间接蒸发冷却技术运行模式介绍

间接蒸发冷却技术运行模式
（包含控制逻辑、停水停电状态运行、寒冷地区冬季运行、
干工况运行、应用建议）
9.1运行模式
间接蒸发冷却系统以自然冷却为主，机械制冷作为补充，间接蒸发冷却系统主要的运行模式可以分为干模式，湿模式和混合模式等三种工作模式。

当外界环境温度较低时，机组运行在干模式。

此时喷淋蒸发系统和机械制冷系统都不运行，数据中心较高温度的回风经由空气-空气换热器被室外低温空气直接冷却。

图9-1 干模式运行示意图
当外界环境温度较温和时，机组运行在湿模式。

此时喷淋蒸发系统运转，而机械制冷系统仍然不运行。

室外空气通过蒸发冷却系统进行预降温，然后再经由空气-空气换热器冷却数据中心的回风。

图9-2 湿模式运行示意图
当室外温度较高且湿球温度也较高时，机组运行在混合模式。

此时喷淋蒸发系统和机械制冷系统同时运行，共同来达到需要的制冷量。

图9-3 混合模式运行示意图
参照某设计工况，三种运行模式在焓湿图上的表现形式如下：
图9-4 运行模式焓湿图
其中干模式下，机组可以通过空-空换热器冷却数据中心IT设备，仅使用外部冷空气；湿模式下，机组可以通过喷淋来实现蒸发效应，降低室外空气干球温度，完成冷却；在混合工况下，机组需要同时开启压缩机制冷（或冷冻水机组）和蒸发喷淋，但是两部分的比例是与空气的温湿度参数有关的，例如，在24度，90%相对湿度下，机组可能需要开启DX/CW混合工况，但是在30度（或更高温度），相对湿度35%（或更低相对湿度）下，机组可使用完全蒸发冷模式。

这就要求后备的冷源系统冷量可调，以适应补充冷量变化，如采用DX制冷则建议采用变频压缩机。

9.2控制逻辑
本部分包括机组正常运行、停水停电状态、群控模式、过渡季节等状态下的运行逻辑说明。

9.2.1正常运行
以机组送/回风温度25/38℃设置为例，间接蒸发冷却机组在供水和供电都正常时的运行逻辑如下：
在部分冬季寒冷地区，当室外环境温度低于一定的温度（如-20℃）时，机组采用干模式运行，通过调节室内/外不同循环风量配比，降低室外风量，室内风机根据数据中心负载的大小恒定转速运转。

同时旁通风阀开启一定角度，将室外侧部分排风旁通到室外进风侧，与室外新风混合，确保进入到空气-空气换热器的气流温度不要太低，以防室内循环空气在空气-空气换热器内结露、结冰，降低换热效果，甚至损坏换热器，在寒冷地区冬季运行需要设置配置室外侧排风旁通装置。

同时对机组在该地区的应用的可靠性提出了较高的要求，对机组的要求，风机、控制系统及显示器应可以满足低温环境的需求。

机组箱体应具有可靠保温及隔热措施可以保证不结露。

机组应具有防雪措施，不会积雪，满足风雪天运行要求。

在极低温季节防止换热芯体凝露或结冰水措施，机组给排水管道应具有防冻措施。

图9-5 极低温运行模式
当环境温度高于一定的温度（如-20℃）且低于湿模式启动点温度（如18℃）时，机组仍然干模式运行，室外风机转速根据室外温度的变化进行线性调节，直至达到最大转速。

室内风机仍然根据数据中心负载的大小恒定转速运转。

同时旁通风阀关闭。

图9-6 干模式运行
当环境温度高于湿模式启动点温度（如干球温度18℃）时，机组以湿模式运行，循环水泵开启，将水从机组底部的储水槽中通过循环管道压送到喷淋水器，将水雾化或直接喷淋后均匀的布撒在空气-空气换热器表面，未蒸发的水则落入储水槽中，从而实现循环利用。

室外风机转速在切换至湿模式的同时降低至最低转速运转，然后再根据送风温度的变化进行线性调节。

室内风机仍然根据数据中心负载的大小恒定转速运转，此时机械制冷系统不开启。

图9-7 湿模式运行
当环境湿球温度高于混合模式启动点温度（如湿球温度22℃）时，机组以混合模式运行，此时循环水泵继续运行，继续提供部分蒸发冷却能力。

同时机械制冷系统开启，对欠缺的冷量进行补充，通过调节变频压缩机的运行频率或冷冻水盘管的水流量（冷冻水式机械制冷系统）来调节机械制冷补充的制冷量，与蒸发冷却系统共同提供所需要的制冷量，保持机组送、回风温度的稳定。

室外风机转速根据送风温度的变化进行线性调节。

室内风机仍然根据数据中心负载的大小恒定转速运转。

图9-8 混合模式运行
以上为机组供水供电都正常时的常规的运行模式。

同时由于各地的气象参数、数据中心的设计工况不同，间接蒸发冷却机组各种运行模式的时间有很大的差异。

9.2.2停水停电状态运行
在数据中心运行中，出现停电停水事件概率很高，因此数据中心往往配有后备的柴发系统，还应采用UPS或EPS来保障机组控制系统、水泵及末端空调风机系统的正常工作。

等级要求高的数据中心压缩机制冷考虑用UPS或EPS，采用冷冻水补充时应设置蓄冷罐等措施。

1)停电不停水
当供电发生异常时，机组将进入供电故障模式运行。

室内/外风机、水泵、机组控制系统等部件由于耗电量较小，一般可以采用UPS或EPS供电，这些部件将仍然可以正常工作，但是机械制冷系统由于耗电量较大，一般不采用独立的UPS供电，所以将无法运行。

