【摘 要】 首先基于最新的 ASHRAE 數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)制作的中國自然冷卻地圖，直觀地說明中國應(yīng)用自然冷卻的范圍在逐步擴大。然后針對風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)和水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)的工作原理、模式切換以及運行邏輯進行了分析。按照給出的模式切換點，分別統(tǒng)計全國 31 個主要城市的系統(tǒng)全年運行時間分布。統(tǒng)計結(jié)果表明，在西寧、拉薩、昆明等城市，風(fēng)側(cè)系統(tǒng)全年不需要開啟機械制冷冷源，即可以滿足運行要求；在西寧、拉薩、烏魯木齊等城市，水側(cè)系統(tǒng)全年不需要開啟機械制冷冷源，即可以滿足運行要求。通過分析指出，隨著國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中對于數(shù)據(jù)中心的進風(fēng)狀態(tài)參數(shù)的逐步放寬，風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)和水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)在中國數(shù)據(jù)中心中具有較大的適用性。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心；間接蒸發(fā)自然冷卻；自然冷卻地圖；風(fēng)側(cè)；水側(cè)；統(tǒng)計小時數(shù)

0 引言

近些年以來，移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，信息技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動智能終端、VR、人工智能、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和5G等領(lǐng)域快速發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)+”向各種產(chǎn)業(yè)加速滲透，帶動了數(shù)據(jù)存儲規(guī)模、計算能力以及網(wǎng)絡(luò)流量的大幅增加。而中國無疑是信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展最為活躍的區(qū)域，中國移動互聯(lián)網(wǎng)的訪問量和手機保有量均是全球之最。全球上市互聯(lián)網(wǎng)公司30強中，其中有10個是中國公司。這么巨大的信息訪問量和處理量，帶來數(shù)據(jù)中心的快速建設(shè)與發(fā)展。隨著整個社會發(fā)展對數(shù)據(jù)中心的需求量不斷增長，并且由于IT設(shè)備的高密度以及全年365天、每天24小時不間斷的運行，從而造成了數(shù)據(jù)中心對電力能源的消耗急劇增長。有相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2018年全中國數(shù)據(jù)中心總用電量為1608.89億千瓦時，比上海市2018年全社會用電量（1567億千瓦時）還要多，相當(dāng)于整個中國三峽大壩的全年發(fā)電量。蒸發(fā)冷卻技術(shù)是一種利用水分蒸發(fā)制取冷量的高效自然冷卻方式，在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中利用間接蒸發(fā)自然冷卻方案時，將會顯著提高空調(diào)設(shè)備的換熱效率，延長自然冷源的利用時間。因此對于應(yīng)用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)解決數(shù)據(jù)中心散熱問題，已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。Sang-Woo Ham等人研究了各種風(fēng)側(cè)冷卻器在數(shù)據(jù)中心中的節(jié)能潛力，結(jié)果表明與數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)相比，風(fēng)側(cè)節(jié)能裝置節(jié)能47.5%～67.2%。采用高效換熱器的間接風(fēng)側(cè)冷卻器節(jié)能效果顯著，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。Yin Bi等人采用新型露點間接冷卻系統(tǒng)和優(yōu)化的供冷風(fēng)管理系統(tǒng)，在選定的10種氣候條件下進行了實驗研究，認為10個典型城市的數(shù)據(jù)中心空調(diào)電耗可節(jié)省87.7%～91.6%。謝曉云、馮瀟瀟等提出一種基于間接蒸發(fā)冷卻塔的數(shù)據(jù)機房冷卻系統(tǒng)，夏季，間接蒸發(fā)冷卻塔作為機械式制冷機的冷卻塔，能夠制備低于濕球溫度的冷卻水，從而提高制冷機COP；冬季，間接蒸發(fā)冷卻塔作為冷卻系統(tǒng)的冷源，為數(shù)據(jù)機房獨立供冷，由于間接蒸發(fā)冷卻塔結(jié)構(gòu)獨特，能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻塔冬季防凍的功能。黃翔等提出基于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)、間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)及乙二醇自然冷卻技術(shù)實現(xiàn)蒸發(fā)冷卻空氣-水空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域中的首次應(yīng)用，并實現(xiàn)全年100%自然冷卻。

