程 序，張 帥，王 凱，丁 昊（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)全面進(jìn)入5G時(shí)代，海量的數(shù)據(jù)信息推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的蓬勃發(fā)展。在建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的背景下，“節(jié)能減排”已逐步融入當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，數(shù)據(jù)中心作為超高能耗產(chǎn)業(yè)，“節(jié)能減排”勢(shì)在必行。在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中，節(jié)能方向可以從冷源側(cè)、輸配側(cè)和末端側(cè)3個(gè)方向考慮，節(jié)能效果尤為顯著的是冷源側(cè)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。隨著對(duì)數(shù)據(jù)中心溫控領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)的不斷深入和研究，冷源的散熱形式已從傳統(tǒng)的“干球溫度散熱”發(fā)展到“濕球溫度散熱”，而本文所涉及的技術(shù)則是目前國(guó)際最先進(jìn)的“亞濕球溫度散熱”技術(shù)。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代、雙碳背景加持、東數(shù)西算政策引導(dǎo)下，數(shù)據(jù)中心行業(yè)將迎來(lái)爆炸式增長(zhǎng)，隨著服務(wù)器機(jī)柜功率密度增大、機(jī)房安全要求提高、能耗指標(biāo)降低，間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。間接蒸發(fā)高效集成冷站采取間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，可充分利用自然冷源將機(jī)房冷源系統(tǒng)能耗降至最低，同時(shí)將系統(tǒng)構(gòu)成集成化，進(jìn)一步壓縮系統(tǒng)占地面積，工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)組裝，提高交付效率。本文將從間接蒸發(fā)高效集成冷站的節(jié)能性、創(chuàng)新性、交付效率以及試點(diǎn)項(xiàng)目介紹等方面展開(kāi)討論。

1 間接蒸發(fā)高效集成冷站節(jié)能性

間接蒸發(fā)高效集成冷站的核心技術(shù)為蒸發(fā)冷卻技術(shù)，蒸發(fā)冷卻技術(shù)是利用水蒸發(fā)吸熱的降溫效應(yīng)來(lái)冷卻空氣或水，按照技術(shù)形式可分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻2 種形式，按照產(chǎn)出介質(zhì)分類(lèi)又可分為風(fēng)側(cè)蒸發(fā)冷卻與水側(cè)蒸發(fā)冷卻2種形式。間接蒸發(fā)高效集成冷站是在間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組的基礎(chǔ)上疊加了板式換熱器、系統(tǒng)循環(huán)水泵、冷水主機(jī)等設(shè)備，其中蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組就屬于上述水側(cè)蒸發(fā)冷卻設(shè)備。

圖1 為冷站熱濕處理過(guò)程焓濕圖，G 狀態(tài)點(diǎn)的機(jī)組供水全部被輸送至板換吸收機(jī)房側(cè)水系統(tǒng)熱量后，成為H 狀態(tài)點(diǎn)的機(jī)組回水，再返回到淋水填料頂端進(jìn)行噴淋，降溫后的G 狀態(tài)點(diǎn)的機(jī)組供水再被送至板換吸收機(jī)房側(cè)水系統(tǒng)熱量，成為H 狀態(tài)點(diǎn)的機(jī)組回水，如此形成循環(huán)。外界環(huán)境空氣一部分經(jīng)過(guò)立管間接蒸發(fā)冷卻器的一次換熱通道從狀態(tài)點(diǎn)O等濕預(yù)冷至狀態(tài)點(diǎn)C；另一部分則經(jīng)過(guò)立管間接蒸發(fā)冷卻器的二次換熱通道從狀態(tài)點(diǎn)O 增焓加濕至狀態(tài)點(diǎn)P，最后排放到大氣環(huán)境中。預(yù)冷后的空氣從底部進(jìn)入淋水填料換熱器內(nèi)，與機(jī)組回水接觸發(fā)生近似直接蒸發(fā)冷卻的熱濕交換的過(guò)程，從狀態(tài)點(diǎn)C 增焓加濕至狀態(tài)點(diǎn)E，最后被排風(fēng)風(fēng)機(jī)由機(jī)組頂部排入大氣環(huán)境中。