如果故障发生前，机组处于干模式或湿模式状态，机组运行状态不发生变化，发出报警提示。

如果供电故障发生前，机组处于混合模式，那么供电故障发生后，机组将继续保持湿模式运行，同时发出报警提示。

如果压缩机制冷系统采用UPS供电或具有冷冻水冷源补充，则停电对机组运行状态没有影响。

2)停水不停电
如果供水故障发生时，机组处于干模式状态，发生故障后机组将继续保持干模式运行。

当环境温度发生变化，干模式不能够满足制冷需求时，就需要进行模式切换，将切换到自然冷却+机械制冷的应急模式，以确保机组送回风温度的稳定。

如果故障发生前，机组处于湿模式或者混合模式状态，那么供水故障发生后机组应立即切换到自然冷却+机械制冷的应急混合模式，确保机组送回风温度的稳定，同时机组发出报警提示。

特别是在混合模式下，供水出现故障会造成机组制冷量减少，影响机房环境温度，所以建议采用间接蒸发冷却系统时，机组应具有一定的储水量（比如满足30分钟蒸发需求），机组自带循环水泵采用1用1备设计；同时供水管路采用环形设计、水处理装置设置备用机组、设置备用自来水循环水泵、设置蒸发冷却用水的蓄水池等安全措施。

3)停电停水
此种情况下，可谓陷入“绝境”，如果系统没有足够的储水，那么只能依靠柴发系统给整个DX系统供电；如果有满足A级机房标准的12小时储水前提下，可以采用优先空空换热-其次混合模式-最次纯DX模式运行的策略，从而保证数据中心能够继续正常工作，并在此期间安全保存、转移运行数据，从而最大化避免损失。

当供水发生异常时，其将进入供水故障模式运行，此时喷淋系统将无法正常工作。

9.2.3过渡季节运行模式
在过渡季节部分时段昼夜温差大，在白天需要湿模式运行，夜晚气温在零下，易造成机组内存水结冰问题，对设备造成损坏。

一般在此阶段机组有节水和节电两种运行模式。

如采用节电模式，则机组按照正常模式运行，白天室外气温高时运行湿模式，在室外温度较低时运行干模式，同时机组设定在室外温度较低时（比如2℃），排空机组内存水；节电运行模式浪费很多水资源，但是在白天部分时段可以减少风机功耗。

如采用节水模式，则机组按照干模式运行，室外风机转速根据室外温度的变化进行线性调节，直至达到最大转速，或在白天室外气温高时直接开启机械制冷补充。

室内风机仍然根据数据中心负载的大小恒定转速运转。

此模式可以避免机组内部结冰问题，降低WUE，但是风机或机械制冷需要消耗更多电能。

不同数据中心可以根据实际情况及气象数据在过渡季节合理选择运行模式。

机组应可以手动和自动设定阈值，实现节电模式或者节水模式优先。

9.2.4群控逻辑
间接蒸发冷却机组应具备群控功能，同一个机房内可进行多机组网，各机组之间进行连接组网，实现参数及状态共享。

机组间无主备之分，各机组采集并共享各自的温湿度，各
模块根据自身的检测的环境状态运行不同的模式，以满足区域负载不同的应用场合。

群控状态下，风机可选择同步调节转速，以维持风量均衡，默认选择独立调节转速，以匹配负载不均匀的应用场合。

9.3运行模式的选择
在一定设计工况下，室内侧功耗是确定的，主要调节室外侧风机的转速、开启喷淋、开启DX/CW补充冷源设备。

开启的顺序和条件，应视不同地区、不同政策而定。

增加室外侧变频风机转速，增大换热量，会增大风机功率，但是可延长机组在空-空换热状态，减少水资源的消耗；开启喷淋，可以降低室外侧冷凝温度，同样增加换热量，在某些工况下可降低室外侧风机功耗，从而达到增加水消耗、降低耗电量的作用；补充的DX/CW冷源系统，若是DX 系统提前开启，从而可达到降低消耗水的目的。

因此可以看到，软件控制系统模式的切换和开启是可以根据数据中心当地的情况而进行灵活调整的。

那么，决定优先采用哪种模式的主要因素是什么呢？我们可以从以下几个方面来考虑这个问题：一是当地的政策影响，在某些地区，政府鼓励数据中心行业发展，给出较为优惠的电价，而水价较高，因此可以适当减少水喷淋模式的运行，而更多的采用空空换热和后备DX冷源模式；二是当地的资源限制问题，在特别适合蒸发冷却的地区，往往是由于当地水资源较为匮乏，因此空气中相对湿度较低，蒸发冷空间潜力巨大。

但是水资源匮乏地区，不但水费昂贵，同时水资源难以持续保障，还有当地的环保压力，这都造成必须尽量减少喷淋模式的运行；三是当地的水质影响，若数据中心当地的供水质量特别差，会变相抬高过滤成本，从而使得数据中心运营成本不断抬升，因此这种情况下也需要尽量减少水喷淋模式和混合模式的运行；四是当地数据中心运维水平的限制，若运维团队不能有效的保证水的供给、水的过滤处理、盘管污垢的清洁、系统的切换，则应尽量减少模式的切换，采用较为可靠的DX模式运行；五是数据中心的WUE指标目标的影响，为了体现环保的社会责任，各个企业都对WUE指标发起了挑战，因此综合的WUE目标也和耗水形成悖论，在此情况下也应该考虑优先使用DX系统。

因此综合各种情况，机组的运行模式需要根据当地及数据中心的具体情况进行特殊的制定调整，机组应可以手动和自动设定阈值，实现最经济、最科学的运行模式。