間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應用，近年來漸漸得到了國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)大廠的青睞，且在國內(nèi)的很多地區(qū)都有了應用案例。

本期，我們繼續(xù)來探討數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)自然冷卻技術(shù)的相關(guān)知識。

一、4類氣流組織形式產(chǎn)品

當前應用在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的AHU產(chǎn)品形式各異，目前投入使用的AHU氣流組織形式主要分為4類，分別是：外冷式、內(nèi)冷式、兩段內(nèi)冷式和預冷式。

1、外冷式。

首先我們先定義AHU內(nèi)循環(huán)風稱為一次側(cè)風，外循環(huán)風作為二次側(cè)風，方便后面的介紹。在外冷式中，二次風進入AHU后，先經(jīng)過濕膜的降溫，然后再進入換熱芯體內(nèi)與一次風發(fā)生間壁式換熱。

這種組織形式的優(yōu)點是，換熱芯體內(nèi)減少了發(fā)生結(jié)垢、臟堵、腐蝕的風險，同時二次側(cè)噴淋水不易被裹挾出設備，因此WUE指標較好；缺點是相比于內(nèi)冷式的換熱效率低，且相同冷量機型尺寸更大。

2、內(nèi)冷式。

內(nèi)冷式是把外冷式的濕膜噴淋與換熱芯體換熱兩個環(huán)節(jié)合并為一個換熱過程了，即二次風進入機組后經(jīng)過防塵過濾后就直接進入換熱芯體與一次風間壁式換熱。如果需要蒸發(fā)冷卻則在二次風進換熱芯體前開啟噴淋水，實現(xiàn)對二次風蒸發(fā)冷卻，同時強化換熱芯體換熱效果。

這種組織形式的優(yōu)點是，換熱芯體的換熱效率高，相同冷量下的整機尺寸緊湊；缺點是噴淋水直接與換熱芯體接觸，芯體發(fā)生結(jié)垢、臟堵風險性提高，且存在未被完全蒸發(fā)的水滴隨二次風裹挾排到環(huán)境中去，WUE指標相對差一些。

3、兩段內(nèi)冷式。

兩段內(nèi)冷式，顧名思義，它的換熱過程分兩個階段，因此換熱芯體分成連接在一起的兩段。

第一段換熱芯體內(nèi)發(fā)生內(nèi)冷換熱，即二次風經(jīng)防塵過濾，再經(jīng)過噴淋蒸發(fā)降溫后進入換熱芯體與從第二段換熱芯體換熱降溫后的一次風發(fā)生間壁式換熱；

第二段內(nèi)發(fā)生干冷換熱，即從第一段換熱芯體換熱后的二次風進入第二段換熱芯體與從機房回風口來的高溫一次風間壁式換熱，該段換熱結(jié)束后二次風排到環(huán)境中去，一次風再進入第一段換熱芯體進行二次降溫換熱。

這種組織形式的初衷是因為內(nèi)冷式的二次風經(jīng)換熱芯體換熱后排到環(huán)境的溫度往往是低于環(huán)境溫度的，因此還存在冷量利用的價值，因此在原有內(nèi)冷的基礎上增加了干冷換熱環(huán)節(jié)，利用機房回風的高溫與內(nèi)冷換熱后尚有冷量的二次風進一步換熱，提高了利用效率，同時WUE指標也更優(yōu)秀。這種組織的缺點是相同冷量的機型，機組尺寸較大，且一、二次側(cè)的風阻較大。

4、預冷式。

預冷式的換熱過程也可以分兩部分，分別發(fā)生在兩個換熱部件里面，先后是換熱盤管與換熱芯體。因為間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)是需要有循環(huán)噴淋水來蒸發(fā)冷卻的，且噴淋水的溫度一定是低于環(huán)境的最低濕球溫度，為了進一步挖掘噴淋水的顯熱換熱能力，預冷式架構(gòu)中噴淋水先流經(jīng)換熱盤管與剛吸入設備的二次風換熱，達到預冷二次風的效果，然后再到換熱芯體噴淋蒸發(fā)，發(fā)生內(nèi)冷換熱過程。

此架構(gòu)的優(yōu)點是充分挖掘了噴淋水的顯熱潛力，提高了整機的換熱效率；缺點是相比內(nèi)冷式，增加了預冷換熱器及控制裝置，設備成本有所增加。

二、換熱芯體的不同

換熱芯體是IEC內(nèi)最核心的部件，因為它的換熱效率、可靠性、氣密性、耐壓性、結(jié)構(gòu)強度等直接影響到IEC整機使用時的性能。目前在用的IEC換熱芯體主要分兩種：金屬芯體、非金屬芯體。

其中非金屬芯體的材質(zhì)是一種高分子聚合物，特點是風道尺寸大，不容易發(fā)生臟堵，且噴淋布水均勻度好，缺點是單位體積換熱效率低，整機尺寸較大，非金屬換熱芯體的代表廠家是蒙特，例如管板表面帶突起的聚合物蒸發(fā)換熱器-Oasis IEC 200。

