隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展，機(jī)房創(chuàng)新節(jié)能也 被提升到相當(dāng)重要的位置，而其中的機(jī)房空調(diào)節(jié)能更是扮演著舉足輕重的角色，高能效的機(jī)房空調(diào)也就愈來(lái)愈受到數(shù)據(jù)中心客戶的歡迎。目前，行業(yè)內(nèi)也陸續(xù)出現(xiàn)了 能效比在3.0以上的風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)機(jī)組和能效比在25以上的冷凍水型機(jī)房空調(diào)機(jī)組，經(jīng)過(guò)研究和對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)高能效機(jī)房空調(diào)機(jī)組的一個(gè)共性特征“模塊化設(shè)計(jì)”。空調(diào)也可模塊化嗎？模塊化真的高能效嗎？來(lái)自北京海瑞思科技有限公司的技術(shù)專家為我們從系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上深入研究了模塊化機(jī)房空調(diào)的能效表現(xiàn)。

大家可能會(huì)問(wèn)什么是“模塊化機(jī)房空調(diào)”？和傳統(tǒng)機(jī)房的空調(diào)的主要區(qū)別？如附圖1所示模塊化機(jī)房空調(diào)分為電控&器件模塊、制冷模 塊，各制冷模塊的結(jié)構(gòu)和功能相同且相互獨(dú)立。而傳統(tǒng)的機(jī)房的空調(diào)結(jié)構(gòu)形式大體可以分為兩種：1、制冷模塊1蒸發(fā)器和模塊2蒸發(fā)器分別左右一個(gè)“V/A”放 置，見(jiàn)附圖2;2、“/”型盤管結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是盤管為從左到右為一整片，而制冷系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的布置又分為系統(tǒng)1/2上下布置及系統(tǒng)1/2里外疊放，見(jiàn)附圖 3。

首先介紹下能效比EER的概念，能效比等于總制冷量/總輸入功率( EER=Qe/P)，總輸入功率包含壓縮機(jī)功率，室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)功率，室外機(jī)風(fēng)機(jī)功率;那么提高EER可以分兩個(gè)方向，提高制冷量和降低輸入功率。由于模塊化 設(shè)計(jì)主要是機(jī)房空調(diào)室內(nèi)機(jī)的模塊化，所以本文只分析模塊化機(jī)房室內(nèi)機(jī)空調(diào)的節(jié)能，我們假定壓縮機(jī)不變和室外冷凝溫度不變(假定冷凝溫度為48攝氏度)。那 么按照這兩個(gè)方向分析：

由于壓縮機(jī)不變，從逆卡諾循環(huán)看，提高蒸發(fā)溫度可以提高單位質(zhì)量流量制冷量，同時(shí)提高蒸發(fā)溫度會(huì)減小壓縮機(jī)吸入口的比容，可以提高系統(tǒng)的制冷劑 質(zhì)量流量，二者疊加會(huì)有效的提高制冷量。但蒸發(fā)器溫度的提高對(duì)壓縮機(jī)的輸入功率影響很小。所以提高蒸發(fā)溫度提高制冷量的最有效手段。

減少總輸入功率主要是壓縮機(jī)功率和室內(nèi)風(fēng)機(jī)功率，由于壓縮機(jī)的輸入功率的最主要影響因素是冷凝溫度，基于我們假定恒定冷凝溫度，我們目標(biāo)可以鎖定在室內(nèi)機(jī)的功率。

綜上所述：理論上提高EER，針對(duì)室內(nèi)機(jī)需要集中力量解決的是提高蒸發(fā)溫度和降低室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)功率。提高蒸發(fā)溫度需要增加蒸發(fā)器的換熱：1.提高 蒸發(fā)器面積(與占地面積矛盾);2.在維持風(fēng)機(jī)功率不變或減少的基礎(chǔ)上提高風(fēng)量;3.提高蒸發(fā)器空氣側(cè)氣流分配均勻性;4.提高蒸發(fā)器制冷劑分配均勻性。 而要在維持風(fēng)量不變或者提高的基礎(chǔ)上降低室內(nèi)風(fēng)機(jī)功率：1.建立室內(nèi)空調(diào)空氣側(cè)機(jī)內(nèi)阻力(機(jī)內(nèi)阻力包含過(guò)濾網(wǎng)阻力，盤管阻力，機(jī)內(nèi)流道阻力);2.提高風(fēng) 機(jī)效率。

