1、西安工程大学黄翔教授2021年4月8日未来蒸发冷却空调技术发展趋势西安工程大学西安工程大学 蒸发冷却团队蒸发冷却团队第三十二届国际制冷、空调、供暖、通风及食品冷冻加工第三十二届国际制冷、空调、供暖、通风及食品冷冻加工展览会（展览会（20212021）蒸发冷却新技术及其应用专题研讨会蒸发冷却新技术及其应用专题研讨会目 录蒸发冷却技术的主要特点01蒸发冷却理论与相关设备02蒸发冷却空调在数据中心的应用03发展趋势及展望04西安工程大学西安工程大学蒸发冷却技术的主要特点经济蒸发冷却空调系统与传统机械制冷空调系统相比，初投资可节省1/2，维护费用节省2/3，运行费用节省 3/4。健康低碳蒸发冷却空调以
2、水为冷却介质，无氟利昂等传统制冷剂，不产生温室效应气体，是环境友好型的新技术。节能蒸发冷却技术利用环境空气未饱和这一特性，充分利用干空气能这一可再生能源，减少空调对传统能源的依赖。蒸发冷却空调产生清洁绿色的新风，既能达到降温需求的同时，有效改善人类生产生活的品质。目 录蒸发冷却技术的发展01蒸发冷却理论与设备02蒸发冷却空调在数据中心的应用03发展趋势及展望04西安工程大学西安工程大学蒸发冷却理论与设备蒸发冷却技术主动蒸发冷却技术被动蒸发冷却技术自然界中可再生自然界中可再生能源能源太阳能风能潮汐能干空气能水能蒸发冷却技术是一项利用“干空气能”可再生能源，以水作为冷却介质，通过水分蒸发吸热进行冷
3、却的制冷空调技术。西安工程大学西安工程大学蒸发冷却理论与设备被动式蒸发冷却被动式蒸发冷却下向通风降温技术（Passive Downdraught Evaporative Cooling，简称PDEC技术），指利用水的直接蒸发冷却对空气进行降温，根据热力学原理，密度大的冷空气下沉，密度小的热空气上升，从而通过重力下沉方式对建筑空间通风降温的技术。被动式下向蒸发降温技术 (Passive Downdraught Evaporative Cooling，PDEC)被动式下向通风降温技术 (PDC技术)蒸发冷却技术西安工程大学西安工程大学被动优先、主动优化、使用可再生能源”是实现超低能耗建筑的基本路线
4、。在帮助创造建筑物内舒适的热力学环境方面，传统建筑中就包含了许多被动特色。早期埃及风塔的气流组织形式陶土水罐结构图及实物图伊朗捕风塔降温新疆维吾尔族“阿以旺”被动蒸发冷却技术在“一带一路”沿线地区、国家的应用铺设红土烧制多孔面砖的外墙1992年世博会塞维利亚喷雾塔设置雾化喷嘴卡塔尔2022世界杯体育场内气流组织图被动式蒸发冷却技术在双层皮玻璃幕墙的应用实物图建筑中庭内部加设水池墨尔本市政大楼被动蒸发冷却技术在“一带一路”沿线地区、国家的应用蒸发冷却理论与设备被动式蒸发冷却蒸发冷却的传热传质机理：直接蒸发冷却是通过空气与水的直接接触实现两者温度同时降低的技术，此过程涉及热交换及质交换。传质机理传
5、热机理理想空气的绝热加湿理想空气的绝热加湿水与空气有充分的接触时间和接触面积边界层内水蒸气分子的浓度或水蒸气分压力仅取决于边界层的饱和空气温度。主体空气的水蒸气分压力，加湿主体空气的水蒸气分压力，减湿边界层内的水蒸气分压力显热交换潜热交换全热交换焓 差水蒸气分压力差温 差绝热饱和的制冷潜力与将要被冷却的空气湿度成反比直接蒸发冷却的极限是空气的湿球温度蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学1.直接蒸发冷却器2.间接蒸发冷却器4.蒸发冷却空调机组5.蒸发冷却冷水机组3.露点间接蒸发冷却器基础设备冷雾式冷风式板翅式卧管式立管式板管式热管式叉流式逆流式复合式单 级多 级直接间接间接-直接间接-间接
6、-直接表冷器卧管间接立管间接露点间接填料西安工程大学西安工程大学蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学蒸发冷却理论与设备tsO湿球温度ts亚湿球温度tL露点温度直接蒸发冷却过程10间接蒸发冷却过程间接直接蒸发冷却过程露点间接蒸发冷却过程干球温度tgabc西安工程大学西安工程大学1 直接蒸发冷却蒸发冷却理论与设备温差是显热交换的推动力，水蒸气分压力差是潜热交换的推动力，而总热交换的推动力是焓差。一方面，空气的温度与水温不同，既然有温差存在，两者之间必然通过导热、对流或辐射等传热方式进行热量传递，这就是所谓的显热交换；另一方面，空气与水接触时所发生的质量传递必将伴随有空气中水蒸气的凝结或蒸发，
