為了保證通信設備全年不間斷高負荷的穩定運行，要求機房空調全年可靠運行。據權威部門統計，2011年到2013年上半年全國共規劃建設數據中心255個，已投入使用173個，總用地約713。2×106m2，總機房面積約4×106m2。大型數據中心的建立，對電力供應產生了巨大的影響，已經成為一個高能耗的產業。目前，中國電信發布了中國電信節能技術與應用藍皮書，中國移動啟動了以節能減排為核心的綠色行動計劃，簽署了節能自愿協議，中國聯通也發布了節能減排指導意見。三家電信運營企業都從加強技術改造入手，對現有老舊設備進行更新改造，眾多的設備廠商和科研機構與電信企業聯手，共同研發節能環保通信設備，實現電信行業大幅度降低設備能耗的目的。傳統的機房是將機房內空氣冷卻，然后通過高架地板下送風至機房內，其能量損耗巨大，已經遠遠不能滿足機房的節能要求，利用自然冷源代替人工冷源降低空調機房能耗已成為一種有效的手段。蒸發冷卻空調系統符合數據機房的空調特點，即大風量、小焓差的特點。蒸發式冷氣機已用于通信行業實際工程的節能改造，該系統也稱為“新風水簾過濾節能系統”，取得了巨大的節能效益。因此，充分利用可再生能源，給數據中心設計一套綠色、節能環保的的空調系統對數據中心的節能減排具有重要的作用。

1 蒸發式冷氣機原理及特點

1.1 工作原理

機房用蒸發式冷氣機是基于直接蒸發冷卻空調技術的一種，是空氣與水接觸，水蒸發吸收空氣中的熱量的原理。蒸發式冷氣機中的核心元件是填料(濕簾)，水泵從蒸發式冷氣機的蓄水池中將水送至位于填料頂部的布水器，布水器均勻地將水噴淋到填料上，空氣與水在填料中充分接觸，最終多余的水又回到位于填料底部的蓄水池中。如此循環，填料的吸水性、抗菌性、降溫性、除塵性等都對直接蒸發冷卻的效率起到重要的作用。

1.2 蒸發式冷氣機在數據中心的應用

數據中心機房采用的蒸發冷卻空調系統是一套完整的數據機房制冷解決方案，系統中包括蒸發式冷氣機、排風機和與原有精密空調聯動的控制單元。其中，蒸發式冷氣機為系統提供冷源; 排風機排出機房內的熱空氣; 聯動控制系統控制機房內的溫濕度使其穩定在一定的范圍內，保證服務器的正常運行。當數據中心設定的空氣參數值符合冷氣機運行條件時，根據冷氣機安裝的溫濕度控制器探測到的運行狀態，啟動冷氣機與排風機; 當冷氣機的溫濕度控制器探測到冷氣機的運行狀態不能滿足數據中心設定的空氣狀態值時，由聯動控制啟動數據中心的精密空調，并關閉冷氣機與排風機，其智能聯動控制系統圖如圖 1所示。

圖 1 蒸發冷卻與機械制冷智能聯動控制系統圖

1.3 數據中心的蒸發冷卻空調系統特點

1.3.1 送風量大，送風溫差小

蒸發冷卻空調的降溫幅度與設備的蒸發效率和當地室外空氣干球溫度與濕球溫度差密切相關.蒸發式冷氣機的效率一般為85%，所以室外空氣的干濕球溫差越大，降溫幅度就越大.蒸發式冷氣機的降溫效果受氣候的影響較大。由于蒸發冷卻空調降溫幅度的限制，使得送風量較傳統空調大.與機械制冷相比，當制冷量相同時，送風溫差小，送風量大。

1.3.2 冷卻、加濕及濕式過濾功能

蒸發式冷氣機的制冷量為顯熱冷卻，通過冷空氣吸收機房的顯熱量來降溫，實現其對機房的冷卻.蒸發式冷氣機不間斷的由水泵抽取循環水噴淋，在填料表面形成均勻的水膜，水蒸氣在空氣和水膜表面的飽和空氣層之間水蒸氣分壓力差的作用下進入空氣，空氣的濕度增加。水被循環水泵從集水盤中抽出，經布水器均勻滴淋到填料上，淋水在填料上形成水膜，帶有灰塵的空氣通過填料時，較大的顆粒直接撞擊到填料上被捕獲，較小的顆粒通過空氣與液膜表面的接觸被液膜捕獲，淋水落回集水盤，集水盤中的液體定期排泄更換以確保清潔。

