露点间接蒸发冷却与机械制冷一体节能空调的研究

胡德志

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

数据中心建设规模逐渐扩大导致能源消耗剧增，降低数据中心能耗已成为全球关注的问题。制冷空调系统的能耗约占数据中心总能耗的30%-50%，提高自然冷源利用率，减少机械制冷工作时间成为实现数据中心节能最有效的方法之一。蒸发冷却是对自然冷源高效利用的一种方式，其中露点间接蒸发冷却效率最高。ZhanChanghong等对叉流换热器的蒸发冷却系统进行研究，结果表明湿球效率可达116%。DuanZhiyin等对设计开发的一种逆流式露点间接蒸发冷却器在不同的条件下进行测试，结果表明该逆流露点间接蒸发冷却器的湿球效率为55%-106%，能效比（energy efficiency ratio，EER为2.8-15.5。XuPeng等开发了一种超高能效的逆流式露点间接蒸发冷却器，在干燥测试标准工况条件下，即干球温度为37.8℃，湿球温度为21.1℃时，该冷却器的湿球效率达到114%，露点冷却效率达到75%。刘凯磊采用复合式露点间接蒸发冷却空调对某一模拟发热机房进行降温，发现机组最佳二次风量与一次风量比为0.85，对应平均湿球效率为97.4%。

1 露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调

露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调系统原理如表1所示。主要包括露点间接蒸发冷却段、排风段、送风段[1]。机组参数如表1所示，进入芯体的环境空气换热后全部作为排风排走，回风全部作为产出空气送入室内。

表1 露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调参数

2 露点间接蒸发冷却器

数据中心空气处理的洁净度对IT设备使用至重要，硫化物、酸碱物进入数据中心将腐蚀IT设备，甚至导致设备短路[2]。露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调采用间接换热形式，利用环境空气处理回风，环境空气进风和数据中心回风分开设置互不参混，采用内循环，无环境空气进入腐蚀设备，既保证降温效果又保证送风的空气要求。回风无杂质，对过滤的要求相对较小，减少初投资和运行费用。

2.1 芯体结构

露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调的关键部分是露点间接蒸发冷却芯体。露点间接蒸发冷却芯体分为干通道和湿通道，干通道与湿通道是由聚合物纤维材料组成，中间被高分子材料撑开形成通道，干通道分为三种形式，下部是环境空气干通道，为横向流道，壁面按照与进风水平成45°方向上依次打孔，通过孔口改变内部气流的流动路径，使得环境空气穿过小孔进入湿通道。中部和上部是回风干通道，为相同的直角通道衔接形成Z字形通道。湿通道是整体纵向流道[3]。

2.2 工作原理

对各种露点间接蒸发冷却器流道形式进行分析，采用逆流式结构的冷却器性能更优，在原有叉流式流道芯体的基础上，提出将逆流式流道结构设计于本芯体中，使其换热效率更高。环境空气首先进入露点间接蒸发冷却芯体下部的环境空气干通道，所有环境空气（二次空气）通过小孔进入湿通道，湿通道为纵向通道。湿通道内环境空气和布水器喷淋的喷淋水进行等焓降温。环境空气在横向流动过程中干球温度越来越低，通过小孔进入湿通道后空气湿球温度也不断降低，即湿通道侧不断降低的湿球温度对上部回风干通道的回风进行降温。回风（一次空气）进入上部的回风干通道，先横向流动与湿通道空气换热，换热方式为叉流，之后经90°直角纵向流动，换热方式为逆流，最后经90°直角变为横向叉流换热，所以换热呈先叉流后逆流再叉流的形式。

2.3 空气处理过程

状态点1的环境空气首先进入露点间接蒸发冷却芯体下部的环境空气干通道，环境空气逐级冷却后全部进入湿通道，湿通道内温度逐渐降低的环境空气冷却回风干通道内的回风，温降可接近露点温度，

3 结语

本文提出一种露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调，露点间接蒸发冷却段采用叉流与逆流结合的流道形式，采用立式结构节省占地面积。①当回风温度为26℃时，运行湿模式干燥工况下湿球效率最高为97%，送风温度21.1℃；运行混合模式在高湿工况效果更加显著，当回风温度低时，高湿工况蒸发冷却应用受限，必须辅助机械制冷达到送风要求。②当回风温度为35℃时，运行湿模式干燥工况下机组的湿球效率约为110%，高湿工况下机组的湿球效率约为99%。运行混合模式干燥工况下露点间接蒸发冷却器的湿球效率约为120%，高湿工况下露点间接蒸发冷却器的湿球效率约为110%。当回风温度升高时湿球效率增大，露点间接蒸发冷却的作用更大。③通过能效对比分析，露点间接蒸发冷却技术在干燥地区更加适用，露点间接蒸发冷却的能效比较高湿地区大54%。露点蒸发冷却与机械制冷复合可使得应用范围更加广泛。