7、从而放出或吸收汽化潜热。移动蒸发式冷风扇移动蒸发式冷风扇窗式直接蒸发冷却器窗式直接蒸发冷却器西安工程大学西安工程大学1 直接蒸发冷却福建某通讯机房用直接蒸发冷却空调系统蒸发冷却理论与设备规格型号台数（台）耗电功率（kw）总功率（kw）机房专用空调海洛斯U55A315.646.8蒸发式冷气机AZL18-ZS18TA51.111排风机51.1直接蒸发冷却空调机组性能参数实测值（性能优良）直接蒸发冷却空调机组性能参数实测值（性能优良）机房安装蒸发式冷气机后，机房的环境温度最大值为温度最大值为 24.56，最低温度为最低温度为 18.8，完全能满足温度要求。机房的相对湿度的最相对湿度的最大值为大值为
8、69.2%，最低相对湿度为，最低相对湿度为 34.5%，完全能满足湿度要求。福建某通信机房节能改造前后耗电功率对比西安工程大学西安工程大学2 间接蒸发冷却蒸发冷却理论与设备一次空气是需要被冷却的空气。它主要是来自室外的新风，也可以是来自室内的回风。一次空气通道中，空气与干燥的换热表面接触，由于无水蒸气进入气流，一次空气实现等湿冷却，其结果取决于换热表面的温度。二次空气是工作空气。二次空气与水接触使其蒸发从而降低换热器表面温度以冷却一次空气。二次空气一般来自室外，用完后再排到室外。 一般的间接蒸发冷却可以使一次空气温度趋近二次空气进口湿球温度，但不可能等于或低于该温度。西安工程大学西安工程大学2
9、 间接蒸发冷却如今，间接蒸发冷却技术在数据中心的应用，已成为降低PUE值 的“节能利器”！为进一步提高蒸发冷却的降温效果、降低单级直接蒸发冷却对气象条件的依赖性、缓解直接蒸发冷却器带来的加湿影响，提出了间接蒸发冷却器。间接蒸发冷却器单独降温设备空调机组的预冷段预冷经济器核心部件：空气-空气间接换热器对空气进行等湿降温后送入空调区减少机械制冷空调机组的装机冷量预冷空气，提高空调机组的降温幅度蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学2 间接蒸发冷却 为便于在立管内形成相对均匀稳定的贴附水膜，应对布水结构进行针对性设计，如布水端换热管设置导流檐、管内直接布水、喷淋与溢水相结合等形式。以立管式间接蒸
10、发冷却器为例，其核心部件为立式布置的、具有一定强度和换热性能的换热管，以及循环水系统和一、二次风系统。一次空气流经换热管外侧，二次空气与循环水流经换热管内。 管外侧为一次空气流道，流道较宽易于清扫维护； 管内侧为二次空气及循环水流道，由于循环水自上而下的自冲刷作用，换热管内的堵塞问题大大缓解； 换热器采用立式结构可缩小设备在水平方向尺寸，减小机组占地面积。立管式间接蒸发冷却器优点：蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学2 间接蒸发冷却传统间接蒸发冷却器在理想状态下可将空气降至其湿球温度，所以也限制了蒸发冷却技术在更广泛地区的应用。露点间接蒸发冷却降温极限可逼近空气露点温度，是国内外学术研究
11、的主要方向之一。露点间接蒸发冷却焓湿图M循环（麦索特森科博士）最早在科罗拉多州博尔德数据中心用露点间接蒸发冷却空调1为一次空气，2为二次空气叉流式逆流式复合式蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学卧管间接蒸发冷却器示意图卧管间接蒸发冷却器卧管间接蒸发冷却空调机组立管间接蒸发冷却器示意图立管间接蒸发冷却器立管间接蒸发冷却空调机组2 间接蒸发冷却蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学2 间接蒸发冷却板翅式间接蒸发冷却器示意图板翅式间接蒸发冷却器板翅式间接蒸发冷却空调机组露点间接蒸发冷却器示意图露点间接蒸发冷却器露点间接蒸发冷却空调机组蒸发冷却理论与设备西安工程大学西安工程大学3 蒸发冷却制
