到63.6%和61.3%。
表2 新型蒸发冷却空调系统与传统空调系统年运行成本对比
注：电费按0.513元/(kW·h)计算。