集中冷源系統(tǒng)主要由制冷設(shè)備和管路組成，由于傳統(tǒng)的集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)中可能存在單點(diǎn)故障，而發(fā)生單點(diǎn)故障必然會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)無法制冷；傳統(tǒng)建筑可以容忍短暫的搶修時(shí)間，但對于發(fā)熱量特別大的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，空調(diào)系統(tǒng)即便僅停止工作幾分鐘，就會(huì)造成IT設(shè)備的高溫和宕機(jī)，所以冷凍水系統(tǒng)存在的單點(diǎn)故障隱患對數(shù)據(jù)中心威脅巨大，必須盡量消除。水管路、閥門、冷水機(jī)組、冷凍水型末端均需考慮冗余設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)擴(kuò)容相對復(fù)雜，設(shè)計(jì)之初就要考慮好管路設(shè)計(jì)和接口預(yù)留。

集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)還需要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的用途和設(shè)計(jì)級別來進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，目前主要參考國內(nèi)（GB50174）和國際（TIA-942）的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，具體參見表1。

集中冷源式空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)的常見形式參見圖1。

制冷設(shè)備

集中冷源系統(tǒng)中的制冷設(shè)備種類較多，最重要的幾種包括制冷機(jī)、水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、蓄冷設(shè)備等。

1、制冷機(jī)

數(shù)據(jù)中心制冷機(jī)的選擇，應(yīng)按各類制冷機(jī)的特性，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖彝鈿庀髼l件、水源（包括水量、水溫及水質(zhì)）、電源和熱源（包括熱源性質(zhì)、品位高低）等情況，結(jié)合數(shù)據(jù)中心全年供冷的特點(diǎn)，從初投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇可靠、高效、節(jié)能、合理的制冷機(jī)。

（1）適合數(shù)據(jù)中心的制冷機(jī)種類

電驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)按壓縮機(jī)形式分：離心式、螺桿式、活塞式；這三種形式制冷機(jī)的能效由高到低的順序是：離心式機(jī)組、螺桿式機(jī)組、活塞式機(jī)組。各類機(jī)組各有其特點(diǎn)，應(yīng)用其所長。

按冷凝器冷凝方式分：風(fēng)冷機(jī)組和水冷機(jī)組。

●風(fēng)冷機(jī)組

風(fēng)冷機(jī)組通過風(fēng)冷冷凝器與外界空氣換熱，利用風(fēng)（空氣）換熱帶走熱量，產(chǎn)生冷水。風(fēng)冷機(jī)組的優(yōu)勢：節(jié)約水資源，環(huán)保；安裝在室外，如屋頂，無需建造專用機(jī)房，不占有效建筑面積；省去了冷卻水系統(tǒng)：冷卻塔、冷卻水泵、管網(wǎng)及其水處理設(shè)備，節(jié)省了這部分初投資和運(yùn)營費(fèi)用。

●水冷機(jī)組  

水冷機(jī)組通過水冷冷凝器與冷卻塔提供的冷卻水換熱，利用冷卻水帶走熱量，來產(chǎn)生冷水。水冷機(jī)組優(yōu)勢：應(yīng)用范圍廣，技術(shù)成熟，造價(jià)低；夏季制冷能效高，節(jié)能；噪音源低于風(fēng)冷機(jī)組。

數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷機(jī)組或水冷機(jī)組兩種形式均有選用，冬季寒冷地區(qū)多選用帶自然冷卻的風(fēng)冷機(jī)組，長江流域或以南地區(qū)多選用水冷機(jī)組。根據(jù)數(shù)據(jù)中心有無生活熱水需求，還可以選用是否帶熱回收裝置的風(fēng)冷機(jī)組或水冷機(jī)組。

數(shù)據(jù)中心選用離心式或螺桿式兩種類型機(jī)組，數(shù)據(jù)中心經(jīng)常根據(jù)自身需要同時(shí)配備離心式與螺桿式兩種類型的冷水機(jī)組。

