数据中心新型冷却方式介绍(5)：间接蒸发冷却空调系统

数据中心新型冷却方式介绍（5）：间接蒸发冷却空调系统从2018年开始，北京、上海、深圳等一线城市，陆续出台“PUE新政”。2018年9月，北京提出全市范围内禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务数据中心（PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外）。上海也出台类似政策，存量改造数据中心PUE不得高于1.4，新建数据中心PUE限制在1.3以下。2019年4月，深圳提出PUE1.4以上的数据中心不再享有支持，PUE低于1.25的数据中心，可享受新增能源消费量40%以上的支持。

为了降低PUE，近几年数据中心新型末端冷却方式不断涌现，水冷背板空调、热管、水冷背板、液体冷却等等。本文主要对间接蒸发冷却空调系统进行介绍。

1、间接蒸发冷却空气处理机组

直接蒸发冷却在数据中心空调系统中应用时，需要将大量外界环境空气引入数据中心IT设备机房内，这会显著增加机房内环境污染以及湿度范围不受控的风险，进而会对IT设备的可靠运行造成严重的威胁。因此，大多数数据中心的运营商倾向于在数据中心空调系统中采用间接蒸发冷却的方式。在间接蒸发冷却空气处理机组中，根据换热芯体湿通道内空气与水膜直接接触发生蒸发冷却热湿交换过程位置的不同，间接蒸发冷却空气处理机组可以分为内冷式机组、外冷式机组以及混合式机组。间接蒸发冷却空气处理机组的制冷量一般在100〜400kW之间。

2、间接蒸发冷却空气处理机组工作原理

间接蒸发冷却，如图1所示，被处理空气流经干通道与水膜不发生直接接触，而在与水膜换热温差的驱动下，其将自身显热量Q通过换热壁面传递给湿

通道侧的水膜，从而使得自身干球温度降低，被处理空气所发生的热湿处理过程为等湿冷却过程；而工作空气流经湿通道与水膜发生直接接触，促使水膜表面水分子蒸发进入工作空气流而被不断带走，水膜表面水分子蒸发过程从水膜内部吸收汽化潜热Q。工作空气所发生的热湿处理过程为增焓加湿过程。在数据中心冷却系统中工作空气一般为外界环境空气，而在住宅建筑热回收系统中工作空气可以为室内回风。间接蒸发冷却过程能够将被处理空气冷却降温所达到的极限温度为工作空气的湿球温度，同样可利用湿球效率来对间接蒸发冷却过程中被处理空气温度的降低程度进行描述。

图1 间接蒸发冷却热湿处理过程

间接蒸发冷却过程的湿球效率一般与进入干通道的被处理空气条件、空气流量，进入湿通道的工作空气条件、空气流量以及换热芯体结构特征等因素有关，其数值一般在60%〜80%之间。

露点间接蒸发冷却通过利用干通道对工作空气进行预冷处理，而使得被处理

空气所达到的极限温度为工作空气的露点温度，根据干通道和湿通道之间气流配置的不同，其又可以分为叉流式露点间接蒸发冷却和逆流式露点间接蒸发冷却。叉流式露点间接蒸发冷却，如图2所示，干通道分为了上下两部分，下部分干通道沿程存在小孔与湿通道进行连通，并在干通道末端进行封堵，而上部分干通道不存在沿程小孔，也不进行末端封堵。被处理空气流经上部分干通道与水膜不发生直接接触，而在与水膜换热温差的驱动下，其将自身显热量通过换热壁面传递给湿通道侧的水膜，从而使得自身干球温度不断降低，被处理空气所发生的热湿处理过程为等湿冷却过程；工作空气首先进入下部分干通道，同样在与水膜换热温差的驱动下，将自身显热量通过换热壁面传递给相邻湿通道侧的水膜，然后通过小孔进入湿通道与水膜直接接触，促使水膜表面水分子蒸发进入工作空气流而被不断带走，下部分干通道相邻湿通道侧的水膜表面水分子蒸发过程从水膜内部所吸收的汽化潜热来自于干通道内工作空气的传热，从而达到了对工作空气在进入湿通道前的预冷效果,上部分十通道相邻湿通道侧的水膜表面水分子蒸发过程从水膜内部所吸收的汽化潜热来自于干通道内被处理的传热，工作空气所发生的热湿处理过程为增焓加湿过程。

图2 叉流式露点间接蒸发冷却原理

逆流式露点间接蒸发冷却，如图2所示，在干通道末端存在小孔与湿通道进

行联通，被处理空气和工作空气一同流经干通道，与水膜不发生直接接触，而在与水膜换热温差的驱动下，其将自身显热量通过换热壁面传递给湿通道侧的水膜，从而使得自身干球温度降低。被处理空气和工作空气所发生的热湿处理过程均为等湿冷却过程；预冷后的工作空气在干通道的末端通过小孔进入湿通道，与水膜发生直接接触，促使水膜表面水分子蒸发进入工作空气流而被不断带走，水膜表面水分子蒸发过程从水膜内部吸收汽化潜热，此吋干作空气所发生的热湿处理过程为增焓加湿过程。

图3 逆流式露点间接蒸发冷却原理

值得注意的是，在露点间接蒸发冷却过程中，被处理空气利工作空气通常为同一股气流。露点间接蒸发冷却过程的露点效率与被处理空气条件、空气流量，工作空气条件、空气流量以及换热芯体结构特征等因素有关，其数值一般在70%〜90%之间。