12、取冷水蒸发冷却理论与设备采用间接蒸发冷却器，将进入冷水机组的新风预冷，以降低淋水填料段进风湿球温度。淋水填料段再将末端回水冷却，以此制取出的冷水可以达到亚湿球温度。西安工程大学西安工程大学3 蒸发冷却制取冷水随着蒸发冷却空调技术的发展，以蒸发冷却技术制取冷水的设备：直接蒸发冷却冷水机组、间接蒸发冷却冷水机组、间接-直接蒸发冷却复合冷水机组、蒸发冷却与机械制冷相结合的冷水机组，使得蒸发冷却技术在水侧的应用得以应用推广。表冷器表冷器-立管间接立管间接-填料直接蒸发间接预冷式蒸发冷却冷水机组填料直接蒸发间接预冷式蒸发冷却冷水机组卧管间接预冷式蒸发冷却冷水机组结构示意图蒸发冷却理论与设备西安工程大学西
13、安工程大学3 蒸发冷却制取冷水表冷器预冷式立管间接预冷式卧管间接预冷式露点间接预冷式蒸发冷却理论与设备目 录蒸发冷却技术的发展01蒸发冷却理论与设备02蒸发冷却空调在数据中心的应用03发展趋势及展望04西安工程大学西安工程大学蒸发冷却空调在数据中心的应用送入数据中心的室外空气先与水大面积直接接触，因水的蒸发吸收汽化潜热而使空气的温度下降，低温空气用于数据中心的冷却。风侧直接蒸发冷却空调系统形式新风的处理洁净度初效中效化学良好的气候+良好的空气质量温湿度加湿降温增设了空气过滤器，保证了循环水或蒸发板不被室外空气污染物污染；利用水蒸发带走的汽化潜热，进一步降低了室外空气的温度，提高了节能效果；空气
14、被加湿，无法很好地控制机房内温湿度。西安工程大学西安工程大学风侧直接蒸发冷却技术应用案例国外Facebook某数据中心目前国际上采用喷淋式直接蒸发冷却方式最著名的是Facebook在美国普林维尔建造的大数据中心，该数据中心采用了全新风直接蒸发冷却方式，这是因为普林维尔地处高原沙漠，气候非常干燥，虽然全年最高室外干球温度为40.56，但是Facebook数据中心IT设备可适应43.3的高温，因此节能效果十分显著。蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学风侧直接蒸发冷却技术应用案例国内宁夏中卫360数据中心宁夏中卫360数据中心建筑外观间接蒸发冷却直接蒸发冷却年均PUE=1.25蒸发冷
15、却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学 产出空气（一次空气/室内）与工作空气（二次空气/室外）间接接触，仅进行显热交换，不进行质交换 间接蒸发冷却极限为工作空气（二次空气/室外）的湿球温度 一次空气（室内循环）：等湿冷却 二次空气（室外循环）：增焓加湿间接蒸发冷却换热芯体风侧间接蒸发冷却空调（AHU）系统形式通过在室外空气侧喷水，水在室外空气侧的换热器壁上蒸发冷却，从而冷却数据机房循环风侧的温度。内循环回风管内循环回风管间接蒸发间接蒸发机房机房间接蒸发冷却系统安装示意图间接蒸发冷却系统干模式运行状态示意图室外室外循环循环室内循环室内循环蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大
16、学风侧间接蒸发冷却空调（AHU）系统特点安装场景安装场景单 层 应 用多 层 应 用大平层楼顶预制模块化数据中心多层楼宇室内多层楼宇室外示意图示意图特征大平层：机房同侧送回风，室外可直接向上排风楼顶：机房送回风不同侧，室外可直接向上排风全集装箱堆叠、全预制机组在每层楼外边沿室外侧排风共用排风井机组安装在楼宇外钢架支撑室外侧排风共用排风井组成：内、外循环（空气侧内外循环、水侧内外循环），保证机房洁净度要求；耦合的换热器形式（板翅式、管式、板管式等）；系统形式简单，可实现模块化、预制化、产品化，安装形式多样，使得安装快捷方便；由于蒸发冷却受室外气象条件的制约很大，因此间接蒸发冷却与机械制冷联合是一
17、种互补的节能措施。蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学间接蒸发冷却空调（AHU）系统的工作模式运行模式运行模式风机状态风机状态水泵状态水泵状态压缩机状态压缩机状态干模式（风机）开启关闭关闭湿模式（风机 + 喷淋）开启开启关闭混合模式（风机 + 喷淋+ 压缩机制冷）开启开启开启环境空气干球温度16环境空气干球温度16环境空气湿球温度18环境空气湿球温度18干模式湿模式混合模式蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学风侧间接蒸发冷却技术应用案例华为数据中心（临沂大数据中心）间接蒸发冷却空调（AHU）FusionCol多种制冷模式按需自动切换干模式湿模式混合模式华为临沂大
