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《西安工程大学》 2017年
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蒸发冷却+机械制冷联合空调系统在数据中心的应用研究

刘凯磊  
【摘要】:数据中心空调制冷能耗之高已引起广泛关注,打造PUE逼近1的绿色数据中心已成众之所向。蒸发冷却大风量、小焓差、湿式过滤的特点可以同时满足机房降温、加湿和净化的要求,更重要的是能够延长自然冷源的有效时间,降低PUE。但是我国气象跨度大,受气象条件限制蒸发冷却无法单独满足数据中心全年356天不间断供冷需求,尤其是在高湿炎热地区必须采用机械制冷作为辅助,保障机房正常供冷。目前,蒸发冷却结合机械制冷的设备很普遍,但在数据中心的应用案例仍然较少,而且主要是节能改造工程,没有形成完整的空调系统。为此,本文将从现有风侧蒸发冷却+机械制冷的空调设备入手研究适合数据中心的空调系统。首先,分析数据中心空调系统关键问题。提出建筑形式对空调系统方案选择的影响,并对综合体、仓储式厂房型和集装箱式模块化数据中心所适合的空调系统进行了阐述。归纳总结了已有或在建的非高热密度机房的气流组织形式,并结合建筑形式、功率密度、空调节能等方面对每种气流组织形式的优缺点进行了分析。其次,研究了三大类蒸发冷却+机械制冷联合的空调系统。包括:联动空调系统、机组形式联合空调系统以及风机墙形式联合空调系统。并且针对每种系统逐一介绍了对应的空调设备、联合方式、方案布局、气流组织及全年运行模式。得出空调系统方案应结合建筑形式和功能需求择优选择。创新性的提出了1)蒸发式冷气机配合架高地板下送风的空调系统;2)复合式露点间接蒸发冷却与机械制冷联动空调系统;3)数据中心用蒸发冷却与机械制联合的一体化空调系统;4)数据中心用干空气能中央空调系统。最后,分别对上述2)和4)中所用空调设备进行了试验测试分析。2016年4月~8月对数据中心用干空气能中央空调的3种制冷模式(DEC、IDEC和IEC+DX)进行了最佳运行工况的测定。同时研究IEC+DX模式下,二次排风对冷凝压力的影响及蒸发冷却跟机械制冷二者的冷量配比。结果表明:1)在入口条件为t_g=35±1℃、t_s=21.5±1℃,一次风量为5000m3/h的情况下,IDEC运行模式间接蒸发冷却器段的最佳二次风量为5329m~3/h,最佳淋水量为2100L/h,其间接蒸发冷却效率为57.3%,对应温降7.8℃;直接蒸发冷却器段最佳淋水量为2300L/h,直接蒸发冷却效率为95%,对应温降为7.6℃;一次空气整体温降15.4℃,湿球效率为113%。2)在入口条件为tg=26±0.5℃、ts=18.3±0.5℃,一次风量为5000m3/h的情况下,IEC+DX运行模式间接蒸发冷却器段的最佳二次风量为5500m~3/h,最佳淋水量为2300L/h,其间接蒸发冷却效率为56.6%,对应温降4.3℃;蒸发器后的温度基本保持在11℃,冷凝器压力基本稳定在1.6MPa。最后在以上既定的最佳运行状态下,模拟标准高湿工况得出了机组3种运行模式下各功能段的冷却参数、冷却效率,经校核证实了所定最佳运行工况的正确性。2015年8月在福州某发热机房内对复合式露点间接蒸发冷却空调进行测试。结果表明:1)机组最佳二/一次风量比为0.85,对应平均湿球效率为97.4%;2)开启2kW发热源,机组分别开启10档和8档时,室内温度维持在31.5~32.1℃,相对湿度维持在69~71.4%,接近实际工程封闭热通道的空气参数,热源表面温度在33.4~34.7℃,相对湿度为57.9~61.6%,基本满足2、3级电子设备环境要求。接着理论上计算西北地区使用该空调的送、排风参数,结合机房环境标准得出可行性,最后统计送风温度≤20℃时的有效小时数,结果表明:所选典型城市全年80%~100%的时间可以不开启机械制冷,仅靠蒸发冷却供冷,节能潜力巨大。
【学位授予单位】:西安工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU831.3

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