本文首先針對“China Free Cooling Tool”工具制作的基于ASHRAE最新標(biāo)準(zhǔn)的中國自然冷卻地圖，直觀地表現(xiàn)了中國應(yīng)用自然冷卻的范圍越來越大。然后系統(tǒng)介紹了基于風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻和水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)的工作原理、模式切換以及運行邏輯，最后選擇全國主要的31座城市分別計算分析了自然冷卻應(yīng)用潛力，并得到相關(guān)結(jié)論。

1 數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)范圍

數(shù)據(jù)中心 IT 設(shè)備運行環(huán)境空氣參數(shù)要求對制冷空調(diào)系統(tǒng)的能耗以及 IT 設(shè)備的可靠性具有顯著的影響。ASHRAE 在 2001 年專門成立了關(guān)于數(shù)據(jù)中心的技術(shù)委員會 9.9（簡稱 ASHREA TC 9.9），該技術(shù)委員會是由數(shù)據(jù)中心設(shè)備生產(chǎn)商、數(shù)據(jù)處理設(shè)備終端用戶的業(yè)主與管理人員、政府機構(gòu)、研究機構(gòu)、設(shè)計咨詢機構(gòu)和實驗室測試專家等組成專業(yè)的研究團隊。為了使行業(yè)內(nèi)更好地理解 IT 設(shè)備冷卻環(huán)境要求對數(shù)據(jù)中心的影響，ASHRAE TC 9.9在 2004 年出版了第一版的《數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱指南》，其中對于 1 級與 2 級 IT 設(shè)備進氣條件推薦的溫度范圍是 20℃～25℃，相對濕度范圍是 40%～55%的相對濕度。為了指導(dǎo)運營商維持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)環(huán)境的高可靠性，并以最節(jié)能的方式運行數(shù)據(jù)中心，ASHRAE TC 9.9 在 2008、2011 和 2015 年繼續(xù)更新了這個指南，持續(xù)擴大了數(shù)據(jù)中心 IT 設(shè)備運行環(huán)境的環(huán)境空氣推薦范圍，如表 1 所示，從而使越來越多的地區(qū)能夠在更長的時間范圍內(nèi)充分利用自然冷源對數(shù)據(jù)中心進行散熱。

表 1 為 ASHRAE 四個版本中數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)的推薦值。將服務(wù)器運行的環(huán)境溫度（進風(fēng)溫度）從 20～25℃放寬到 18～27℃。在 2015 年的更新版本中，推薦值的露點溫度繼續(xù)降低，露點溫度的下限達到了-9℃，這更是前所未有的。

表 1 ASHRAE TC 9.9 數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)推薦值

除了推薦值，ASHRAE 在 2015 年的更新版本中，繼續(xù)對環(huán)境參數(shù)的追加值進行了更加細致的修訂，如表 2 所示。

表2 ASHRAE TC 9.9-2015 數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)追加

表 3 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境參數(shù)范圍

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)范圍也隨之進行了變更。同時明確規(guī)定主機房的溫濕度是冷通道或機柜進風(fēng)區(qū)域的干球溫度、相對濕度和露點溫度。新國標(biāo)中推薦的冷通道或者機柜的進風(fēng)溫度是一個范圍值而不是一個定值。其中機柜的最高進風(fēng)溫度要求小于 27℃，機柜的最低進風(fēng)溫度要求大于 18℃，露點溫度范圍 5.5～15℃。當(dāng) IT 設(shè)備對環(huán)境溫濕度可以放寬要求時，冷通道或者機柜的進風(fēng)溫度可以擴大到 15～32℃，其中露點溫度要求不能高于 17℃。

圖 1 ASHRAE TC 9.9-2015 數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)追加焓濕圖

2 中國自然冷卻范圍

隨著數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)范圍的不斷放寬，再加上數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的巨大壓力。因此在數(shù)據(jù)中心排熱過程中充分利用自然冷卻技術(shù)，越來越成為人們關(guān)注的重點。

