一、引言
　　
　　随着5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展,数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体,在数字经济发展中扮演至关重要的角色,数据中心大规模增长的同时,能耗的大幅增长也成为一大问题,如何提高能源利用效率、降低能源消耗已成为当前亟待解决的问题。空调系统作为数据中心的重要组成部分,其能源消耗占据了数据中心总能源消耗的较大比例。因此,研究数据中心空调系统的节能技术和方法,提高能源利用效率,具有十分重要的意义。
　　
　　蒸发冷凝技术和氟泵作为新型的制冷手段,具有高效、节能、环保等优点,被广泛应用于工业和民用的空调系统中。本文将这两种技术引入到数据中心空调系统中，研究其节能效果和推广应用价值。
　　
　　二、蒸发冷凝技术
　　
　　蒸发冷凝技术是一种新型的制冷技术,它是利用水的蒸发吸收热量来实现制冷效果。该技术具有高效、节能、环保等优点,被广泛应用于工业和民用的空调系统中。
　　
　　蒸发冷凝节能空调主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀、高效循环喷淋系统、填料、高精度温湿度传感器等部件组成。空调系统中压缩机排出的制冷剂高压过热气体经过蒸发式冷凝器中冷凝排管,使高压高温气态的制冷剂与排管外的喷淋水和空气进行热交换,蒸发冷凝器上部配套风机的超强风力使喷淋水完全均匀地覆盖在冷凝排管的表面形成比较薄的水膜,水膜中部分水吸热蒸发为水蒸气,水借风势极大地提高了换热效果。
　　
　　三、氟泵技术
　　
　　氟泵技术通过在制冷剂循环系统中加入一套氟泵系统,实现制冷剂在循环系统中的搬移,根据室内制冷设定和室外温湿度变化在传统压缩机制冷和氟泵制冷之间灵活切换,由于氟泵运行功率低,通过启用低功率的氟泵系统减少压缩机的运行时长来降低制冷系统的能耗从而提升数据中心整体PUE。当前采用氟泵技术节能空调已广泛应用到通信运营商、互联网、金融、军工、能源等行业。
　　
　　氟泵节能空调可工作在压缩机模式/混合动力模式/氟泵自然冷三种模式,根据室外气候条件及室内负荷需求智能动态切换:
　　
　　压缩机制冷模式——室外高温季节,室外温度大于25℃条件下,机组运行在压缩机制冷模式,为室内提供充足冷量。
　　
　　混合动力制冷模式——室外过渡季节,室外温度大于5℃、小于25℃,机组运行在混合动力制冷模式,通过氟泵增压系统辅助压缩机运行,降低冷凝温度,节省压缩机功耗,提升整机能效比。
　　
　　氟泵自然冷节能模式——室外低温季节,室外温度低于5℃,机组运行在纯氟泵模式,以低功率氟泵系统代替压缩机运行,充分利用室外冷源,空调整机能效比更高。
　　
　　氟泵系统核心组件:
　　
　　容积式循环泵:容积式输送,自吸能力强,可以进行气体输送、液体输送、气液两相混合输送,解决氟利昂系统汽蚀问题,通过精确控制转速即可实现精确控制流量,系统控制更精确。
　　
　　陶瓷缸体和陶瓷轴承:缺少润滑的磨损问题,极小的摩擦阻力,减少摩擦损失,容积效率最高达到95%,使用寿命长。
　　
　　永磁同步电机:永磁同步电机驱动,效率提升30%,10～100%无极调速设计,全范围适应各种氟利昂系统,部分转速下效率提升50%。
　　
　　全封闭不锈钢壳体:全封闭设计、确保氟利昂系统零泄露,全不锈钢设计,永无锈蚀问题。
　　
　　控制与保护:采用进出口压力检测与控制,精确扬程控制,高扬程、低扬程保护。
　　
　　氟泵系统具有以下优点:
　　
　　1.可以连续空载运行;
　　
　　2.无气蚀宕机问题;
　　
　　3.容脏能力强、全密封无泄漏;
　　
　　4.功率低、体积小、调速范围宽。
　　
　　四、蒸发冷氟泵空调系统设计
　　
　　基于蒸发冷凝技术和氟泵的数据中心空调系统设计如图1所示,其主要压缩机、冷凝器、喷淋系统、蒸发器、氟泵、膨胀阀等组成。
　　
　　工作模式及控制原理:
　　
　　采用蒸发式冷凝器与氟泵技术相结合的设计,制冷系统根据室内制冷需求和室外温湿度情况可在常规压缩机制冷、混合双动力制冷、氟泵自然冷三种模式下智能切换。系统在室外湿球温度较低时优选氟泵及喷淋水泵运行,充分利用自然冷源;当室外湿球温度较高,蒸发冷凝器散热能力不足时开启变频压缩机,提升系统的供冷能力。由于蒸发式冷凝器的循环蒸发换热作用,相比风冷的效果更明显,使此种设计能够在全年更长时间内发挥氟泵的作用,关闭压缩机或者使其在运行在低压比状态下,从而得到相比于普通氟泵空调更佳的节能效果。
　　
　　蒸发冷氟泵节能空调运行模式的切换,主要依据湿球温度,下表1为机组切换条件及不同模式下的状态:
　　
　　五、实验结果与分析
　　
　　为了验证基于蒸发冷凝技术和氟泵的数据中心空调系统的节能效果,我们进行了一系列的实验,其中一组实验条件如下:
　　
　　1.室内侧干球24℃,湿球17℃;
　　
　　2.室外国标5个工况A\B\C\D\E;
　　
　　3.100kW制冷量;
　　
　　4.北方某一地区。
　　
　　实验结果见表2所示,基于蒸发冷凝技术和氟泵的数据中心空调系统与普通风冷空调系统相比,年节电量至少为:174913kWh,节电率达到66%。
　　
　　通过对实验结果的分析,我们可以得出以下结论:
　　
　　1.基于蒸发冷凝技术和氟泵的数据中心空调系统具有良好的节能效果,能够有效地减少能源消耗量,提高冷却效率,尤其是北方地区。
　　
　　2.实验结果表明,该系统的能源消耗量比传统空调系统减少了60%左右,节能效果非常明显。
　　
　　3.该系统的节能效果主要得益于蒸发冷凝技术和氟泵的高效制冷技术和节能设计,充分利用自然冷源,减少压缩机的运行时长。
　　
　　4.该系统架构简单、热换层级少、管路少,能源消耗少,节能效果更佳。
　　
　　5.针对节能改造，本设计具备部署快、扩容方便、运维简单等优势，能实现更省电、更省水、更省安装维护，可大幅降低数据中心运营和运维成本。
　　
　　六、结论
　　
　　本文研究了蒸发冷凝技术和氟泵在数据中心空调系统节能方面的应用,设计了基于蒸发冷凝技术和氟泵的数据中心空调系统,并通过实验验证了其节能效果。实验结果表明,该系统能够有效地减少能源消耗量,提高冷却效率,具有良好的节能效果和推广应用前景。
　　
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　　编辑：Harris