（2）制冷機(jī)選型

數(shù)據(jù)中心選擇制冷機(jī)時(shí)，要考慮數(shù)據(jù)中心全年空調(diào)冷負(fù)荷的分布規(guī)律，結(jié)合制冷機(jī)在滿載運(yùn)行和部分負(fù)載運(yùn)行時(shí)的COP值，合理地選擇機(jī)型、臺數(shù)和調(diào)節(jié)方式，提高制冷系統(tǒng)在部分負(fù)荷下的運(yùn)行效率，以降低全年總能耗。

數(shù)據(jù)中心的冷水機(jī)組一般以選用2臺以上機(jī)組，以滿足N+1~2N的冗余方式。冷水機(jī)組之間要考慮其互為備用和輪換使用的可能性。冷水機(jī)組采用冗余配置，具備不間斷供冷，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同一站房內(nèi)可采用不同類型、不同容量的機(jī)組搭配的組合式方案，以節(jié)約能耗。并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組中至少應(yīng)選擇一臺或幾臺自動(dòng)化程度較高，調(diào)節(jié)性能較好，能保證部分負(fù)荷下能高效運(yùn)行的機(jī)組。

選擇制冷機(jī)時(shí)應(yīng)考慮其對環(huán)境的污染，一是噪音和振動(dòng)，要滿足周圍環(huán)境的要求；二是制冷劑對大氣臭氧層的危害程度和產(chǎn)生溫室效應(yīng)的大小，要采用ODP（消耗臭氧潛能值）和GWP（全球變暖潛能值）較小的環(huán)保制冷劑。

2、水泵

（1）冷凍水泵

流量：（1.05~1.1）倍機(jī)組額定流量。

揚(yáng)程：閉式循環(huán)，僅克服系統(tǒng)的阻力損失，考慮10%的富裕量。

數(shù)據(jù)中心冷凍水泵的循環(huán)系統(tǒng)按照從冷機(jī)到末端采用一次供水，或是二次供水分為單式泵循環(huán)和復(fù)式泵循環(huán)系統(tǒng)。

●單式泵環(huán)路系統(tǒng)

如圖2所示，數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)的單式泵環(huán)路系統(tǒng)多采用冷水機(jī)組與一次泵一一對應(yīng)配置方式。一次泵環(huán)路系統(tǒng)存在以下3類形式：

——用戶側(cè)定流量（用戶側(cè)采用三通閥變冷水溫差調(diào)節(jié)），冷水機(jī)組側(cè)也為定流量，一次泵為工頻泵。

——用戶側(cè)變流量（用戶側(cè)采用二通閥變冷水流量調(diào)節(jié)），冷水機(jī)組側(cè)為定流量，一次泵為工頻泵。為了恒定供回水管的水力工況，保持機(jī)組側(cè)冷水流量的穩(wěn)定，在分水器與集水器之間裝設(shè)旁通管和壓力控制的調(diào)節(jié)閥。當(dāng)用戶側(cè)流量減少，供回水壓差變大，旁通閥開度增大，反之減少。

——用戶側(cè)變流量，冷水機(jī)組側(cè)也為變流量，一次泵為變頻泵；一次泵變流量系統(tǒng)選擇可變流量的冷水機(jī)組，即蒸發(fā)器側(cè)流量隨用戶側(cè)流量變化而改變，從而最大限度的降低水泵能耗。

系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，初投資少，適用于系統(tǒng)較小或各環(huán)路負(fù)荷特征或壓力損失相差不大的中小型數(shù)據(jù)中心。

復(fù)式泵環(huán)路系統(tǒng)的一次回路包含：機(jī)組、一次泵、供回水管路、旁路管；二次回路包含：用戶側(cè)末端裝置、二次泵、供回水管路、旁通管。

復(fù)式泵環(huán)路系統(tǒng)存在以下兩類形式：

——用戶側(cè)定流量（用戶側(cè)采用三通閥變冷水溫差調(diào)節(jié)），冷水機(jī)組側(cè)也為定流量，一次泵和二次泵均為工頻泵

——用戶側(cè)變流量（用戶側(cè)采用二通閥變冷水流量調(diào)節(jié)），冷水機(jī)組側(cè)為定流量，一次泵為工頻泵，二次泵為變頻泵。

系統(tǒng)特點(diǎn)：節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，初投資大，自控要求高，占地面積大，適用于規(guī)模較大的空調(diào)系統(tǒng)或各用戶側(cè)阻力相差甚大的場合，適用于大型數(shù)據(jù)中心。