使用綠色網(wǎng)格組織（The Green Grid）發(fā)布的 “China Free Cooling Tool”，在基于 ASHRAE 2015推薦的數(shù)據(jù)中心溫度和濕度范圍內(nèi)制作了中國自然冷卻地圖。在更大的允許范圍內(nèi)，更新的自然冷卻地圖顯示自然冷卻技術(shù)的擴展?jié)摿?，以鼓勵?shù)據(jù)中心設(shè)計團隊采用這些自然冷卻節(jié)能技術(shù)。

圖 2 中國自然冷卻地圖（推薦值：干球溫度≤27℃，露點溫度≤15℃）

如圖 2 所示，為基于 ASHRAE TC 9.9-2015 推薦值的數(shù)據(jù)中心溫度和濕度范圍做出的中國自然冷卻地圖。地圖中顯示了基于干球溫度≤27℃，露點溫度≤15℃的全國統(tǒng)計小時數(shù)。圖中可見，在中國西北絕大部分地區(qū)全年利用自然冷卻的小時數(shù)均高于 8000 小時。甚至有些地區(qū)全年都可以應(yīng)用自然冷卻。這些地區(qū)建設(shè)數(shù)據(jù)中心，可以為排熱系統(tǒng)提供極為便利的自然冷卻環(huán)境條件。

圖 3 中國自然冷卻地圖（A2 等級：干球溫度≤35℃，露點溫度≤21℃）

如圖 3 所示，為基于 ASHRAE TC 9.9-2015 A2等級的數(shù)據(jù)中心溫度和濕度范圍繪制的中國自然冷卻地圖。地圖中顯示了基于干球溫度≤35℃，露點溫度≤21℃的全國統(tǒng)計小時數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)進一步放大到 A2 等級，全國可利用自然冷卻的范圍進一步擴大。全年利用自然冷卻的小時數(shù)8000 小時分界線已經(jīng)到河北、山西、陜西、四川、云南等地。也就是說如果在 A2 等級環(huán)境要求下，這些區(qū)域也可以在全年絕大部分時間利用自然冷卻，即可完全保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)的熱環(huán)境。

圖 4 中國自然冷卻地圖（A3 等級：干球溫度≤40℃，露點溫度≤24℃）

如圖 4 所示，為基于 ASHRAE TC 9.9-2015 A3等級的數(shù)據(jù)中心溫度和濕度范圍做出的中國自然冷卻地圖。地圖中顯示了基于干球溫度≤40℃，露點溫度≤24℃的全國統(tǒng)計小時數(shù)。如果數(shù)據(jù)中心環(huán)境參數(shù)進一步放大到 A3 等級，全國大部分地區(qū)全年利用自然冷卻的小時數(shù)都超過了 8000 小時。中國南方的絕大部分地區(qū)全年利用自然冷卻的小時數(shù)也都超過了 6000 小時以上。

從圖 2-圖 4 的中國自然冷卻地圖中可以非常直觀地看到，逐步提高的數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境可允許參數(shù)，為數(shù)據(jù)中心自然冷卻的利用提供了極為優(yōu)越的自然冷卻條件。

3 間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)

3.1 風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻

由于中國西北大部分地區(qū)的空氣質(zhì)量往往不盡如意。因此在這些地方數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，向數(shù)據(jù)中心內(nèi)直接引入室外新風(fēng)的方案風(fēng)險很大，并不被人們所接受。因此為了降低數(shù)據(jù)中心的能耗同時更大限度的利用自然冷源。間接蒸發(fā)自然冷卻技術(shù)成為首要選擇。如圖 5 所示，為典型的數(shù)據(jù)中心風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)示意圖。該間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)在全年工作過程中，有三種工作模式，分別為干模式（冷卻器空氣/空氣換熱）、濕模式（風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻）、耦合模式（風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻+ 機械制冷）。根據(jù)室外環(huán)境參數(shù)全年的動態(tài)變化，三種工作模式依次動態(tài)切換，為數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境提供保障。