圖1 冷站熱濕處理過(guò)程焓濕圖

間接蒸發(fā)高效集成冷站的核心節(jié)能原理是間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組能夠提供更低溫度的冷水，因此能夠有效延長(zhǎng)自然冷卻的時(shí)長(zhǎng)，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)，自然冷卻時(shí)長(zhǎng)年平均延長(zhǎng)4 500～5 500 h；相比傳統(tǒng)冷卻塔水冷空調(diào)系統(tǒng)，自然冷卻時(shí)長(zhǎng)年平均延長(zhǎng)2 500～3 500 h。另外，間接蒸發(fā)高效集成冷站將冷卻水管路全部集成在冷站內(nèi)，管路長(zhǎng)度減少到50～80 m 內(nèi)，冷卻水系統(tǒng)管道材料及施工費(fèi)節(jié)省75%～85%，系統(tǒng)平均阻力損失減少7～10 m，冷卻水泵運(yùn)行功耗平均減少25%。

2 間接蒸發(fā)高效集成冷站創(chuàng)新性

a）冷源最簡(jiǎn)化。集成了磁懸浮冷水機(jī)組、間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、板換、電控柜等裝置，系統(tǒng)根據(jù)室外氣象參數(shù)及室內(nèi)負(fù)荷變化自動(dòng)切換運(yùn)行模式，簡(jiǎn)單方便。

b）冷源高效化。系統(tǒng)全年部分時(shí)間通過(guò)自然冷卻進(jìn)行制冷，部分時(shí)間通過(guò)磁懸浮冷水機(jī)組制冷（此時(shí)間內(nèi)間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組提供溫度較低的冷卻水，提高磁懸浮冷水機(jī)組能效），使得冷源側(cè)全年能效較高，大幅降低數(shù)據(jù)中心PUE。

c）冷源集成化。將空調(diào)系統(tǒng)冷源側(cè)、輸配側(cè)及控制系統(tǒng)高度集成為一體，打造“間接蒸發(fā)高效集成冷站”集成冷源模塊，空調(diào)系統(tǒng)冷源側(cè)、輸配側(cè)無(wú)須占用室內(nèi)建筑空間，且能實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速部署和交付。

d）系統(tǒng)安全化。通過(guò)設(shè)置間接蒸發(fā)高效集成冷站的備份、環(huán)管輸配、蓄冷罐儲(chǔ)冷等措施保證系統(tǒng)全年安全運(yùn)行。

e）系統(tǒng)維護(hù)性。系統(tǒng)主要耗材除填料和濾網(wǎng)外，均為成熟部件，壽命均達(dá)15年以上，后期維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便。

f）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。考慮空調(diào)系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用以及引起的電氣系統(tǒng)相關(guān)的綜合投資，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的TCO。

3 間接蒸發(fā)高效集成冷站交付效率

間接蒸發(fā)高效集成冷站將間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組、磁懸浮冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、板式換熱器、補(bǔ)水泵、水處理裝置、系統(tǒng)配電柜、控制柜等全部集成到一起，管道連接、電氣系統(tǒng)連接以及系統(tǒng)、設(shè)備調(diào)試工作均在工廠完成。間接蒸發(fā)高效集成冷站對(duì)外只預(yù)留供水管、回水管法蘭接口以及補(bǔ)水、排水口等，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)僅需要進(jìn)行管道碰口和總電源接入。

間接蒸發(fā)高效集成冷站中大部分設(shè)備為技術(shù)成熟的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，供貨周期穩(wěn)定，貨源充足。間接蒸發(fā)高效集成冷站的管道均一次設(shè)計(jì)到位，全部可以預(yù)制，機(jī)組生產(chǎn)安裝周期均大幅減少，采用間接蒸發(fā)高效集成冷站的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工工期可以壓縮30%以上。圖2是間接蒸發(fā)高效集成冷站整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖2 間接蒸發(fā)高效集成冷站整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4 試點(diǎn)項(xiàng)目介紹