（2）冷卻水泵

●流量：（1.05~1.1）倍機(jī)組額定流量。

●揚(yáng)程：H=H1+H2+P1+P2+P3。

●H：水泵計(jì)算揚(yáng)程（m）。

●H1：允許吸上高度（m）。

●H2：冷卻塔噴水壓力，一般為5m。

●P1：機(jī)組內(nèi)的阻力損失。

●P2、P3：管路系統(tǒng)的沿程和局部阻力損失。

（3）水泵并聯(lián)

一臺泵單獨(dú)工作時(shí)的流量，大于并聯(lián)工作時(shí)每臺泵的流量。兩臺泵并聯(lián)工作時(shí)，其流量不能比單臺泵工作時(shí)成倍增加。這在多臺泵并聯(lián)時(shí)就更明顯。圖4為5臺同型號水泵并聯(lián)的工作特性曲線，對比數(shù)據(jù)參見表2。

由以上的分析不難得出：在總流量一定的情況下，并聯(lián)的水泵數(shù)量越多，流量損失越大，所以建議盡量選擇單臺大流量的水泵替代多臺并聯(lián)的小流量水泵，這樣效率更高，初投資更儉省。

3、水處理

在空調(diào)水系統(tǒng)中，由于腐蝕物、微生物、Ca+、Mg+等物質(zhì)的存在，在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)在機(jī)組蒸發(fā)器、冷凝器、末端空調(diào)設(shè)備的表冷器及管道內(nèi)壁形成污垢和腐蝕。隨著污垢的增大，水流阻力增大，機(jī)組效率下降，壽命縮短。因此，必須對數(shù)據(jù)中心空調(diào)的水系統(tǒng)進(jìn)行處理。

空調(diào)水系統(tǒng)的水處理方法可采用化學(xué)處理，軟化水裝置及電子水處理儀等。

另外，水過濾也是必須重視的問題。在空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施完成后，管道中通常會(huì)存在許多雜物，如焊渣、生料帶、砂石等；安裝水過濾器的目的是去除管道中的這些雜物，保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。水過濾器通常設(shè)置在水泵、制冷機(jī)組、空調(diào)器等進(jìn)水管上。

4、冷卻塔系統(tǒng)

（1）數(shù)據(jù)中心集中冷源空調(diào)系統(tǒng)通常采用開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，具體參見圖5。

開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)注意事項(xiàng)：

●每臺冷卻塔應(yīng)布置在同一水平高度上。

●每臺塔的集水盤上都應(yīng)裝平衡管，防止水盤的水位產(chǎn)生高低落差。

●由于空氣中的污染物質(zhì)如塵土、雜物、細(xì)菌、可溶性氣體等易進(jìn)入水中，使微生物大量繁殖，形成生物淤泥、藻類等，因此每臺塔的出水管上應(yīng)設(shè)置過濾器，最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排污口。

●冷卻塔的集水盤必須有足夠的容積，存水量約取循環(huán)量的1%~3%。

（2）冷卻塔的分類

●按形狀分：方形、圓形。

●按通風(fēng)形式分：逆流式、橫流式。

●按處理溫差分：普通型△T=5℃、中溫型△T=8℃、高溫型△T＞8℃。

數(shù)據(jù)中心多選用普通型橫流式方形冷卻塔。

（3）冷卻塔的選用

●循環(huán)水量的計(jì)算：

 

：冷卻水量（m3/h）。

：機(jī)組所需的冷卻水額定循環(huán)量（m3/h）。

●冷卻水進(jìn)出口溫度：數(shù)據(jù)中心選普通型冷卻塔或由制造廠家進(jìn)行具體的選型。

●環(huán)境濕球溫度：參照規(guī)范及實(shí)際情況，如：市區(qū)比郊區(qū)高1 ~ 2℃；當(dāng)濕球溫度從28℃提高到29℃，冷卻塔冷卻能力下降16% ~ 19%，這樣選型時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大型號。