（a）干模式

（b）濕模式

（c）耦合模式

圖 5 數(shù)據(jù)中心風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)

表4 間接蒸發(fā)冷卻器換熱效率對比

通過總結(jié)參考文獻發(fā)現(xiàn)，不同間接蒸發(fā)冷卻器的換熱效率有著較大的差別，如表 4 所示。數(shù)據(jù)中心空調(diào)的冷卻器，不僅僅要考慮夏季濕工況運行模式下的換熱效率，還要考慮冬季和過渡季節(jié)干工況運行模式時空氣/空氣之間的換熱效率?？紤]換熱效率以及經(jīng)濟成本等因素，板翅式和管式換熱器形式在數(shù)據(jù)中心空調(diào)中的應(yīng)用更為普遍。

表 5 風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)模式切換

在送風(fēng) 25℃的條件下，確定風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)模式切換參數(shù)點。當(dāng)室外環(huán)境干球溫度低于 21℃時，為風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)的干運行模式，如圖 5（a）所示。此時空調(diào)系統(tǒng)通過冷卻器空氣/空氣換熱，為數(shù)據(jù)中心排熱。

當(dāng)室外環(huán)境溫度升高干球溫度高于 21℃時，只是靠空氣/空氣換熱已經(jīng)無法保證數(shù)據(jù)中心的有效排熱，此時對換熱器的室外側(cè)進行噴淋水，空調(diào)系統(tǒng)切換到濕運行模式即間接蒸發(fā)冷卻運行模式，如圖5（b）所示。當(dāng)室外環(huán)境溫度繼續(xù)升高，環(huán)境濕球溫度高于 21℃時，此時通過間接蒸發(fā)冷卻換熱也仍然無法進行有效排熱的時候，開啟機械制冷，運行間接蒸發(fā)冷卻與機械制冷耦合運行模式，如圖 5 （c）所示。冷卻器的出風(fēng)經(jīng)過蒸發(fā)器進一步降低后再送入數(shù)據(jù)中心內(nèi)。同時冷卻器的排風(fēng)經(jīng)過冷凝器帶走冷凝熱，提高機械冷源的能效。表 5 為風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)各個運行模式的切換點。

3.2 水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻

風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)中需要通過送風(fēng)管道將制取的冷風(fēng)送入數(shù)據(jù)中心的冷通道內(nèi)。因此系統(tǒng)的送風(fēng)管道不宜過長，也不宜有過多的彎頭和拐點。因此風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)往往適用于倉儲式、大平層式數(shù)據(jù)中心。而實際過程中數(shù)據(jù)中心的建筑形式是多種多樣的，同時由于風(fēng)的載冷量遠小于水。因此水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中心熱環(huán)境控制的另一種選擇。

（a）干模式

（b）濕模式

（c）耦合模式

圖 6 數(shù)據(jù)中心水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)

如圖6 所示，為數(shù)據(jù)中心水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)示意圖。水側(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備是間接蒸發(fā)冷卻冷水機組。當(dāng)室外環(huán)境干球溫度低于3℃時，為風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)的干運行模式，如圖 6（a）所示。此時空調(diào)系統(tǒng)通過表冷器內(nèi)的防凍冷卻介質(zhì)（例如乙二醇）與室外溫度較低的空氣換熱，為數(shù)據(jù)中心排熱。當(dāng)室外環(huán)境溫度升高，干球溫度高于3℃時，只是靠空氣/防凍冷卻介質(zhì)換熱已經(jīng)無法保證數(shù)據(jù)中心的有效排熱，此時間接蒸發(fā)冷卻冷水機組開始工作，空調(diào)系統(tǒng)切換到濕運行模式即間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)出冷水運行模式，利用間接蒸發(fā)冷卻冷水機組制取的冷水通過板式換熱器為數(shù)據(jù)中心排熱，如圖 6（b）所示。當(dāng)室外環(huán)境溫度繼續(xù)升高，環(huán)境濕球溫度高于 18℃時，此時通過間接蒸發(fā)冷卻模式也仍然無法進行有效排熱的時候，開啟機械制冷冷水機組，運行間接蒸發(fā)冷卻與機械制冷耦合運行模式，如圖 6（c）所示。機械制冷冷水機組產(chǎn)生的冷水直接提供給數(shù)據(jù)中心的空調(diào)末端，而間接蒸發(fā)冷卻冷水機組用以排出機械制冷冷水機組的熱量。間接蒸發(fā)冷卻冷水機組制取的冷水溫度要低于普通冷卻塔的出水溫度，從而提高整個空調(diào)系統(tǒng)的能效。表 6 為水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)各個運行模式的切換點。

