摘 要： 在數據中心空調系統中主要分為風冷直接蒸發式空調系統、水冷直接蒸發式空調系統、冷凍水空調系統、雙冷源空調系統等空調系統。從空調系統總投資的比較可以看到，雙冷源系統，具有風冷和冷凍水系統雙重特點，投資成本最高，但是系統的運行最穩定，維修和維護量最大。

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冷直接蒸發式空調系統、水冷直接蒸發式空調系統、冷凍水空調系統、雙冷源空調系統等空調系統。

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，已通過國家專利審批。它通過冷凍水循環管路的精心設計以及控制邏輯的優化，實現與機房內部空調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境的變化，對冷凍水流量進行靈活的調節，將自然冷卻的效益發揮到最大，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，可以實現20%～50%的節能，使得運行費用大幅縮減，而為此增加的空調設備初投資，最多兩年的時間就可以收回，而整個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冷和水冷兩種，以風冷冷水主機為例，其工作原理是：攜帶室內熱量的高溫回水流入機組，進入殼管式蒸發器，被制冷劑盤管冷卻，熱量傳遞給制冷劑，由后者帶到風冷冷凝器中，由風機驅動環境空氣對其進行強制散熱。按經驗來說，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，就可以利用冷空氣冷卻高溫回水，不需要開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發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管之前安裝了自然冷卻熱交換盤管，旨在最先利用環境冷空氣冷卻盤管內的回水;另一個區別在于內部水循環系統的設計上，自然冷卻循環利用三通調節閥將循環水路與自然冷卻熱交換盤管連接起來。

其實，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完全關閉，A與C連通時，即自然冷卻熱交換盤管關閉，全部冷量由壓縮機制冷提供;當室外溫度低于回水溫度時，A關閉，B與C連通，回水通過自然冷卻熱交換盤管預冷，然后再進入蒸發器，這樣一來，壓縮機只需部分工作就可以滿足空調冷量的要求，從而節省了大部分能耗;而當室外溫度足夠低時，A關閉，B與C連通，通過自然冷卻就可以完全滿足空調冷量要求，壓縮機停機，這時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%，具體效果如何會因安裝地區的氣候條件而不同。

風冷直接蒸發式機組，適用于水源缺乏的地區和無冷卻水系統的場所，可外掛或外置室外機(樓層不高，允許破壞建筑外觀)，系統簡單，無須考慮配備水泵和冷卻塔，也無需集中冷凍水系統為之服務。缺點為室內外機之前的管長受限，在室內外機之前接管超過60米時，需要根據實際情況采取解決方案。

水冷直接蒸發式機組，適用于有集中冷卻水系統的場所，機組能效比風冷式機組高，機組安裝不受室外場地限制。

雙冷源機組具有直接蒸發式和冷凍水機組的雙重優點外，同時還具有冷源相互備份的特點，當使用用戶冷凍水資源時，只有冷凍水盤管換熱，壓縮機停止運行，有利于節能，當用戶停止中央空調冷凍水系統時，機組啟動壓縮機進行制冷。

機房空調系統分析比較

以一個面積為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(自含冷源的風冷直接蒸發式機組、水冷直接蒸發式機組、普通風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、貴陽這五個城市運行，分析運行結果如下：

首先，從空調系統總投資的比較可以看到，雙冷源系統，具有風冷和冷凍水系統雙重特點，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推薦使用自然冷卻冷水機組，風冷直接蒸發式機組和水冷直接蒸發式機組的系統總投資最小，風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。

從上述各空調系統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，故在比較時沒有將此種空調系統考慮進去，在比較中發現自然冷卻冷水主機加冷凍水機組的節能效果很明顯，耗電量明顯減少。由于北京一年當中大約有30%的時間溫度小于10度，故自然冷卻冷水機組加冷凍水機組可以比普通冷水主機加冷凍水機組節能30%，和其他空調系統相比耗電量也明顯減少，節能效果顯著。對于平均溫度很高的城市如上海、廣州、貴陽等地，很難實現利用環境溫度實現自然冷卻功能，相比之下不推薦使用自然冷卻冷水主機加冷凍水機組，從系統總投資上可以看出，水冷冷水主機加冷凍水機組的系統總投資最少，在計算設備制冷總功率和耗電量時，直接蒸發式機組最高，其中還未考慮加熱器、加濕器等耗電量，同時實際機組工作時直接蒸發式機組由于室內環境變化會引起壓縮機的頻繁啟動，必然引起耗電量增加，而水冷冷水主機加冷凍水機組這樣的情況沒有直接蒸發式機組發生頻繁，所以從能耗角度考慮直接蒸發式機組也沒有水冷冷水主機加冷凍水機組系統要好，經計算，水冷冷水主機加冷凍水機組系統較風冷直接蒸發式機組要節能可達到20%左右。

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