●必須滿足環(huán)境允許噪音標(biāo)準(zhǔn)。

●其他還應(yīng)考慮冷卻塔的漂水率、比電耗、使用壽命、材料等參數(shù)。

（4）冷卻塔的性能

●進(jìn)出水溫度。

●冷幅：冷卻水出水溫度與進(jìn)風(fēng)濕球溫度之差；冷幅越小，塔熱工性能越好。

●冷效：進(jìn)出水溫差與冷幅之比；冷效越大，塔熱工性能越好。

●噪音：分為普通型、低噪音型、極低噪音型。

●比電耗：塔將1 水處理到要求的溫度風(fēng)機(jī)耗電量；國家規(guī)定：普通型冷卻塔在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（進(jìn)出水32/37℃、環(huán)境濕球溫度28℃）的比電耗應(yīng)小于0.04。

●耗水量：水量的消耗有3部分：蒸發(fā)水量（約占循環(huán)量的0.97%）、漂水量（占循環(huán)量的0.1 ~ 0.2%，帶有擋板的小于0.01%）以及為降低電解質(zhì)的排污量（約占循環(huán)量的0.3%）。以上3部分取：1.3% ~ 2%。

●氣水比：指單位時(shí)間內(nèi)，冷卻塔流通空氣的質(zhì)量和流通冷卻水質(zhì)量的比值；太小，蒸發(fā)不好；太大，風(fēng)機(jī)噪音增大。

（5）冷卻塔的主要結(jié)構(gòu)

●填料（散熱片）：基本熱交換媒介，大大增加了水和空氣的接觸面積。

●集水器：將氣流中的水滴隔出，引導(dǎo)氣流到適當(dāng)?shù)牧飨颍瑴p少風(fēng)機(jī)馬力，降低冷卻塔的總阻力。

●布水系統(tǒng)：布水系統(tǒng)把循環(huán)水均勻地分布到填料上。

●百葉窗：將飛濺的水滴阻擋在冷卻塔內(nèi)，及輔助導(dǎo)入空氣。

●冷卻塔的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

5、蓄冷系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力來源均為電力，雖然主要系統(tǒng)、部件都設(shè)置了冗余、備份，但還需要考慮為空調(diào)系統(tǒng)供電的電力系統(tǒng)發(fā)生意外停電故障時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)仍然需要維持正常運(yùn)行。

在常規(guī)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用的柴油發(fā)電機(jī)組可以緊急啟動(dòng)提供后備電力，從柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)至穩(wěn)定供電的過程一般需要3min。冷水機(jī)組在正常供冷過程中遇到停電故障時(shí)會(huì)進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，在電力供應(yīng)恢復(fù)后，離心式冷水機(jī)組的壓縮機(jī)導(dǎo)葉先恢復(fù)至正常開機(jī)的初始狀態(tài)，再經(jīng)過冷水機(jī)組控制系統(tǒng)對冷水循環(huán)水泵、冷卻水循環(huán)水泵、冷卻塔等相關(guān)部件進(jìn)行巡檢，并確認(rèn)正常運(yùn)行后，冷水機(jī)組才能正常啟動(dòng)，這段恢復(fù)冷水機(jī)組系統(tǒng)恢復(fù)正常供冷過程一般需要1~10min不等。在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)中為了能很好地解決這一安全隱患，在空調(diào)系統(tǒng)中可通過設(shè)置蓄冷設(shè)施，儲備備用冷量來解決這一問題。配置的蓄冷設(shè)施提供的持續(xù)供冷時(shí)間一般為10~15min。數(shù)據(jù)中心的蓄冷方式主要有冰蓄冷系統(tǒng)及水蓄冷系統(tǒng)兩種：通過制冰方式，以相變潛熱儲存冷量，并在需要時(shí)融冰釋放出冷量的系統(tǒng)稱為冰蓄冷系統(tǒng)；利用水的顯熱儲存冷量的系統(tǒng)稱為水蓄冷系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心的空調(diào)冷負(fù)荷主要為機(jī)房內(nèi)設(shè)備的散熱負(fù)荷，在一天24h中的每個(gè)時(shí)刻都基本不會(huì)變化，屬于一個(gè)穩(wěn)定負(fù)荷。這部分負(fù)荷占整個(gè)數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負(fù)荷的比例可達(dá)到90％以上。根據(jù)數(shù)據(jù)中心這一負(fù)荷結(jié)構(gòu)情況的特點(diǎn)，水蓄冷系統(tǒng)更能適合數(shù)據(jù)中心冷量備份的需求。水蓄冷系統(tǒng)采用閉式蓄冷罐，可與原空調(diào)系統(tǒng)“無縫”連接，無需再額外配置蓄冷冷源或?qū)υ到y(tǒng)用冷水機(jī)組進(jìn)行調(diào)整；水蓄冷系統(tǒng)的冷水溫度與原系統(tǒng)的空調(diào)冷水溫度相近，可考慮直接使用，不需設(shè)額外的設(shè)備對冷水溫度進(jìn)行調(diào)整；水蓄冷系統(tǒng)控制簡單，運(yùn)行安全可靠，在出現(xiàn)緊急狀況可及時(shí)投入使用。

