商用中央空调辅助加热器控制方案 数据中心冷源的节能设计

商用中央空调辅助加热器控制方案 数据中心冷源的节能设计

数据中心的核心计算机房是需要常年供冷的。在过渡季节和冬季，有很长一段时间室外环境温度低于室内机房温度，通过相应的技术手段直接或间接将室外低温空气引入建筑物内将热量带走，以达到降温的目的，实现数据中心的自然冷却。

随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。据统计制冷系统在数据中心的能耗高达40%，将自然冷却技术引入到数据中心应用，可大幅降低制冷的能耗。

一、自然冷却方案

自然冷却技术方案根据应用冷源的方式又可以分为直接自然冷却和间接自然冷却。

直接自然冷却又称为新风自然冷却，直接利用室外低温冷风作为冷源引入室内，为数据中心提供免费的冷量。新风自然冷却节能有很多的优点：相对于间接自然冷却，新风自然冷却无需冷液作为媒介，无需水泵及室外风机的功耗，节能效果更佳显著。

间接自然冷却，利用循环液（水、制冷剂、乙二醇水溶液等）为媒介，用泵作为动力驱动循环液循环，将数据中心的热量带到室外。间接自然冷却应用解决方案主要有：

风冷冷水机组的自然冷却可以通过两种方式实现，一种是整体式自然冷却风冷冷水机组，通过在风冷冷水主机冷凝器上增加自然冷却水盘管，实现低环境温度下的自然冷却，此系统专一内置Free cooling控制算法，三种制冷模式智能切换，完全无需人工干预。第二种是在水路系统上增加干冷器，实现冬季和过渡季节的节能运行。第二种配置灵活但需额外配置干冷器和水泵及自控系统。

1、带自然冷却的风冷冷水系统

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组工作原理:

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组夏季工作模式

在夏季，机组运行在压缩机循环制冷模式，和常规风冷冷水机组相同，完全由压缩机循环制冷辅助论坛，此时自然冷却盘管不工作，如图所示。

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组过渡季节工作模式

春秋过渡季节和晚上，当环境温度达到比冷冻水回水温度低2℃或以上时，开启自然冷却预冷冷冻水，此部分为自然冷却制冷。自然冷却不够的部分，再由压缩制冷接力（有压缩机功耗）达到需求冷量，如图所示。

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组冬季工作模式

在冬季，当环境温度达到比冷冻水供水温度低8℃或以上时，自然冷却运行达到100%，压缩机制冷系统完全停止运行，机组无压缩机功耗，仅有很少量的风扇运转功率。如图所示。

（1）内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组分类:

当系统载冷剂为防冻液（如乙二醇）时，可将防冻液系统与自然冷却盘管串联，此时防冻液通过进入自然冷却盘与外界低温空气进行热交换。如图所示。

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组

（载冷剂与自然冷却盘管串联，直接进行热交换）

当系统载冷剂为普通的水时，为防止自然冷却盘管在极端低温环境下冻裂，机组内需增加一套换热器，此时自然冷却盘管通过外界低温空气制取低温水，而系统冷冻水则通过换热器与自然冷却盘管的低温水进行热交换。如图所示。

内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组

（载冷剂通过换热器与自然冷却盘管进行热交换）

（2）内置自然冷却盘管式自然冷却风冷冷水机组特点:

2、水冷冷水系统间接自然冷却

（1）水冷冷水机组间接自然冷却原理

水冷冷水主机本身无法利用室外自然冷却节能，该系统的自然冷却主要通过系统集成来实现的：在冷却水与冷冻水之间增加换热器，在室外温度较低时，通过控制冷却水部分或全部流向新增换热器，直接利用低温冷却水冷却冷冻水，以减少压缩机的运转从而实现节能，在系统设计时需要注意冷却水低温防冻问题防止管路冻裂暴管。由于在系统级别上集成，设计方案及控制逻辑通常由设计单位设计，而设备由不同的厂家提供，控制程序由第三方提供，故需要充分考虑切换时的应急方案避免风险。其原理示意图如图所示：