結(jié)合以上的理論分析，機(jī)房空調(diào)室內(nèi)機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。從附圖1可以看到：

由于電控&制冷器件獨(dú)立模塊，單位占地面積蒸發(fā)器面積比“V/A”型可以提高5~10%，比 “/”型可以提高10~15%左右。同時(shí)基本所有器件被安置在獨(dú)立模塊中，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的流道阻力會(huì)降低100Pa以上，也減少氣流不均勻性的影響。

模塊化上下送風(fēng)空調(diào)的過(guò)濾網(wǎng)是貼合蒸發(fā)器放置，與傳統(tǒng)的空調(diào)上送風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)門置和下送風(fēng)頂置有著很大的區(qū)別，過(guò)濾網(wǎng)面積是傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)的2 ~2.5倍。大家都知道過(guò)濾網(wǎng)的空氣阻力與迎面風(fēng)速平方成正比，所以模塊化空調(diào)的過(guò)濾網(wǎng)空氣側(cè)阻力可以從200~300Pa減少至60Pa左右(基于蒸發(fā) 器的迎面風(fēng)俗在2.2m/s)。由于過(guò)濾網(wǎng)貼合蒸發(fā)器放置，相當(dāng)于使空氣在進(jìn)入蒸發(fā)器前天然增加一個(gè)均流器，進(jìn)一步提高蒸發(fā)器的空氣側(cè)分配均勻性。

模塊化的空調(diào)的蒸發(fā)器為前后“W/M”放置，每個(gè)制冷模塊中包含一組“V/A”蒸發(fā)器，風(fēng)機(jī)居中放置，“V/A”蒸發(fā)器中的兩片換熱器的空氣側(cè) 完全對(duì)稱，空氣側(cè)的風(fēng)速分布完全均勻。再看附圖2中，“V/A”型結(jié)構(gòu)天然會(huì)導(dǎo)致前后兩個(gè)系統(tǒng)的換熱器空氣分配不均，系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的運(yùn)行參數(shù)會(huì)不同。再 看附圖3“/”型的由于盤管會(huì)比較長(zhǎng)，相對(duì)風(fēng)機(jī)的最遠(yuǎn)端和最近端的差距太大，導(dǎo)致整個(gè)蒸發(fā)器的空氣側(cè)分配的不均勻性。模塊化結(jié)構(gòu)盤管的空氣側(cè)CFD分析附 圖5，兩側(cè)盤管風(fēng)速及均勻性良好。

由于模塊化結(jié)構(gòu)天然空氣側(cè)分配均勻性以及過(guò)濾網(wǎng)的均流效果，加上分配毛細(xì)管的優(yōu)化，各制冷模塊的蒸發(fā)器各回路回氣溫度的差異在±2℃，這意味著制冷劑分配非常均勻。制冷劑側(cè)分配可以進(jìn)一步提高蒸發(fā)器溫度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)可以進(jìn)一步提高空調(diào)的顯熱比。

模塊化機(jī)房空調(diào)的較小空氣側(cè)阻力的特點(diǎn)，可以優(yōu)化風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，在相同風(fēng)量情況，大大的降低風(fēng)機(jī)輸出功率。以100kW空調(diào)為例，傳統(tǒng)的機(jī)房空調(diào)風(fēng)機(jī)輸入功率為6.6kW左右，模塊化機(jī)房空調(diào)的風(fēng)機(jī)輸入功率為5.0kW左右.

模塊化機(jī)房空調(diào)的大蒸發(fā)器以及高制冷劑分配均勻性的特點(diǎn)，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器溫度在8.5~9.5℃，與傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)的6.0~7.0℃相比是一個(gè)較大的跨越。

綜上所述，采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，增加單位占地面積蒸發(fā)器面積，增加過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾面積，降低了機(jī)組空氣阻力，提高制冷劑側(cè)分配均勻性，提 高了蒸發(fā)溫度，從而提高制冷量，降低了風(fēng)機(jī)功率，提高了空調(diào)的能效比EER。目前經(jīng)過(guò)專業(yè)CFD模擬以及實(shí)機(jī)驗(yàn)證測(cè)試，普通風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)采用模塊化節(jié)能設(shè) 計(jì)后能效比可高達(dá)3.2以上，冷凍水型機(jī)房空調(diào)采用模塊化節(jié)能設(shè)計(jì)后能效比可高達(dá)25以上。

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