蓄冷罐的容積可按系統(tǒng)需要的蓄冷量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，考慮到蓄冷罐與整個(gè)水系統(tǒng)為串聯(lián)連接，系統(tǒng)管路也可視為蓄冷罐的一部分，管路中的冷水保有量也可作為一部分的蓄冷水量。

系統(tǒng)需要的蓄冷水量為：

蓄冷水量：V＝Q/（η×ρ×△tz×Cp）。

其中，V為蓄冷水量（m3）；Q為蓄冷量（kcal）；η為蓄冷裝置的容積效率，一般取0.96～0.99；ρ為蓄冷水密度，取1000kg /m3；△tz為釋冷回水溫度與蓄冷進(jìn)水溫度間溫度差；Cp為水的定壓熱容量，1kcal/kg.℃。

管道系統(tǒng)中的保有冷水量為：V1=∏×R2×L。

其中，V1為管道系統(tǒng)保有冷水量（m3）；R為管道半徑（m）；L為供水總管道長度（m）；蓄冷罐容積為V2=（V - V1）m3。

水管路系統(tǒng)

在集中冷源系統(tǒng)中連接各個(gè)制冷設(shè)備的就是水管路，就如同人體的血管一般重要，這個(gè)制冷系統(tǒng)是否能夠正常工作，它起到了至關(guān)重要的作用。在數(shù)據(jù)中心中，由于考慮到不間斷供冷的需要，所以集中冷源系統(tǒng)中的水管路必須考慮冗余設(shè)計(jì)，而目前比較常用的管路形式有兩種：環(huán)形管路系統(tǒng)和雙管路系統(tǒng)。

1、環(huán)形管路系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)中心集中冷源系統(tǒng)中，冷凍水主干管首尾相接構(gòu)成環(huán)路，形成環(huán)狀管路系統(tǒng)，具體形式參見圖6、7。

這種管路形式具有良好的備份功能，當(dāng)管路局部發(fā)生故障時(shí)，可經(jīng)其他連接管路繼續(xù)向用戶供冷，即便系統(tǒng)中某臺冷水機(jī)組出現(xiàn)故障不能向系統(tǒng)供冷時(shí)，其他冷水機(jī)組也可以向該系統(tǒng)管網(wǎng)繼續(xù)供冷，由此看出環(huán)狀管路系統(tǒng)的可靠性極高。這種管路形式適合較為大型和復(fù)雜的集中冷源系統(tǒng)，它可以配置多臺冷水機(jī)組，且需要根據(jù)系統(tǒng)冗余能力增加分段閥門以便于檢修和增容。

2、雙管路系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)中心集中冷源系統(tǒng)中，冷凍水的供回水主管道和末端空調(diào)水管路采用兩供兩回的2N形式就雙路管道形式，具體形式如圖8所示。

此種管路形式較環(huán)形管路更為簡單，設(shè)計(jì)與施工更加方便，且管路中的閥門數(shù)量較少，但可靠性不如環(huán)形管路高，從一套管路切換到另外一套管路有時(shí)間延遲，不適合較為大型和復(fù)雜的系統(tǒng)，比較適合中小型集中冷源系統(tǒng)使用。