2 改造的實例分析及關鍵問題

2.1 實例分析

2.1.1 數據中心概況

黑龍江綏化某數據機房原有空調系統為全空氣系統， 配有兩臺精密空調、兩臺加濕器如圖 2，圖 3所示。采用高架地板， 下送上回的氣流組織形式。根據電子信息機房室內環境的要求， 以及企業對節能減排所提出的要求， 對該項目的空調系統進行了節能改造.改造后該機房采用蒸發冷卻與機械制冷聯動空調系統， 選用了4臺18000 m3/h風量的蒸發式冷氣機和4臺軸流式排風機如圖 4，圖 5所示。

圖 2 改造前該數據中心的空調系統

圖 3 改造后該數據中心的空調系統

圖 4 改造后該數據中心的排風系統

圖 5 改造后該數據中心的軸流式排風機

2.1.2 實際節能效果

改造后該數據中心空調系統的運行可根據室外溫度的變化靈活調整運行模式.在夏季， 炎熱高溫時， 開啟精密空調為機房供冷， 并利用部分回風， 達到節能的目的; 在冬季， 室外空氣溫度較低時， 可以關閉機械制冷， 單獨運行蒸發式冷氣機， 并可以根據室外氣象條件， 靈活調整新風比例; 過渡季節， 室外空氣溫度低于機房內溫度， 可以采用直流式全新風的運行模式。為了解蒸發式冷氣機在數據中心的使用情況， 本文對測試日白天蒸發式冷氣機運行期間(13:00~14:00) 的室外空氣干球溫度， 蒸發式冷氣機的出風溫度以及機房內的溫度和濕度測試如圖 6，7所示。在測試期間， 機房內的溫度基本保持在27 ℃， 相對濕度基本保持在50%， 符合數據中心對溫濕度的要求。

圖 6 機柜進風口測點布置圖

圖 7 送風口測點布置圖

通過對蒸發式冷氣機在數據中心應用情況的實際測試， 驗證蒸發式冷氣機應用于數據中心的實際降溫效果， 并現場詢問負責人， 證明蒸發式冷氣機用于數據中心的降溫效果和節能性。由于東北屬于嚴寒地區， 年平均氣溫較低， 自然冷源豐富， 蒸發式冷氣機基本可以滿足數據中心的制冷要求， 全年開啟精密空調的時間不足一個月， 其節能率在60%~80%。

2.2 關鍵問題

2.2.1 是否結露

通信基站對環境的要求為18~28 ℃，溫度變化率＜10 ℃，不得結露[10-11]。冬季室內設定的溫度依據室外溫度的變化而變化，室外溫度較低則室內溫度設置低些。如果在冬季將室外冷風不經過處理直接引入高溫高濕的機房就有可能結露。

2.2.2 排風設置

蒸發式冷氣機實現的是等焓過程，經蒸發式冷氣機處理后的空氣溫度下降，濕度增加，如果機房內的排風不夠，必然導致室內的濕度變大。冷氣機在使用時要保證有足夠的排風量，采用機械排風，設計的排風量不應小于送風量的85%，冷氣機工作時，有進風必須有排風，如果排風不暢，則形成過高的室內正壓，影響冷氣機的使用效果，一進一排，房間的濕量可保持在恒定范圍。為了保證機房專用空調在夏季運行時的密封性，需要給排風機安裝風閥，保持房間的密封性。

2.2.3 局部熱點

現在應用數據中心的蒸發式冷氣機多采用上送風的方式，冷卻過程為先冷卻機房的環境溫度，依靠降低的環境溫度冷卻設備。對局部發熱量較大的設備，建議連接風管設置崗位送風，冷空氣先冷卻通信設備后冷卻環境，避免產生局部熱點[14]。

2.2.4 潔凈度

塵埃對通信設備有極大的危害，電子器件上的灰塵會引起絕緣不良。在機房相對濕度偏低時，電子器件上的灰塵容易造成靜電吸附。在冬季，如果直接將室外的冷空氣送入機房內，則必須對空氣進行過濾，若使用的是袋式過濾器，則必須定期進行更換，以保證機房內空氣的潔凈度，避免不安全隱患。

3結論

(1) 通過對東北某數據中心采用蒸發冷卻空調系統的節能改造分析發現，采用蒸發冷卻空調系統的數據中心排風系統和新風過濾系統是數據中心不間斷安全穩定運行的關鍵。

(2) 蒸發式冷氣機在東北地區數據中心的應用是可行的，為今后嚴寒地區數據中心采用蒸發冷卻空調系統提供借鑒。

來源：機房空調 http://lbjsjzl.com/

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