以2022 年某公司間接蒸發(fā)高效集成冷站產(chǎn)品研發(fā)服務(wù)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目采用1 臺(tái)125RT 的間接蒸發(fā)高效集成冷站作為空調(diào)系統(tǒng)冷源，機(jī)組設(shè)備尺寸（L×W×H）≤6 800×6 800×7 200 mm，末端采用4 臺(tái)100 kW制冷量的冷凍水精密空調(diào)，系統(tǒng)供回水溫度為15/21℃。項(xiàng)目使用的間接蒸發(fā)高效集成冷站從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試只需40個(gè)自然日，其中現(xiàn)場(chǎng)施工安裝調(diào)試時(shí)間僅需15個(gè)自然日。

間接蒸發(fā)高效集成冷站內(nèi)部的間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組采用先進(jìn)的立管式間接蒸發(fā)冷卻器，從氣流組織上，一次風(fēng)通過(guò)采用梅花樁式排布的立管換熱器實(shí)現(xiàn)充分紊流，在有限空間內(nèi)增加一次風(fēng)路由，增加與換熱器接觸時(shí)長(zhǎng)，提高換熱效率。采用逆流換熱方式，二次空氣自下而上，循環(huán)水自上而下，實(shí)現(xiàn)100%純逆流換熱，換熱效率極高，間接蒸發(fā)冷卻效率達(dá)到80%以上。從立管式結(jié)構(gòu)上，特殊的生產(chǎn)工藝和立管式結(jié)構(gòu)能夠有效避免臟堵、結(jié)垢，維護(hù)工作量較小，降低了維護(hù)成本，廣泛適用于各種氣候環(huán)境，對(duì)水質(zhì)無(wú)特殊要求（市政供水即可）。

該項(xiàng)目主要包括間接蒸發(fā)高效集成冷站產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣機(jī)生產(chǎn)及測(cè)試、樣機(jī)試點(diǎn)及應(yīng)用數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)間接蒸發(fā)高效集成冷站產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行模式、控制邏輯最優(yōu)，滿足數(shù)據(jù)中心及通信機(jī)房全年安全、高效供冷的目標(biāo)；通過(guò)樣機(jī)生產(chǎn)，并在實(shí)驗(yàn)室模擬開(kāi)展不同氣候不同機(jī)房負(fù)荷條件下的測(cè)試，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能情況進(jìn)行驗(yàn)證分析，完善間接蒸發(fā)高效集成冷站參數(shù)，為中國(guó)聯(lián)通數(shù)據(jù)中心及通信機(jī)房降低PUE、便利施工的未來(lái)持續(xù)性發(fā)展奠定基礎(chǔ)；通過(guò)試點(diǎn)應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析，為后期迭代深化設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。

5 項(xiàng)目成果

該項(xiàng)目使用的間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組額定工況能效比為16.09，項(xiàng)目設(shè)計(jì)PUE 為1.25，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)3 個(gè)月的實(shí)測(cè)值預(yù)測(cè)，全年運(yùn)行PUE 不超過(guò)1.23，節(jié)能效果良好。

該公司的間接蒸發(fā)高效集成冷站項(xiàng)目在前期設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工交付多個(gè)環(huán)節(jié)均取得了理想的成績(jī)，項(xiàng)目實(shí)施成本低于傳統(tǒng)系統(tǒng)約20%，項(xiàng)目實(shí)施周期相比傳統(tǒng)系統(tǒng)縮短30%以上，項(xiàng)目實(shí)測(cè)PUE 值也小于預(yù)期值以及傳統(tǒng)冷水系統(tǒng)。

間接蒸發(fā)高效集成冷站結(jié)合數(shù)據(jù)中心及通信機(jī)房的應(yīng)用特點(diǎn)，以綠色、集成、高效為出發(fā)點(diǎn)，基于間接蒸發(fā)冷卻冷水技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分利用室外干空氣能，實(shí)現(xiàn)自然冷卻，優(yōu)化制冷系統(tǒng)，完成全年高效制冷。該項(xiàng)目在數(shù)據(jù)中心有較好的適用性、便利性，其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在全國(guó)范圍內(nèi)均有推廣價(jià)值。