新风直接冷却空调箱应用于数据中心的节能研究

金明杰 余建平 张华杰

摘要：在本篇文章当中，主要就数据中心的是温度要求以及室外空气的品质等进行相关的研究，然后探讨新风直接自然冷却的应用背景，以数据中心的具体案例来进行探讨研究 一次回风以及两次回风的自然冷却，空调箱的应用包括其控制逻辑，指出防霜是空调箱回风次数选择的一个最为首要的因素，希望能够为新风直接自然冷却空调箱的回风次数的研究提供更多的参考意见。

关键词 ：数据中心 ;新风直接自然冷却 ;一次回风

现如今数据中心所使用的主流空调装置，大多都是机房的专用空调。但是在数据中心发展的初级阶段也有一部分使用的是组合式的空调箱，机房空调在使用的过程当中更加地灵活，而且工作量也比较小，设置的周期也非常的短，并且能够做到批量的生产，拥有着非常强的可靠性，所以说在使用的时候是比较多的，近几年，伴随着数据中心对于节能的不断的追求，开始引入大量的冷却技术，比方说动态自然冷却空调系统以及热管自然冷却系统等等，上述技术都属于间接冷却的范畴，室内外通过中间介质能够有效地实现自然冷却，但是或多或少会牺牲部分自然冷却的时间，而新风直接自然冷却空调箱属于一种新型的冷却产品，在数据中心也有了不少的应用，由于新风可以直接地有效去减少能量的置换和传递的环节，并且节能效果非常地显著，所以说把室内的新风直接引入到室内当中，能够有效地降低空调的损耗，在本篇文章当中也会就新风直接自然冷却空调箱在数据中心当中的节能应用进行一定的研究。

1、节能分析的背景说明

1.1新风直接自然冷却空调箱

伴随着社会经济得不断的发展，应用于数据中心的空调机组的种类会变得越来越多，主要包括基站的空调以及房间及机房空调等等，除了行级空调在安装的时候，其机柜没有办法直接采取新风自然冷却以外，其他的空调末端都可以使用这样的功能，利用新风来完成自然冷却，新风直接自然冷却基站一般来说是一个整体性的机组，可以通过控制各个通风阀来开启新风，实现室内的直接自然冷却，新风直接自然冷却机房通常在下送风房间及配置好混风箱，组合式的空调箱能够采取更加模块化的设计，一般来说包括盘管段，混风段以及过滤段等等，包括不同的模块也会形成不同的功能。

1.2室外空气品质

利用新风直接完成服务器的冷却降温，必须要考虑到室外的空气品质对于数据中心会产生的影响，从某种程度上来说，空气品质是制约该技术的一个最为主要的因素。为了能够有效地应对这个情况，业界通常为新风直接冷却自然空调机组配置更加高的过滤器，甚至是直接使用化学过滤器，并且会设置专门的传感器来实时的监测室内外的空气品质，一旦室内外的空气品质不够好的时候，依据相关的设定参数，手动或者是自动阀门会直接关闭外新风阀，这个时候气体是在室内进行流通的，利用机械来压制冷缩。现如今人们的环保意识都在不断地增强当中，所以说我国的室外空气品质也在不断的好转。

1.3节能分析的温湿度控制标准

依据相关技术标准的要求，服务器的机柜进风的温度必须要控制在18℃～27℃之间，露点温度需要控制在5.5℃～15℃之间，相对湿度不能够高于60%，虽然说设计标准已经对于数据中心的温湿度要求放宽处理，但是这并不意味着只要有新风进入就能够实现技能，而是要求室外空气必须要满足相关的条件，所以新风的引入控制非常的重要，合理地控制能够确保不增加空调的负荷，又能够最大程度地利用自然冷却，由于控制干球温度以及干球温差等都存在着控制性的缺陷，所以说我们可以采取综合控制的方法。

2、项目应用

2.1两次回风系统

德国柏林的某个新建的项目在市郊林区内部，该地区的空气品质非常地优良，数据中心的层高为7m，室内的单台制冷量能够达到100kw，所配制的新风直接自然冷却空调箱主要是由机械制冷模块以及混风箱等模块共同组成的，混风箱主要用于新风以及回风的混合，由三个电动阀门来有效地控制新風量以及回风量，可以实现三个不同模式的精准度的控制，新风侧配置了f5及f7的过滤器，回风侧则是配置了G4过滤器。