18、数据中心(Huawei big datacenter of Linyi)位于山东省临沂市沃尔沃路与合肥路交会处沂蒙云谷内，是辐射鲁南地区和苏北经济圈的云计算大数据中心。华为临沂大数据中心项目总投资15亿元，占地95亩，总建筑面积13315平方米，设有标准化模块机房6所，可承载服务器机柜1000台、服务器1万余个， 该项目规模一期 300 个机柜，其中低密区 4kW/ 柜，高密区 8kW/ 柜，共使用 10套 FusionCol8000-E220, 3 个月完成所有部件安装，缩短50% TTM, 数据中心年省电费11.3%。是华为全球首例采用间接蒸发冷却技术的数据中心。蒸发冷却空调在数据中心的应
19、用西安工程大学西安工程大学风侧间接蒸发冷却技术应用案例华为数据中心（乌兰察布北方云数据中心）乌兰察布市与华为合作建设的乌兰察布云数据中心，致力打造成华北大区云计算产业支撑中心、全国乃至全球云服务业务承接中心、全国云服务业务备份中心。该项目一期 8MW，共 1056 个机柜。由 5 层共 368 个预制模块箱体堆叠，其中 25 层应用间接蒸发冷却解决方案制冷，下送风至机房内，模块内采用密闭热通道方案，通过吊顶回风，温度设计在 37。每层采用 14套华为FusionCol8000-E220 间接蒸发冷却产品，共计 56 套，15 天所有设备就位，4 个月完成全部安装，缩短建设周期 TTM 50%+
20、。数据中心应用该技术产品后每年节省用电 491 万 kWh，节约用能2215 tce/a, 减排 4724 吨二氧化碳。项目背景项目规模一期/二期均为8MW,1000+机柜/（三期共24MW）功率密度8KW/柜项目应用公有云华为私有云华为方案由5层共300+个预制模块箱体堆叠，含96个IT设备箱25层应用，每层14套220kw AHU，共计56套客户价值15天所有箱体就位，4个月完成全部安装，缩短TTM50%+年均PUE低至1.15，数据中心年省电费12.2%蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学风侧间接蒸发冷却技术应用案例国外 阿尔西高层数据中心Telehouse North
21、Two是欧洲最先进的数据中心,是伦敦新的标志性建筑。地点：东伦敦类型：租赁机房建筑层数：7层机房面积：1200m26机房送风：25+2/-7机房回风：38EXCOOL空调数量：18EXCOOL单机制冷量：300KW进风和排风形成90，避免“短路” 岔流进风 间接自然冷却设备安装在2-7层的建筑西面的构筑台上国内 腾讯清远某数据中心额定制冷量260kW制冷量补充形式DX补充补充制冷量230kW数量36套2017年，腾讯数据中心大规模布局环一线城市，河北怀来、江苏仪征、广东清远等地，开展第四代数据中心技术T-block的大规模规划、建设，作为腾讯新基建实践的重要技术成果，PUE1.2x，最低可低至
22、1.1x。间接蒸发冷空调等T-block技术，实现像乐高搭积木一样快速建设的同时，进一步提升自动化高效运营。蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学蒸发冷却冷水机组直接供冷系统蒸发冷却冷水机组间接供冷系统蒸发冷却冷水机组系统形式：蒸发冷却冷水机组供冷系统中的关键设备是蒸发冷却冷水机组，根据原理不同可分为三类：表冷式间接直接蒸发冷却冷水机组、管式间接直接蒸发冷却冷水机组、蒸发冷却机械制冷联合运行冷水机组。目前蒸发冷却冷水机组间接供冷系统相对成熟。水侧蒸发冷却空调系统形式间接蒸发式冷却冷水机组利用空气的干湿球温度差，输出高温冷水，以得到较低的供冷温度（亚湿球温度）和较大的供冷量。蒸发冷