自然冷卻系統(tǒng)

由于數(shù)據(jù)中心是耗能大戶，而空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能耗占比超過30%，僅次于IT設(shè)備的能耗，所以在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對節(jié)能的重視程度日益高漲，而自然冷卻技術(shù)作為最核心的節(jié)能技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心地理位置、氣候條件、能源供給等方面的不同特點(diǎn)，會(huì)有不同的表現(xiàn)形式和架構(gòu)類型，其中，最為成熟和常見的有以下3種形式：

1、數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組，是專門為中大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房專門設(shè)計(jì)制造的高可靠性的集中式冷源。與數(shù)據(jù)中心配套安裝于機(jī)房內(nèi)的冷凍水型機(jī)房空調(diào)一起組成了數(shù)據(jù)中心機(jī)房專用的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組的主要部件包括了螺桿式壓縮機(jī)、風(fēng)冷冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器，還包含了自然冷卻盤管、電動(dòng)三通閥等。

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組的原理：在電腦控制系統(tǒng)管理下，當(dāng)冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度低于回水溫度2℃時(shí)，自然冷卻便開始工作，進(jìn)入部分自然冷卻模式，從數(shù)據(jù)機(jī)房出來的回水被送到自然冷卻盤管先利用室外低溫空氣進(jìn)行冷卻，這是預(yù)冷卻的階段；再被送到蒸發(fā)器冷卻，減輕壓縮機(jī)的工作負(fù)荷。自然冷卻盤管與壓縮機(jī)機(jī)械制冷同時(shí)工作。隨著冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度逐漸降低，自然冷卻制冷量逐漸增加，壓縮機(jī)機(jī)械制冷量逐漸減少，當(dāng)冷凝的進(jìn)風(fēng)溫度降到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入全部自然冷卻模式，冷卻工作全靠自然冷卻盤管完成，壓縮機(jī)機(jī)械制冷停止運(yùn)行。節(jié)能比例可達(dá)20%~80%，該系列機(jī)組應(yīng)用于北京地區(qū)全年節(jié)能量約為39%，應(yīng)用于沈陽地區(qū)全年節(jié)能量約為61%，應(yīng)用于哈爾濱地區(qū)全年節(jié)能量約為72%。數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系列單臺機(jī)組制冷量從115~1744kW。

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組適用于長江流域或以北的大部分地區(qū)。室外環(huán)境越低，冬季越長的地區(qū)，節(jié)能量越大。自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組機(jī)械制冷原理圖參見圖9。自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組自然冷卻原理圖參見圖10。

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組優(yōu)勢：

●帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組配置了螺桿式壓縮機(jī)，具有較高的運(yùn)行可靠性。能滿足數(shù)據(jù)中心具有全年365天，每天24h連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)。

●帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組綜合能效要比單元式直接蒸發(fā)式機(jī)房空調(diào)的能效要高，在同等負(fù)荷條件下，更加節(jié)能。

●帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)對應(yīng)的采用集中式空調(diào)水系統(tǒng)形式，故自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)可實(shí)施更多的節(jié)能技術(shù)。

●帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)適用于新建的中大型數(shù)據(jù)中心，節(jié)能潛力大，值得大力推廣。

●帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的優(yōu)勢：更適合在北方低溫地區(qū)數(shù)據(jù)中心使用，與水冷冷水機(jī)組相比系統(tǒng)相對簡單，運(yùn)維管理方便，不存在冬季冷卻水凍結(jié)等問題。

帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組的缺點(diǎn)：夏季等高溫季節(jié)能效比較低，在南方地區(qū)數(shù)據(jù)中心節(jié)能量比較小，使用受到限制。

數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組具有3種運(yùn)行模式：

●機(jī)械制冷模式：從數(shù)據(jù)機(jī)房出來的回水直接進(jìn)蒸發(fā)器冷卻。壓縮機(jī)與風(fēng)冷冷凝器均運(yùn)行在機(jī)械制冷模式。

