摘要：本文分析了蒸发冷却通风空调技术应用于数据中心的优越性，及其在绿色数据中心建筑节能减排中的重要作用。结合工程实例阐述中等湿度地区数据中心用蒸发冷却通风空调的运行效果，结果表明，中等湿度地区西安某数据中心采用蒸发冷却通风空调进行节能改造后，全年节电179180kW•h，效果显著。
关键词：蒸发冷却空调；绿色数据中心；节能减排
1蒸发冷却通风空调技术应用于绿色数据中心的优越性
1.1数据中心自然冷却的相关规范
YD5184-2009《通信局（站）节能设计规范》[1]第2.4.1条规定：“新建通信机房楼空调系统应满足国家节能、环保的相关要求，并宜根据建筑规模、安装通信设备的散热量特点、所在地区气象条件、能源状态等，通过技术经济比较确定设计方案”；第2.4.5条规定：“设计中央空调系统时宜根据建设项目所在地的气候特点，在过渡季节及冬季采用室外空气作为自然冷源，减少冷水主机运行时间”。GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》[2]第7.4.13条规定：“空调设计应根据当地气候条件采取下列节能措施———北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，并应通过热交换器对空调冷冻水进行降温；空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式”；第7.5.1条规定：“空调和制冷设备的选用应符合运行可靠、经济适用、节能和环保的要求”。这些条例为蒸发冷却通风空调技术在数据中心的应用提供了规范支撑。
1.2蒸发冷却通风空调在数据中心的适用性
数据中心是一种技术密集型企业，厂房建筑作为一种特殊的工业建筑，其环境和通风空调系统具有以下特点[3]：1）显热量大，潜热量小；2）大风量、小焓差；3）温、湿度和洁净度有一定的要求；4）需要全年持续降温；5）空调设备的选择要考虑机房等级、制冷量、气流组织方式等，优先选择自然冷源冷却。这就决定了采用单一采用机械制冷方式来供冷和通风的能耗极高，是不现实的，而蒸发冷却通风空调技术几乎免费就能达到降温的目的，其直接蒸发冷却填料段还具有很好的过滤除尘特性[4]。因此，在一年中的冬、春、秋三季，室外气温相对较低的时段，可以考虑采用蒸发冷却通风空调技术消除室内余热，维持室内良好的空气品质，满足机房环境要求。而在炎热的夏季，蒸发冷却器可以作为经济器使用，起到预冷新风的作用，从而降低机械制冷的负荷，达到节能目的[5]。根据参考文献[6]以夏季空气调节室外计算湿球温度ts为单一指标作为干燥地区、中等湿度地区及高湿度地区的划分原则，具体划分范围如表1所示：西安工程大学蒸发冷却空调研究团队研究了蒸发式冷气机的全年运行模式，在焓湿图上分成4个区域。以ASHRAETC9.9的推荐运行区域（即温度18~27℃，相对湿度控制在60%以下，含湿量介于露点温度5.5℃和15℃对应的含湿量）为控制目标，采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，对我国31个省会城市进行节能潜力分析。结果表明，广州、南宁、海口等高湿度地区的节能潜力较低，不足全年时长的30%，其中海口的节能潜力最低，只达到10.6%；干燥地区的节能潜力较高，拉萨高达82.3%；其他省会城市除郑州、昆明、西宁、兰州可达到60%以上之外，节能潜力均在40%~60%之间[3]。巨大的节能潜力充分反映了蒸发冷却通风空调技术应用于数据中心的优越性。
2蒸发冷却通风空调应用于中等湿度地区数据中心的实例分析
2.1数据中心概况
西安某数据中心位于西安市长安区通信产业园区内，地面建筑二层，建筑面积约440m2。机房内设备为该企业研发的TD通信网络设备，机房内规划设置摆放直流机柜110个，交流机柜25个，设备货架16个，货架上摆放的是通信设备。经测试，该机房设备发热量为178kW，冷负荷指标为466W/m2。该机房原有空调系统为全空气系统，配备有一台额定风量为42000m3/h的组合式空气处理机组，额定制冷量278kW，加湿量140kg/h。冷源采用地下冷站提供的7/12℃冷水。根据电子信息机房室内环境的要求，以及企业对节能减排所提出的要求，对该项目空调机房进行了蒸发冷却技术节能改造[7]。改造后该机房采用蒸发冷却与机械制冷复合的空调机组。蒸发冷却段机组外形尺寸为：5280mm×2450mm×2700mm，设计风量为42000m3/h，额定功率为27.5kW，机外余压650Pa。实物图如图1所示，包括的主要功能段有管式间接蒸发冷却段、回风段、表冷段、直接蒸发冷却段以及送风段。
2.2该数据中心节能改造后实际的节能效果
改造后该数据中心空调系统的运行可根据室外温度的变化而灵活调整运行模式。在夏季，炎热高温时，由蒸发冷却和机械制冷联合运行，并利用部分回风，达到节能的目的；冬季，室外空气温度较低，可以关闭机械制冷，单独运行蒸发冷却机组，并可以根据室外气象条件，灵活的调整新回风比例，有选择的开启间接蒸发冷却段或直接蒸发冷却段；过渡季节，室外空气温度低于机房内温度，可以同时开启蒸发冷却的间接段和直接段，并采用全新风的运行模式。西安属于中等湿度地区，取蒸发冷却空气处理机组间接蒸发冷却段的冷却效率为0.65，直接蒸发冷却段的冷却效率为0.9。西安工程大学蒸发冷却团队依据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》的逐时气象参数，统计出全年管式间接-直接蒸发冷却空调机组的出风温度在0~14℃之间（送风温度为0~14℃时能够维持该数据中心的温度要求）的小时数为3400h，按照能耗值估算，可知管式间接-直接蒸发冷却空调机组全年耗电55420kW•h，而根据功耗值估算，采用机械制冷空调系统在这3400h内的耗电量为234600kW•h。蒸发冷却空调机组耗电量仅占原有机械制冷空调系统的23.6%，节电179180kW•h，由此可见，该数据中心进行蒸发冷却空调技术改造具有显著的节能效果。
3结语
对于中等湿度的西安地区，某数据中心进行蒸发冷却技术改造后，每年节能约179180kW•h。由此证明了蒸发冷却通风空调对数据中心节能减排具有重要作用，对指导绿色数据中心的空调系统设计具有重要意义。
参考文献
[1]中国电子工程设计院.GB/T50174-2008电子信息系统机房设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009.
[2]华信邮电咨询研究设计院有限公司.YD5184-2009通信局(站)节能设计规范[S].北京:中国邮电大学出版社,2009.
[3]周海东.通信机房(基站)用蒸发冷却空调的应用研究[D]:西安:西安工程大学,2013
[4]JohnRWatt.蒸发冷却空调技术手册[M].北京:机械工业出版社,2008.
[5]黄翔.蒸发冷却空调理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[6]澳蓝(福建)实业有限公司.GB/T25860-2010蒸发式冷气机[S].北京:中国标准出版社,2011.
[7]黄翔,周海东,范坤,等.通信机房应用直接蒸发冷却空调方式的优化及节能分析[J].暖通空调,2013,43(10):28-34
[8]国家发展和改革委员会能源所.GB2589-2008综合能耗计算通则[S].北京:中国标准出版社,2008.
[9]陈方圆,曹阳.我国三类气候区办公建筑夏季采用新风热回收装置的碳减排量分析[J].建筑科学,2013,29(12):103-107.
作者：吕伟华 黄翔 宋姣姣 韩正林 刘佳莉 单位：西安工程大学环境与化学工程学院
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