表 6 水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻模式切換

4 自然冷卻應(yīng)用潛力分析

使用《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》內(nèi)的全國各城市的逐時氣象參數(shù)資料，來分析全國數(shù)據(jù)中心利用自然冷卻的潛力。以陜西省西安市為例，西安市的環(huán)境空氣干球溫度、濕球溫度、露點溫度的全年分部情況如圖 7 所示。西安市干球溫度最高在 37℃～38℃之間，全年僅 5 個小時。西安市干球溫度最低在-7℃～-6℃之間，全年一共 18個小時。而處于 18℃～19℃區(qū)間小時數(shù)最多，全年達到 324 小時。西安市濕球溫度最高在 27℃～28℃之間，全年僅 4 個小時。西安市濕球溫度最低在-8℃～-9℃之間，全年一共 12 個小時。濕球溫度處于 16℃～17℃之間小時數(shù)最多，全年一共 423個小時。露點溫度方面，西安市全年一共有 1929個小時，露點溫度高于 17℃。此時需考慮對空氣進行除濕處理。

圖 7 環(huán)境空氣干球溫度、濕球溫度、露點溫度全年分布

按照表 5 提出的風(fēng)側(cè)空調(diào)系統(tǒng)模式切換點，統(tǒng)計風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)在西安地區(qū)的全面運行時間分布，如圖 8 所示。風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)，全年有 6077 個小時處于干模式，占全年小時數(shù)的69.37%；全年有1577 個小時處于濕模式，占全年小時數(shù)的 18.00%；全年有 1106 個小時處于蒸發(fā)冷卻與機械制冷的耦合模式，占全年小時數(shù)的12.63%。風(fēng)側(cè)系統(tǒng)全年一共有 87.37%的時間處于低能耗的運行模式。

圖 8 風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間

按照表 6 提出的系統(tǒng)模式切換點，統(tǒng)計水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)在西安地區(qū)的全面運行時間分布如圖9 所示。水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)，全年有 1777 個小時處于干模式，占全年小時數(shù)的20.29%；全年有 4707 個小時處于間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)出冷水的濕模式，占全年小時數(shù)的 53.73%；全年有 2276 個小時處于間接蒸發(fā)冷卻冷水機組與機械制冷冷水機組聯(lián)合工作的耦合模式，占全年小時數(shù)的 25.98%。由此可見，如果使用水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)，濕模式下水側(cè)系統(tǒng)全年運行時間遠超過風(fēng)側(cè)系統(tǒng)濕模式運行時間。水側(cè)系統(tǒng)全年一共有74.02%的時間處于低能耗的運行模式。

圖 9 水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間

4.1 風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻應(yīng)用潛力

選擇全國 31 個主要的中心城市，分別統(tǒng)計風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間，如圖 10所示。全國 31 個中心城市中，風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)，拉薩市的風(fēng)側(cè)系統(tǒng)干工況模式運行時間最長為 8365 個小時。風(fēng)側(cè)系統(tǒng)干工況模式運行時間最短的是?？谑?，全年僅為 2317 個小時。濕工況模式運行最長的城市是南寧市，全年有 3037 個小時間接蒸發(fā)冷卻模式工作。濕工況模式運行最短的城市是拉薩市，全年僅 136 個小時間接蒸發(fā)冷卻模式工作。風(fēng)側(cè)系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷卻與機械制冷聯(lián)合工作的耦合模式運行時間最長的城市是?？谑校曛斜仨氂?5475 小時開啟機械制冷系統(tǒng)。值得一提的是，烏魯木齊市和蘭州市全年系統(tǒng)開啟機械制冷的時間僅為 6 個小時和 2 個小時，西寧市、拉薩市和昆明市中，全年甚至不需要開啟機械冷源。在這些地區(qū)，使用風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)，即可以充分保障數(shù)據(jù)中心的熱環(huán)境。