●部分自然冷卻模式：當(dāng)空氣溫度降到低于回水溫度2℃時(shí)，回水直接進(jìn)入自然冷卻盤管，在進(jìn)入蒸發(fā)器前先利用室外空氣進(jìn)行冷卻，部分自然冷卻模式時(shí)，回水是靠自然冷卻盤管預(yù)冷卻再靠壓縮機(jī)機(jī)械制冷的蒸發(fā)器冷卻。

●全部自然冷卻模式：當(dāng)空氣溫度降到設(shè)定值時(shí)，冷卻工作全靠自然冷卻盤管進(jìn)行，壓縮機(jī)機(jī)械制冷停止工作。

2、數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)

目前，中央空調(diào)形式的中大型數(shù)據(jù)中心最常用的兩種空調(diào)形式，一種是數(shù)據(jù)中心專用帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)，另一種就是數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)。水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)在長江流域的中大型數(shù)據(jù)中心比較常見，為數(shù)據(jù)中心機(jī)房、程控交換機(jī)房、計(jì)算機(jī)房等多種高精度要求的高科技設(shè)備場所專門設(shè)計(jì)制造的高可靠性符合工藝要求的專用冷源。與水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻設(shè)備配套安裝于機(jī)房內(nèi)的空調(diào)設(shè)備冷凍水型機(jī)房空調(diào)一起組成了數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)既包含了螺桿式水冷冷水機(jī)組（或離心式水冷冷水機(jī)組）、冷凍水循環(huán)水泵、冷卻水循環(huán)水泵、開式冷卻塔、板式換熱器、電動(dòng)三通閥門、電動(dòng)兩通閥等主要設(shè)備。

如圖11所示，數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)的工作原理如下：

（1）當(dāng)開式冷卻塔的出水溫度低于冷凍水系統(tǒng)的回水溫度3℃時(shí)，進(jìn)入板式換熱器自然冷卻與冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行工作模式，這時(shí)V4與V5電動(dòng)三通閥的A-C與A-B向均導(dǎo)通，部分冷卻塔出水進(jìn)冷水機(jī)組的冷凝器，部分冷卻塔出水進(jìn)入板式換熱器；V2電動(dòng)兩通閥全開，V3電動(dòng)兩通閥全關(guān)，從數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備出來較高溫度的回水先進(jìn)入板式換熱器初步降溫，再進(jìn)入冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)一步降溫，達(dá)到供水溫度后被送入數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備。板式換熱器自然冷卻與冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，冷水機(jī)組的部分負(fù)載工作，冷水機(jī)組的一部分負(fù)載被自然冷卻系統(tǒng)代替。自然冷卻系統(tǒng)替代了冷水機(jī)組螺桿壓縮機(jī)的部分負(fù)載，從而產(chǎn)生節(jié)能量。

（2）環(huán)境溫度逐漸降溫，冷卻塔出水溫度進(jìn)一步下降，從數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備出來較高溫度的回水先進(jìn)入板式換熱器初步降溫到冷凍水的供水溫度時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入板式換熱器自然冷卻獨(dú)立運(yùn)行工作模式。這時(shí)，冷水機(jī)組停止運(yùn)行，V4與V5電動(dòng)三通閥的A-C向?qū)?，A-B向關(guān)斷，所有冷卻水均進(jìn)入板式換熱器，V2電動(dòng)兩通閥全關(guān)，V3電動(dòng)兩通閥全開，冷凍水不再經(jīng)過冷水機(jī)組的蒸發(fā)器。板式換熱器自然冷卻獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，冷水機(jī)組為全部負(fù)載被自然冷卻系統(tǒng)代替。自然冷卻系統(tǒng)替代了冷水機(jī)組螺桿壓縮機(jī)的全部負(fù)載，節(jié)能量非常顯著。

數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)適用于長江流域地區(qū)。室外環(huán)境越低，冬季越長的地區(qū)，節(jié)能量越大。

數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)優(yōu)勢：

●與前面介紹的帶自然冷卻風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)對比，數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組在機(jī)械制冷工況時(shí)效率更高，更節(jié)能。

