直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式 。现有的工业建筑工程中,蒸发冷却技术产生的冷风或者冷水不仅改善了人员的工作环境,而且可通过改进工艺流程可满足其他需求。蒸发冷却技术可以根据使用的环境和用户的需求灵活改变出风温度和出水温度,可以采用直接蒸发冷间接蒸发冷却、间接-直接两级蒸发冷却或间接-直接多级蒸发冷却等设备形式。
1.1 直接蒸发冷却在数据中心的应用 (1)直接蒸发冷却在数据中心应用的气候分区
直接蒸发冷却(IEC)空调技术的核心元件是填料,水泵将蓄水池中的水提升至填料的顶部,通过布水器均匀地将水布置在填料上。在风机的作用下,空气与水在填料中充分接触,空气被等焓冷却,填料上多余的水最终回到位于填料底部的蓄水池中。填料也会起到一定的过滤作用,并在一定程度上可以过滤对电子设备有害的 SO2 气体。
在标准大气压力(101325Pa)下绘制焓湿图,以固定的室内状态点 N(干球温度 tdb=30℃,相对湿度 φ=30%,露点温度 tdp=10℃)和送风状态点 O(干球温度 tdb=20℃,相对湿度 φ=53%,露点温度 tdp=10℃)为例,分成了 5 个区域,如图6 所示,蒸发式冷气机在不同区域以不同的模式运行 。
a. 区域Ⅰ:室外空气干球温度和含湿量都低于送风状态点(室外空气干球温度≤ 20℃,露点温度≤ 10℃)。由于数据机房既需要冷却又需要加湿。此范围内的室外空气和室内回风混合,引入新风量从最小值变化到 100%,通过蒸发式冷气机冷却加湿,提供了送风温度和湿度都合适的工况。
b. 区域Ⅱ:室外空气的焓值低于送风状态点的焓值,且室外空气干球温度高于送风状态(干球温度> 20℃),含湿量低于室内回风状态点的含湿量(露点温度≤ 10℃)。此时,室外空气通过蒸发式冷气机加湿冷却即可满足要求。值得注意的是,图中的区域Ⅱ,在没有蒸发式冷
气机的情况下,直接引入室外新风并不适合,需要机械制冷和加湿。 c. 区域Ⅲ:室外空气的焓值介于送风状态点和室内回风状态点之间(室外空气的湿球温度介于 14.1℃和 17.5℃之间),且含湿量低于室内回风状态点的含湿量(露点温度≤ 10℃)。在此范围内,如果室外空气的温度低于室内温度,蒸发式冷气机不喷淋水,直接通入室外新风,有助于减少对机械制冷的需求。
d. 区域Ⅲ A:室外空气的焓值低于室内回风状态点(湿球温度≤ 17.5℃),且含湿量高于于室内回风状态点的含湿量(露点温度> 10℃)。此范围内使用蒸发式冷气机需要更仔细的分析。此区域内的室外空气焓值小于室内回风焓值,蒸发式冷气机直接引入室外新风不但不喷淋水,还需要除湿,此时机房专用空调用于除湿的能耗费用可能会超过单独运行机房专用空调所需要的费用,使用蒸发式冷气机与机房专用空调联动控制方案的 COP 可能低于单独使用机房专用空调的COP(用机械制冷可获得显热冷却过程)。
e. 区域Ⅳ:室外空气焓值高于室内回风状态点(湿球温度> 17.5℃)。此范围内,室外空气调节风阀应设定在最小位置,使得制冷能耗降到最低。引入的室外新风满足工作人员所需的最小新风量或室内正压即可。 (2)直接蒸发冷却技术在数据机房中的应用情况
直接蒸发冷却技术发展时间较长,直接蒸发式冷气机在数据机房中已经得到广泛应用,主要的应用形式有两种:一种是直接在数据机房中设置
蒸发式冷气机,并且增加排风系统,与蒸发式冷气机配合。与此同时,将蒸发式冷气机与数据机房专用空调进行联动使用,达到节能目的;另一种是在使用蒸发式冷气机的同时,让一部分回风与冷气机处理后的空气混合(如图 7),这种形式可以增加冬季数据机房的加湿量;
b.
图 7 哥伦比亚大学数据中心应用蒸发式冷气机
在我国福建省,蒸发式冷气机在各大通信运营商的电子信息内机房中也得到广泛应用,并且节能潜力明显。截至 2010 年 10 月,中国联通福建分公司在全省共完成 535 个基站的节能改造,安装 535 台通信基站专用直接蒸发式冷气机,每年节省电费约 375 万元,年节能率在 30%~90%