23、却段工作原理（两级预冷）适用于大型数据中心，在干燥地区使用节能效果较佳；适用于大型数据中心，在干燥地区使用节能效果较佳；夏季极端气温，空调制冷主机无宕机风险（水侧、风侧复合蒸发冷却工况）；夏季极端气温，空调制冷主机无宕机风险（水侧、风侧复合蒸发冷却工况）；冬季极端气温，空调系统无结冰风险（乙二醇自由冷却工况）；冬季极端气温，空调系统无结冰风险（乙二醇自由冷却工况）；空调能效较高，全年自然冷却时间长，运行费用较低；空调能效较高，全年自然冷却时间长，运行费用较低；系统相对集中，便于维护；系统相对集中，便于维护；不影响末端空调形式，可适应不同功耗的机架。不影响末端空调形式，可适应不同功耗的机架。蒸发
24、冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学水侧蒸发冷却技术应用案例国内 乌鲁木齐开发区某联通数据中心辅助和备份冷源辅助和备份冷源44台（N+4、N+2冗余）80KW、16000m/h全年主导冷源全年主导冷源16台（N+4冗余）232KW、40m/h、19KW一次管路（介质：水；蓝色供水管、金色回水管）二次管路（介质：45%浓度乙二醇水溶液；绿色供水管、红色回水管）乌鲁木齐市开发区某核心机房建设地点：乌鲁木齐市开发区地上5层建筑，总建筑面积10738.2，建筑高度23.3m单层建筑面积均为2147.64 、层高4.8m最大可布置1500+架机柜1层主要为高低压配电室、电力电池室及预留大机房
25、机房2至4层规划区域为品字形主要为电力室、小机房及大机房第第1期项目期项目（2楼传输机房、楼传输机房、2楼通信机房和楼通信机房和4楼楼IDC机房）机房）总负荷总负荷2767kw蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学春、夏、秋季（环境空气湿球温度18、干球温度3）一次管路（介质：水；蓝色供水管、金色回水管）二次管路（介质：45%浓度乙二醇水溶液；绿色供水管、红色回水管）极端工况（环境空气湿球温度18、干球温度3）一次管路（介质：水；蓝色供水管、金色回水管）二次管路（介质：45%浓度乙二醇水溶液；绿色供水管、红色回水管）低温季节（环境空气干球温度3）乌鲁木齐开发区某联通数据中心蒸发冷
26、却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学中国联通一带一路新疆某数据中心全年可实现100%自然冷却，进一步提高了系统的节能型、安全性和可维护性，年均设计制冷系数为0.10。全年主导冷源33台制冷量为 230kW 的复合乙二醇自然冷却的管式间接蒸发冷却冷水机组备份冷源26 台140kW 制冷量的内冷式蒸发冷却空调机组项目一期26 台制冷量为 140kW 的机房专用高温冷冻水空调机组为末端的集中式蒸发冷却空调系统中国联通一带一路新疆某数据中心空调系统采用空气水蒸发冷却系统项目终期规模：1.总冷负荷约：15000kW; 2.290kW蒸发冷却冷水机组132台；3.140kW内冷式蒸发冷却空调机组
27、104台；4.相较于传统冷冻水系统全年节省电费790.26万元。蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学用蒸发冷却技术给冷水机组的冷凝器散热，制取的冷水通过空调区末端装置来承担空调区热负荷和湿负荷的空调系统。蒸发冷凝式散热空调系统填料型蒸发式冷凝器氟侧蒸发冷却空调系统形式氟侧蒸发冷却空调系统特点 蒸发冷却系统、压缩制冷系统联合运行； 冷凝器运行在相对较低的冷凝压力下，从而降低压缩机运行功率，提高压缩机制冷效率； 自然冷源利用优先，压缩制冷进行冷量补充或冷量备份； 自然冷源利用时间长，能效比高； 模块化、定制化建设方案，实现不同空调末端超级多联； 系统简单，维护方便；蒸发冷却空调在数
28、据中心的应用西安工程大学西安工程大学蒸发冷却技术的发展蒸发式热管二级预冷系统图蒸发式热管二级预冷系统图蒸发式热管二级预冷系统末端风系统示意图发式热管二级预冷系统末端风系统示意图蒸发冷室外机实物图蒸发冷室外机实物图热管冷墙实物图热管冷墙实物图 完全自然冷模式：湿球温度18（可调）机房内的冷负荷完全由热管冷墙（蒸发器）所提供，精密空调仅相应开启风机，冷冻水阀可相应关闭； 部分自然冷模式：18（可调）湿球温度31（可调）热管节能系统与原机械制冷系统联合运行。机柜回风经过冷墙后，先被预冷，再经过水冷精密空调继续降温，达到相应的送风温湿度要求； 完全机械冷模式：31（可调）湿球温度热管节能系统停止工作，
