大型數據中心節能水冷精密空調原理

新一代大型數據中心一般首選離心式水冷機房精密空調系統，其特點是制冷量大并且整個系統的能效比高。

水冷冷凍機組的工作原理如下：

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

2. 冷卻水側：一般冷卻水進水溫度為30℃，進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式冷卻塔通過水蒸發來散熱降溫。

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

離心式制冷壓縮機具有下列優點：

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等易損部件，又沒有曲柄連桿機構，因而工作可靠、運轉平穩、噪音小、操作簡單、維護費用低。

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，從而提高了蒸發器和冷凝器的傳熱性能。

4. 能經濟方便的調節制冷量且調節的范圍較大。由于熱量是通過水的蒸發（在冷卻塔中）來散發的，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荷時（滿負荷的20%以下）容易發生喘振，不能正常運轉。因此，在數據中心水冷空調系統的設計中一般先安裝一臺小型的螺桿式水冷機組或風冷水冷機組作為過渡。

大型數據中心的水冷恒溫恒濕空調系統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一組冷卻塔（便于維修和保證備機系統正常待機）。冷卻水通過冷卻塔來降溫，由于水在大氣中蒸發，因此要設計安裝水處理系統來除垢、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，由于數據中心是全年連續運行，還要設計冬季防結冰措施。

2. 環形冷凍水管道。由于數據中心需要連續運行，因此冷凍水的進水和回水管道都要設計成環路，大型數據中心可能設計成二級或三級環路，這樣在局部冷凍水管道或閥門發生故障時可以關閉相鄰的閥門進行在線維護和維修。為了便于日后的維護、維修、更換和擴展，需要安裝設計相當多的閥門。為了防止漏水和提高使用壽命，需要選擇優質的閥門，有些工程使用優質無縫鋼管，甚至不銹鋼管。冷凍水管和冷卻水管不允許經過機房區域。在水管經過的區域需要設置下水道和漏水報警設備。為了節能和防止冷凝水，冷凍水管和冷卻水管都要采取嚴格的保溫措施。

3. 水冷精密空調恒溫恒濕機。其實就是一個溫差小風量大的大型風機盤管，一般推薦采用地板下送風和天花板上回風。為了保證IT設備的絕對安全和便于設備檢修，推薦設置物理上獨立的空調設備間，四周做攔水壩，地面做防水處理和設置排水管道，安裝漏水報警設備。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都是通過水泵進行的。水泵的節能除采用變頻裝置外，應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盡量設計安裝在相近的高度以減少水泵揚程。

由于大型數據中心的水冷空調系統的電力負荷很大，一般需要為水冷空調系統設計獨立的配電室。

由上述可以看出，水冷空調系統比較復雜，成本也比較高，維護也有難度，但是能滿足大型數據中心的冷卻和節能要求。