●該系統(tǒng)的自然冷卻功能，節(jié)省不必要的電能消耗，降低運(yùn)行成本，延長機(jī)組使用壽命。

●該系統(tǒng)是適用于新建的數(shù)據(jù)中心。也適用于舊機(jī)房的節(jié)能改造，節(jié)能潛力大，值得大力推廣。

數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)的缺點(diǎn)：投資比較大，在北方地區(qū)數(shù)據(jù)中心，冬季室外環(huán)境溫度過低，存在冷卻塔凍結(jié)隱患，該系統(tǒng)比較適合于長江流域地區(qū)。

數(shù)據(jù)中心水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器自然冷卻系統(tǒng)具有兩種運(yùn)行模式：

●自然冷卻系統(tǒng)與冷水機(jī)組聯(lián)合工作模式：V4與V5電動(dòng)三通閥的A-C與A-B向均導(dǎo)通，部分冷卻塔出水進(jìn)冷水機(jī)組的冷凝器，部分冷卻塔出水進(jìn)入板式換熱器；V2電動(dòng)兩通閥全開，V3電動(dòng)兩通閥全關(guān)，從數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備出來較高溫度的回水先進(jìn)入板式換熱器初步降溫，再進(jìn)入冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)一步降溫，達(dá)到供水溫度后被送入數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)備。

●自然冷卻系統(tǒng)獨(dú)立工作模式：冷水機(jī)組停止運(yùn)行，V4與V5電動(dòng)三通閥的A-C向?qū)?，A-B向關(guān)斷，所有冷卻水均進(jìn)入板式換熱器，V2電動(dòng)兩通閥全關(guān)，V3電動(dòng)兩通閥全開，冷凍水不再經(jīng)過冷水機(jī)組的蒸發(fā)器。

3、數(shù)據(jù)中心用地表水自然冷卻水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)

此節(jié)能解決方案基于中大型數(shù)據(jù)中心的環(huán)境條件，地表水具有充足的流量情況下。在冬季時(shí)段，取臨近的低溫地表水作為天然冷源，通過板式換熱器與冷凍水回水熱交換后，達(dá)到為冷凍水降溫的目的，用以替代水冷離心機(jī)組、冷卻水泵和冷卻塔運(yùn)行，降低空調(diào)運(yùn)行能耗，減少冷卻塔漂水和蒸發(fā)造成的自來水損失。以南京至上海的長江流域?yàn)槔?，采用?shù)據(jù)中心用地表水自然冷卻水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)全年節(jié)能比例可達(dá)20%左右，而采用水冷冷水機(jī)組+開式冷卻塔+板式換熱器的節(jié)能比例僅有11%。

應(yīng)用地表水自然冷卻系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在兩方面：

（1）使用臨近水源：地表水自然冷卻系統(tǒng)充分利用了自然環(huán)境的能源，大大減少了冬季冷水機(jī)組和相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行，延長了冷水機(jī)組和相關(guān)輔助設(shè)備的壽命。不但降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，還減少了二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物的排放。在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為國家創(chuàng)造環(huán)境效益。

（2）運(yùn)行穩(wěn)定且節(jié)能：地表水自然冷卻系統(tǒng)與開式冷卻塔+板式換熱器的自然冷卻系統(tǒng)對比，冬季地表水溫度低，由于水的比熱大，水溫穩(wěn)定波動(dòng)小，地表水直接與空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水通過板式換熱器換熱，故地表水自然冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長而且節(jié)能量大。

如圖12所示，數(shù)據(jù)中心用地表水自然冷卻水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式：

（1）單獨(dú)運(yùn)行：地表水自然冷卻系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，回水進(jìn)入板式換熱器，經(jīng)過與地表水熱交換后降溫至設(shè)定值，替代水冷離心機(jī)組運(yùn)行，節(jié)省了水冷離心機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行能耗。

（2）聯(lián)合運(yùn)行：地表水自然冷卻系統(tǒng)與水冷離心機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，回水先經(jīng)過地表水自然冷卻系統(tǒng)，初步降溫后再經(jīng)過水冷離心機(jī)組進(jìn)一步降溫至設(shè)定值，節(jié)省了水冷離心機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行能耗。

數(shù)據(jù)中心用地表水自然冷卻水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)適用于長江流域或以長江以南的地區(qū)，而且附近臨水（河水、湖水等，只要水量足夠的地表水均可）的數(shù)據(jù)中心。