另一大類-金屬芯體的材質(zhì)通常采用鋁或者不銹鋼，并在表面做了環(huán)氧涂層的工藝處理，因此芯體表面呈現(xiàn)金黃色。其中針對其特性而定制化的水性環(huán)氧涂層一方面增強了表面的親水特性，另一方面增強了芯體的耐腐蝕能力，但是需要注意的是環(huán)氧涂層怕紫外線，因此使用中要注意遮陽防曬。金屬換熱芯體供應代表廠家有Heatex AB、Excool等。

目前國內(nèi)IEC設備廠家主流采用金屬芯體，代表有華為，阿爾西，英維克等。

三、風機布局不同

目前主流IEC廠家風機布局分兩種：

A：一次側(cè)抽風、二次側(cè)抽風；

B：一次側(cè)鼓風、二次側(cè)抽風。

在A方案中：

由于一二次側(cè)都是抽風，換熱芯體內(nèi)存在一次風側(cè)靜壓小于二次風側(cè)的可能，此外換熱芯體不可能做到完全的密封，經(jīng)統(tǒng)計，主流的金屬換熱芯體在400Pa壓差下密封泄漏量是0.1%，因此存在二次風泄漏進入一次側(cè)造成污染的風險。另一方面，這種布局的好處是換熱芯體的兩側(cè)壓差較小，因此對換熱芯體的結(jié)構(gòu)強度要求小。

在B方案中：

由于一次側(cè)風采用的是鼓風方式，換熱芯體的一次側(cè)氣壓高于二次側(cè)，杜絕了二次風泄漏進一次造成污染的可能性，缺點是換熱芯體一二次側(cè)的壓差增大很多，對換熱芯體的結(jié)構(gòu)強度要求高（目前僅有特殊設計的具有高耐壓性能的換熱芯體可以滿足4000Pa壓差的強度要求）。此外兩種風機布局形式對換熱芯體內(nèi)的氣流均勻度及換熱強度也有不同程度的影響。

四、噴淋技術(shù)的不同

不同設備廠家選擇的噴淋方案也有所區(qū)別，主要影響的是噴淋的均勻度與霧化顆粒度。噴嘴的形式眾多，例如實心錐、空心錐、扇形、靶式撞擊錐等，形式?jīng)Q定了噴淋布水的均勻度，覆蓋面積、霧化顆粒度等參數(shù)。

此外，循環(huán)噴淋水的管路壓力也會影響噴淋效果，這取決于設備廠家的設計方案。其中，高壓噴淋的噴淋霧化顆粒度小，提高了水滴與空氣的換熱效率，缺點是沒有完全蒸發(fā)的霧化水滴顆粒小，很容易被二次風裹挾帶到環(huán)境中去，增大了噴淋水的損耗；中壓噴淋的霧化顆粒度大，水滴與空氣的換熱效率相對較差，但由于顆粒度大，所以減少了被二次風裹挾帶走的概率，相對更節(jié)水。因此霧化噴淋方案需要結(jié)合蒸發(fā)換熱芯體、氣流組織設計等方面整體做選擇。

不同噴嘴的噴淋霧化效果

五、不同模式切換

目前主流IEC設備廠商提供的設備都支持三種模式切換：干模式（室外干球溫度《16℃）、濕模式（室外干球溫度》16℃且濕球溫度《19℃）、混合模式（室外濕球溫度》19℃）。

當然，用戶可以根據(jù)項目所在地的30年極端氣候參數(shù)做功能模式的取舍，例如地處高緯度地區(qū)的常年最高濕球溫度不超過19℃，則客戶需求的IEC設備就不需配置DX補冷設備，進而節(jié)省了設備初投資。雖然主流的IEC廠家都支持三種模式的運行，但是不同廠商的產(chǎn)品整機控制水平相差甚遠，設備運行的可靠性、節(jié)能、節(jié)水效果則均受控制水平的影響。

另外，將產(chǎn)品拆解成部件來看，IEC內(nèi)的耗能部件主要有一、二次側(cè)的循環(huán)風機、噴淋水系統(tǒng)、軟水處理系統(tǒng)、DX補冷系統(tǒng)。在同一種熱負荷及室外環(huán)境溫度下，IEC可以有很多種的不同狀態(tài)組合以滿足IT設備的散熱要求，例如噴淋多一些，則循環(huán)風機轉(zhuǎn)速可以低一點；DX補冷比例高一些則噴淋可以少一點等。

因此在不同工況下，必然存在系統(tǒng)運行的動態(tài)平衡和最優(yōu)參數(shù)設置，同時節(jié)電優(yōu)先還是節(jié)水優(yōu)先的效能最大化目標還需要根據(jù)具體客戶的需求來調(diào)整。

審核編輯 ：李倩