29、机房内冷负荷完全由原机械制冷提供。西安工程大学西安工程大学间接蒸发冷智能双循环热管空调系统 高效冷冻水系统热备运行，轻松实现应急预冷； 间接蒸发自然冷动力系统，湿球温度低于14度时可实现完全自然冷却； 双盘管机密空调末端；双冷源无缝切换。冷冻水+间接蒸发冷动力热管智能双系统 应用范围广、可靠性高、根据环境温度自动切换； 大幅增加自然冷却系统全年运行时间； 室外湿球温度低于25进入预冷模式； 室外湿球温度低于14满足100%自然冷却。蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学超低PUE方案智能氟泵热管制冷系统（蒸发冷凝技术）氟泵热管模型氟泵热管场景 动力热管模式 混合制冷模式 高效压缩
30、模式 超高系统能效性能提升：高能效设备基础上，蒸发式冷凝、AI智慧群控、全变频 灵活的颗粒度 建筑匹配性好 运维经验成熟架构优化：更大更高效压缩机，散热能力更强室外机、采用多联机气流组织：地板送风、吊顶送风、风墙送风、机房、列间、一体机深圳pPUE 0.131工程简单、运维方便无制冷站、机柜+15%蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学超低PUE方案智能氟泵热管制冷系统运行模式分析蒸发冷凝+全时变频机械制冷温湿度：进风温度20干湿球温差5运行时间：4708h运行占比：53.74%能效区间：6.24-7.25全时变频机械制冷能效区间：7.35-7.68温湿度：进风温度20干湿球温差
31、5运行时间：1786h运行占比：20.39%蒸发冷凝+氟泵动力热管能效区间：8.1-9.53温湿度：进风温度1020干湿球温差5运行时间：232h运行占比：2.65%模式1模式2模式3蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学氟泵动力热管能效区间：36.95-37.69温湿度：进风温度10运行时间：23h运行占比：0.26%低速氟泵动力热管能效区间：10.93-13.98温湿度：进风温度1020干湿球温差5运行时间：2011h运行占比：22.96%超低PUE方案智能氟泵热管制冷系统运行模式分析全年机组蒸发冷凝工作时长：56.37%深圳pPUE 0.131模式5模式4蒸发冷却空调在数据
32、中心的应用西安工程大学西安工程大学氟侧蒸发冷却技术应用案例国内新疆某软件园数据中心建设单位：新疆软件园发展有限公司；建设地点：乌鲁木齐经济技术开发区十二师合作区；总建筑面积：8453m2，层高5.4m，建筑高度28.20m；空调负荷：3797kw;建设等级：国家A级、平均单机柜功耗4kW；节能要求：机房全年平均PUE值不超过1.4；总机架数：864个；建筑条件：旧厂房改造；工程建设期：10个月。工程投资：15000万元主机工作原理图1、系统简介：系统组成：主要由冷水主机、冷冻水泵、冷冻水型恒温恒湿空调、阀门及水管等。系统原理：在“自然冷却风冷冷水机组”基础上增加了“喷淋水系统”，利用水的蒸发降
33、低主机能耗。系统特点：单台制冷量约：5001800kW。适用于北方干燥地区中、小型数据中心。自然冷却：冬季完全自然冷却的时间4292h（179天），占全年的49%。2、系统配置：风冷蒸发冷水机组制冷量1000kW（4主1备）。3、特点：系统耗水量一般，日耗水量为60吨左右。夏季极端气温，空调制冷主机无宕机风险（湿工况）。空调能效较高，运行费用较低。4、该技术针对乌市的全年运行工况：序号模式室外环境工作模式全年运行时间（占比）1冬季运行模式（自然冷却）干球温度-15 无需开启压缩机，不耗水500h （6%）2夏季运行模式（机械制冷）-15 干球温度5开启全部压缩机，需耗水4468h（51%）蒸发