圖 10 風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間

4.2 水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻應(yīng)用潛力

選擇全國主要的 31 個中心城市，分別統(tǒng)計水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間，統(tǒng)計結(jié)果如圖11 所示。全國 31 個中心城市中，水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)，哈爾濱市的水側(cè)系統(tǒng)干工況模式運行時間最長為 3983 個小時。有多個城市水側(cè)系統(tǒng)干工況模式運行時間較短，其中重慶市全年僅運行 5 個小時。甚至福州、南寧、廣州、海口全年中最低的干球溫度均高于3℃，即全年都無需開啟干模式運行。濕工況模式即間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)出冷水模式全年運行最長的城市是昆明市，全年有 7922 個小時。濕工況模式運行最短的城市是海口市，全年僅 1703 個小時為間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)出冷水模式工作。水側(cè)系統(tǒng)，間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)出冷水與機械制冷冷水機組聯(lián)合工作的耦合模式運行時間最長的城市是?？谑?，全年中必須有 7057 小時開啟機械冷源系統(tǒng)。值得一提的是，西寧市和烏魯木齊市全年系統(tǒng)開啟機械制冷的時間僅為22 個小時和43個小時，拉薩市，全年水側(cè)系統(tǒng)甚至不需要開啟機械冷源。在這些地區(qū)，使用水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)，也可以充分保障數(shù)據(jù)中心的熱環(huán)境。

圖11 水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻系統(tǒng)全年運行時間

通過分析這些主要城市的系統(tǒng)全年運行時間發(fā)現(xiàn)，水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)更適合用在中國北方地區(qū)。即水側(cè)系統(tǒng)空氣/防凍冷卻介質(zhì)的換熱模式，可以很好地解決冬季水側(cè)系統(tǒng)結(jié)冰無法使用的難題。而間接蒸發(fā)冷卻冷水機組可以產(chǎn)出低于環(huán)境空氣濕球溫度的冷水，相比于冷卻塔，大大擴展了蒸發(fā)冷卻冷水設(shè)備的應(yīng)用范圍和時間。

5 結(jié)論

（1）首先針對使用“China Free Cooling Tool”工具制作的基于 ASHRAE 最新標(biāo)準(zhǔn)的推薦值、A2等級、A3 等級參數(shù)范圍的中國自然冷卻地圖進行分析，直觀地表明隨著數(shù)據(jù)中心送風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)要求的放寬，數(shù)據(jù)中心可應(yīng)用自然冷卻的范圍在逐步擴大。

（2）分別對風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)和水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)模式切換、運行邏輯以及切換環(huán)境參數(shù)狀態(tài)點進行了分析。

（3）在給定的切換環(huán)境參數(shù)狀態(tài)點的基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計全國 31 個主要城市的系統(tǒng)全年運行時間分布。結(jié)果表明，在西寧、拉薩、昆明等城市，風(fēng)側(cè)系統(tǒng)全年不需要開啟機械制冷冷源，即可以滿足運行要求。在西寧、拉薩、烏魯木齊等城市，水側(cè)系統(tǒng)全年不需要開啟機械制冷冷源，即可以滿足運行要求。通過分析指出，隨著國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中對于數(shù)據(jù)中心的進風(fēng)狀態(tài)參數(shù)的逐步放寬，風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)和水側(cè)間接蒸發(fā)自然冷卻空調(diào)系統(tǒng)在中國數(shù)據(jù)中心中具有較大的適用性。

來源：網(wǎng)絡(luò)

本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)自然冷卻風(fēng)側(cè)與水側(cè)系統(tǒng)應(yīng)用簡析

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