大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能水冷精密空調(diào)原理

新一代大型數(shù)據(jù)中心一般首選離心式水冷機房精密空調(diào)系統(tǒng)，其特點是制冷量大并且整個系統(tǒng)的能效比高。

水冷冷凍機組的工作原理如下：

1. 冷凍水側(cè)：一般冷凍水回水溫度為12℃，進(jìn)入冷凍器與冷媒做熱交換后，出水溫度為7℃。冷凍水一般通過風(fēng)機盤管、組合式空調(diào)機組或水冷機房專用空調(diào)機向IT設(shè)備提供冷氣。由于數(shù)據(jù)中心的制冷量大，要求溫差小風(fēng)量大且濕度需要控制，一般采用水冷精密空調(diào)機。

2. 冷卻水側(cè)：一般冷卻水進(jìn)水溫度為30℃，進(jìn)入冷凝器與冷媒做熱交換后，出水溫度為35℃。冷卻水一般使用蒸發(fā)式冷卻塔通過水蒸發(fā)來散熱降溫。

3.冷媒側(cè)： 冷媒以低溫低壓過熱狀態(tài)進(jìn)入壓縮機，經(jīng)壓縮后成為高溫高壓過熱狀態(tài)冷媒。高溫高壓過熱狀態(tài)冷媒進(jìn)入冷凝器后，將熱傳給冷卻水而凝結(jié)成高壓中溫液態(tài)冷媒。高壓中溫液態(tài)冷媒經(jīng)膨脹裝置，成為低壓低溫液氣混合狀態(tài)冷媒。低溫低壓液氣混合狀態(tài)冷媒進(jìn)入蒸發(fā)器后，與冷凍水進(jìn)行熱交換，冷凍水在此處被冷卻，而冷媒則因吸收熱量而蒸發(fā)，之后以低溫低壓過熱蒸氣狀態(tài)進(jìn)入壓縮機。

離心式制冷壓縮機具有下列優(yōu)點：

1. 單機制冷量大（350到35000KW之間），在制冷量相同時它的體積小，占地面積少，重量較活塞式輕5~8倍。

2. 由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件，又沒有曲柄連桿機構(gòu)，因而工作可靠、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡單、維護(hù)費用低。

3. 工作輪和機殼之間沒有摩擦，無需潤滑。故制冷劑蒸汽與潤滑油不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能。

4. 能經(jīng)濟方便的調(diào)節(jié)制冷量且調(diào)節(jié)的范圍較大。由于熱量是通過水的蒸發(fā)（在冷卻塔中）來散發(fā)的，因此夏天室外的高溫對其冷卻能力影響很小。

 離心式冷凍機組在小負(fù)荷時（滿負(fù)荷的20%以下）容易發(fā)生喘振，不能正常運轉(zhuǎn)。因此，在數(shù)據(jù)中心水冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中一般先安裝一臺小型的螺桿式水冷機組或風(fēng)冷水冷機組作為過渡。

大型數(shù)據(jù)中心的水冷恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)一般由以下五部分組成，

1. 離心式冷凍機組，一般為N+1配置，有一臺備機，安裝在冷站機房。

2.冷卻塔，通常安裝在室外或樓頂，一般一臺冷凍機組對應(yīng)一組冷卻塔（便于維修和保證備機系統(tǒng)正常待機）。冷卻水通過冷卻塔來降溫，由于水在大氣中蒸發(fā)，因此要設(shè)計安裝水處理系統(tǒng)來除垢、除沙塵、除鈉鎂離子和病菌等，否則將大大降低制冷效率。另外，由于數(shù)據(jù)中心是全年連續(xù)運行，還要設(shè)計冬季防結(jié)冰措施。

2. 環(huán)形冷凍水管道。由于數(shù)據(jù)中心需要連續(xù)運行，因此冷凍水的進(jìn)水和回水管道都要設(shè)計成環(huán)路，大型數(shù)據(jù)中心可能設(shè)計成二級或三級環(huán)路，這樣在局部冷凍水管道或閥門發(fā)生故障時可以關(guān)閉相鄰的閥門進(jìn)行在線維護(hù)和維修。為了便于日后的維護(hù)、維修、更換和擴展，需要安裝設(shè)計相當(dāng)多的閥門。為了防止漏水和提高使用壽命，需要選擇優(yōu)質(zhì)的閥門，有些工程使用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管，甚至不銹鋼管。冷凍水管和冷卻水管不允許經(jīng)過機房區(qū)域。在水管經(jīng)過的區(qū)域需要設(shè)置下水道和漏水報警設(shè)備。為了節(jié)能和防止冷凝水，冷凍水管和冷卻水管都要采取嚴(yán)格的保溫措施。

3. 水冷精密空調(diào)恒溫恒濕機。其實就是一個溫差小風(fēng)量大的大型風(fēng)機盤管，一般推薦采用地板下送風(fēng)和天花板上回風(fēng)。為了保證IT設(shè)備的絕對安全和便于設(shè)備檢修，推薦設(shè)置物理上獨立的空調(diào)設(shè)備間，四周做攔水壩，地面做防水處理和設(shè)置排水管道，安裝漏水報警設(shè)備。推薦采用N+1或N+2的冗余配置方案。

4.水泵。冷凍水和冷卻水的循環(huán)都是通過水泵進(jìn)行的。水泵的節(jié)能除采用變頻裝置外，應(yīng)采用較大直徑的管道、盡量減少管道長度和彎頭、采用大半徑彎頭、減少換熱器的壓降等。冷凍機房、水泵、冷卻塔、板式換熱器和精密空調(diào)盡量設(shè)計安裝在相近的高度以減少水泵揚程。

由于大型數(shù)據(jù)中心的水冷空調(diào)系統(tǒng)的電力負(fù)荷很大，一般需要為水冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計獨立的配電室。

由上述可以看出，水冷空調(diào)系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本也比較高，維護(hù)也有難度，但是能滿足大型數(shù)據(jù)中心的冷卻和節(jié)能要求。