34、冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学一、常规冷源方案：常规冷源空调形式如下：方案一：水冷冷冻水空调系统（冷却塔布置于屋面，冷水机组布置于首层） ；方案二：风冷冷媒型空调系统（空调室外机布置在各层平台或屋面）；方案三：风冷冷冻水空调系统（风冷冷水机组布置于屋面）；二、新型冷源方案：考虑到业主有较强的节能需求以及后期维护便利性，增加如下新型制冷形式方案比较： 方案四：蒸发冷冷冻水空调系统（蒸发冷冷水机组布置于屋面）。序号场景方案一方案二方案三方案四水冷冷冻水空调系统风冷冷媒型空调机组风冷冷冻水空调系统蒸发冷冷冻水空调系统1系统设备描述水冷冷冻水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、冷冻水型
35、恒温恒湿空调、阀门及管道系统等风冷室外机、室内机、冷媒铜管等风冷冷冻水机组、冷冻水泵、冷冻水型恒温恒湿空调、阀门及管道系统等蒸发冷冻水机组、冷冻水泵、冷冻水型恒温恒湿空调、阀门及管道系统等2 年均PUE1.351.51.41.61.41.61.251.403 年耗电量4600万kW4750万kW4800万kW4000万kW4 年耗水量约40000吨约400吨约600吨约18000吨5年运行费用较低2010万元一般2138万元较高2161万元最低1810万元6空调初投资较低1420万元较高2100万元较高2110万元较高2120万元7极端天气下状况夏季能满足当地制冷要求，冬季冷却塔有结冰风险夏季
36、极端气温，空调制冷能力衰减明显，甚至宕机夏季极端气温，空调制冷能力衰减明显，甚至宕机适应性较强，夏季湿工况，冬季基本干工况8 管理维护不便利不便利较便利便利9 应用场景适用于南方大、中型数据中心适用于小型数据中心适用于北方中小型、缺水地区数据中心适用于中小型、节能需求强的数据中心空调方案的对比结论：经过综合对比分析，对于中小型数据中心，从节能性、可维护性、创新性等考虑，方案四最佳，故本次方案选用蒸发冷冷冻水空调系统，投资回收期约为3.5年。氟侧蒸发冷却技术应用案例国内 新疆某软件园数据中心蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学氟侧蒸发冷却技术应用案例国内 中国联通天津空港数据中心
37、中国联通天津空港数据中心园区共有3栋建筑物，1#和3#分别为数据中心，2#为办公楼。1#楼地上5层，一共109个微模块，机柜数量约2750个，分别为8kW/Rack和4kW/Rack，用户为某互联网企业。3#数据中心的制冷方案采用了全变频风冷氟泵直膨的方案，并且冷凝器采用集中机组，一共10台集中机组布置在屋面，每台集中机组供冷能力为720 kW，分为10+2台独立的小机组，整体供冷能力达到7200 kW，即主用6000 kW+备用1200 kW，可根据IT负荷以及气候情况灵活调整。空调设备的不间断供冷采用UPS作为备用电源。机组换热器周边设置了水喷雾的喷头，可以在夏季炎热季节进行喷雾降温，提高
38、效率。集中冷凝器相对传统分散冷凝器，其设备占地面积大大节约，从屋面布置能看出，10台设备摆放仅仅占据屋面一半面积，而且设备间距很大，避免了热岛效应。喷淋使冷凝温度降低6度，可有效避免送回风风温度降低了短路造成的热岛效应，同时提高机组能效IT负载率IT功率 kW基础设施系统功耗 kWPUE 25%10122761.27250%20015111.25575%30238081.267100%401310391.258备注：假负载测试当天2019年8月13日，室外温度22，湿度80%-90%蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学（水侧）液冷技术与蒸发冷却冷水机组结合的冷却系统形式系统可分
