程 序，張 帥，王 凱，丁 昊（中訊郵電咨詢設(shè)計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時代，海量的數(shù)據(jù)信息推動著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的蓬勃發(fā)展。在建設(shè)創(chuàng)新型國家的背景下，“節(jié)能減排”已逐步融入當(dāng)今社會經(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)則是目前國際最先進(jìn)的“亞濕球溫度散熱”技術(shù)。

在大數(shù)據(jù)時代、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)將迎來爆炸式增長，隨著服務(wù)器機柜功率密度增大、機房安全要求提高、能耗指標(biāo)降低，間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)迎來更大的發(fā)展機遇。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房冷源系統(tǒng)能耗降至最低，同時將系統(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、交付效率以及試點項目介紹等方面展開討論。

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、冷水主機等設(shè)備，其中蒸發(fā)冷卻冷水機組就屬于上述水側(cè)蒸發(fā)冷卻設(shè)備。

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

圖1 冷站熱濕處理過程焓濕圖

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)冷卻冷水機組能夠提供更低溫度的冷水，因此能夠有效延長自然冷卻的時長，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷精密空調(diào)系統(tǒng)，自然冷卻時長年平均延長4 500～5 500 h；相比傳統(tǒng)冷卻塔水冷空調(diào)系統(tǒng)，自然冷卻時長年平均延長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)，管路長度減少到50～80 m 內(nèi)，冷卻水系統(tǒng)管道材料及施工費節(jié)省75%～85%，系統(tǒng)平均阻力損失減少7～10 m，冷卻水泵運行功耗平均減少25%。

2 間接蒸發(fā)高效集成冷站創(chuàng)新性

a）冷源最簡化。集成了磁懸浮冷水機組、間接蒸發(fā)冷卻冷水機組、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)荷變化自動切換運行模式，簡單方便。

b）冷源高效化。系統(tǒng)全年部分時間通過自然冷卻進(jìn)行制冷，部分時間通過磁懸浮冷水機組制冷（此時間內(nèi)間接蒸發(fā)冷卻冷水機組提供溫度較低的冷卻水，提高磁懸浮冷水機組能效），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)無須占用室內(nèi)建筑空間，且能實現(xiàn)機組快速部署和交付。

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

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)簡單、操作方便。

f）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性?？紤]空調(diào)系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、運行費用以及引起的電氣系統(tǒng)相關(guān)的綜合投資，實現(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)冷卻冷水機組、磁懸浮冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、板式換熱器、補水泵、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)高效集成冷站對外只預(yù)留供水管、回水管法蘭接口以及補水、排水口等，現(xiàn)場安裝時僅需要進(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)計到位，全部可以預(yù)制，機組生產(chǎn)安裝周期均大幅減少，采用間接蒸發(fā)高效集成冷站的項目現(xiàn)場施工工期可以壓縮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)計圖。

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

4 試點項目介紹

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)項目為例，該項目采用1 臺125RT 的間接蒸發(fā)高效集成冷站作為空調(diào)系統(tǒng)冷源，機組設(shè)備尺寸（L×W×H）≤6 800×6 800×7 200 mm，末端采用4 臺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℃。項目使用的間接蒸發(fā)高效集成冷站從設(shè)計、生產(chǎn)到現(xiàn)場測試只需40個自然日，其中現(xiàn)場施工安裝調(diào)試時間僅需15個自然日。

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)通過采用梅花樁式排布的立管換熱器實現(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長，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，對水質(zhì)無特殊要求（市政供水即可）。

該項目主要包括間接蒸發(fā)高效集成冷站產(chǎn)品設(shè)計、樣機生產(chǎn)及測試、樣機試點及應(yīng)用數(shù)據(jù)分析。通過對間接蒸發(fā)高效集成冷站產(chǎn)品的設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)運行模式、控制邏輯最優(yōu)，滿足數(shù)據(jù)中心及通信機房全年安全、高效供冷的目標(biāo)；通過樣機生產(chǎn)，并在實驗室模擬開展不同氣候不同機房負(fù)荷條件下的測試，對空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能情況進(jìn)行驗證分析，完善間接蒸發(fā)高效集成冷站參數(shù)，為中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心及通信機房降低PUE、便利施工的未來持續(xù)性發(fā)展奠定基礎(chǔ)；通過試點應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析，為后期迭代深化設(shè)計打基礎(chǔ)。

5 項目成果

該項目使用的間接蒸發(fā)冷卻冷水機組額定工況能效比為16.09，項目設(shè)計PUE 為1.25，根據(jù)現(xiàn)場3 個月的實測值預(yù)測，全年運行PUE 不超過1.23，節(jié)能效果良好。

該公司的間接蒸發(fā)高效集成冷站項目在前期設(shè)計、生產(chǎn)、施工交付多個環(huán)節(jié)均取得了理想的成績，項目實施成本低于傳統(tǒng)系統(tǒng)約20%，項目實施周期相比傳統(tǒng)系統(tǒng)縮短30%以上，項目實測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)中心及通信機房的應(yīng)用特點，以綠色、集成、高效為出發(fā)點，基于間接蒸發(fā)冷卻冷水技術(shù)優(yōu)勢，充分利用室外干空氣能，實現(xiàn)自然冷卻，優(yōu)化制冷系統(tǒng)，完成全年高效制冷。該項目在數(shù)據(jù)中心有較好的適用性、便利性，其應(yīng)用經(jīng)驗在全國范圍內(nèi)均有推廣價值。