通过监控数据中心的室内外温度以及差值，机组的控制器可以有效地在四种不同的模式下运行在制冷的时候和常规的空调房是无异的，机组的送风温度在经过压缩之后能够保证系统迅速制冷。在混合模式下，机组的送风温度也能够和风阀共同使用。自然冷却模式当中，机组的送风温度跟回风阀是不同的，开度在进入初期模式的时候，新风阀能够开启到最大，一旦回风阀打开。新风阀就会开始减少，保证送风的温度，防霜自然冷却的时候防霜阀能够保证在最大度数，机组的送风温度跟回风阀的开度是有所保证的，新风阀跟回风阀之间的调节方向完全相反。

为了能够有效地实现机组最大程度的节能，空调箱在配置的时候也设置了可折叠的热交换盘管，降低了对于气流压力的损失，一旦热交换盘管不工作的时候，气流无法通过，就可以减少由于气流经过关闭的交换阀所产生的压力损失，降低自然冷却以及防霜自然冷却模式下对于盘管所损耗的运动功率。在这两个运动模式的时候，我们需要去收起盘管，此时气流不穿越，可以直接送到室内当中。

2.2一次回风系统

某个位于云南普洱的项目机房使用的是冷热通道的布置。专门的空调机房安装了四台制冷的一次回风空调机组，该空调机组新风静压箱空调布置了四个新风口，对应着四台机器。机房内部也布置了四个可调余压的自动排风阀。

当室外的温度比自然温度小的时候，或者是室外的温度跟房间温度差值比较大，能够启动设定差值，室外的温度比结霜温度高，或者是房间的湿度在设定的范围之内，空调机就会进入运转的模式，普洱市每年的平均气温能够达到15℃～20.3℃，使用一次回风系统，能够稳定地运行下去，并且该系统已经稳定的运行了将近两年左右，而且也取得了非常好的节能的效果。

3、回风次数的选择

为了能够有效地节约冷热量，我们可以依据不同的使用条件来对其进行一次回风系统调节，或者是一，二次回风系统调节，应用于数据中心的新风直接自然冷却空调箱究竟是使用哪一种系统，还是需要考虑到防霜，霜属于近地面，空气的水汽在受到辐射之后直接冷却，降到了霜点，这是在地面或者是物体的表面凝结而成的一种冰晶，含有霜的新风，在进入到空调箱之后会出现两个后果，一是使过滤网出现堵塞，二就是过低的温度可能会使过滤网出现损害，还有就是外霜吸热出现升华，会导致送风温度偏离设定，由此便可得知，如果室外的新风温度比较低的话，我们需要采取部分回热来有效的预热这些室外的空气，把霜升华成水蒸气，然后再经过回风再次混合，控制好送风的温度。

两次回风系统在室外温度低于结霜温度下，仍然可以使用自然冷源。节能效果明显的要比一次回风系统更加地优良，但是两次回风系统的空调箱不仅尺寸偏大，而且控制起来也非常得复杂，造价非常的昂贵，所以说我们可以依据当地的具体的结霜情况来选择使用一次，或者是二次回风通道的空调箱。如果采用一次回风空调箱的话，可以通过设置专门的缓冲机房来降低结霜对于滤网跟温度的控制偏差。

结束语 ：

伴随着社会经济得不断的发展以及数据中心对于是温度要求的放宽，全民的保护意识的不断的增强，对于室外的空气质量进行了有效地改善，所以全国各地可以利用的室外新风冷却的时间也会不断地扩大，新风直接自然冷却空调箱能够有效地在数据中心发挥出节能的作用，打造一个真正绿色化的数据中心。

参考文献 ：

[1] 肖新文. 新风直接冷却空调箱应用于数据中心的节能分析[J]. 暖通空调，2021，51（1）：70-75.

[2] 孙涛. 基于户外太阳辐射集装箱供电系统空调冷却方案的热设计与测试[J]. 制冷与空调，2020，20（9）：48-53，78.

[3] 肖新文，魏赠，曾春利. 间接蒸发冷却空调箱机组制冷的数据中心气流组织探讨[J]. 制冷与空调（四川），2020，34（1）：62-69.

[4] 肖新文. 新风直接自然冷却空调箱在数据中心的应用探讨[J]. 洁净与空调技术，2019（3）：47-52.

[5] 姜娣. 一次回风空调箱冷却除湿过程计算[J]. 建筑节能，2017（3）：27-31.

浙江康旭科技有限公司 浙江省杭州市 310000