39、为两部分:室内侧循环和室外侧循环针对主要发热源CPU和内存，部件级精确制冷液体的比热容大、导热系数高，传热效率是空气的1000-3000倍采用液体冷媒，90%+热量通过液冷带走使用中高温水作为冷媒，实现全年自然冷却，空调系统能耗降低 80%风冷部分风扇风机功耗可降低 70%液冷部分年均 PUE1.1，加上风冷部分，平均 PUE 可优化至 1.2与传统风冷相比，年平均节省电费 40-50%蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学泵热交换单元换热器外循环回水45-60外循环供水35-50水平分液单元内循环回水50-65内循环供水40-55供水40-55回水50-65液冷冷板机房外墙间接
40、蒸发式冷水机组竖直分液单元（水侧）液冷技术与蒸发冷却冷水机组结合的冷却系统形式冷却塔or蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学项目地点：河南省郑州大学竣工时间：2020年10月冷源：水冷冷机+液冷冷却塔PUE指标：1.15国家超级计算郑州中心是全国第7家批复建设的国家超级计算中心，采用浸没式液冷服务器，单机柜最大功率可达168kW，通过冷却塔将液冷的热量散发出去，从而实现节能的目的。液冷技术与冷却塔结合的应用案例蒸发冷却空调在数据中心的应用西安工程大学西安工程大学液冷服务器80%的负荷由冷却水进行冷却，冷却水由开式冷却塔提供。冷却塔供冷全年可利用时间近5个月，节能率达35%以上，
41、全年平均PUE可达1.3以下。主要节能措施开式冷却塔供冷（自然冷却）液冷技术与冷却塔结合的应用案例蒸发冷却空调在数据中心的应用目 录蒸发冷却技术的发展01蒸发冷却理论与相关设备02蒸发冷却空调在数据中心的应用03发展趋势及展望04西安工程大学西安工程大学发展趋势技术集成化热管技术蒸发冷凝技术氟泵技术蒸发冷却技术机械制冷技术蒸发冷却技术液冷技术数据中心制冷空调系统西安工程大学西安工程大学发展趋势设备一体化间接蒸发冷却空调机组（AHU）间接蒸发冷却冷水机组硅立方浸没相变液冷+蒸发冷凝模块计算机西安工程大学西安工程大学发展趋势形式多样化气象条件能源供给及政策建筑风格及条件搭积木式间接蒸发冷AHU高密
42、度数据中心液冷+蒸发冷却散热集中式蒸发冷凝风冷散热系统山洞融合自然冷却数据中心智能高效热管+蒸发冷凝散热海水（湖水）潜冷自然冷却数据中心西安工程大学西安工程大学展望21注重优化蒸发冷却空调设备的结构尺寸，采用模块化高度集成的设计理念，在保证制冷量的同时减小机组的体积，实现蒸发冷却空调技术的预制化、产品化，同时将蒸发冷却技术与其他制冷技术、可再生能源技术更好结合进而更好的地迎合数据中心高速发展、快速建设的需求。加强数据中心相关蒸发冷却空调技术标准的制定，既要提出对不同形式的蒸发冷却空调产品高质量要求，又要在系统设计和运行维护方面进行引导，实现蒸发冷却空调系统高效的运行。3应当因地制宜的在“一带一
43、路”沿线国家做出适用性分析，将蒸发冷却空调产品与系统方案推向世界，助力构建绿色数据中心，加快“新基建”数据中心的建设步伐，为实现“碳中和”目标助力。尽管蒸发冷却技术不适合于全球所有国家尽管蒸发冷却技术不适合于全球所有国家，但遗憾的是但遗憾的是，在那在那些本来可以适用蒸发冷却的地方却没有被推广使用些本来可以适用蒸发冷却的地方却没有被推广使用。对那些可使用蒸对那些可使用蒸发冷却的潜在用户发冷却的潜在用户、国家和全球环境而言国家和全球环境而言，这是很不幸的这是很不幸的。James Bond在节能和碳减排已经成为影响人类未来的关键之一的今天在节能和碳减排已经成为影响人类未来的关键之一的今天，蒸发冷却空
44、调应该成为全球蒸发冷却空调应该成为全球4040% %的地的地区空调的主导方式区空调的主导方式，是这些地区空调的未来是这些地区空调的未来。中国工程院院士中国工程院院士江亿江亿蒸发冷却在数据中心冷却的挑战西安工程大学西安工程大学结语“今后全球通讯行业乃至整个电子信息产业发展的瓶颈不是大今后全球通讯行业乃至整个电子信息产业发展的瓶颈不是大规模集成技术规模集成技术，而是散热技术而是散热技术，它不仅影响到电子信息技术它不仅影响到电子信息技术，而且将而且将影响整个世界的经济影响整个世界的经济”。美国英特尔美国英特尔（IntelIntel）公司总裁帕特公司总裁帕特盖尔辛格盖尔辛格（GelsingerGelsinger）
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