隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展，機房創(chuàng)新節(jié)能也被提升到相當(dāng)重要的位置，而其中的機房空調(diào)節(jié)能更是扮演著舉足輕重的角色，高能效的機房空調(diào)也就愈來愈受到數(shù)據(jù)中心客戶的歡迎。目前，行業(yè)內(nèi)也陸續(xù)出現(xiàn)了能效比在3.0以上的風(fēng)冷機房空調(diào)機組和能效比在25以上的冷凍水型機房空調(diào)機組，經(jīng)過研究和對比，不難發(fā)現(xiàn)高能效機房空調(diào)機組的一個共性特征“模塊化設(shè)計”。空調(diào)也可模塊化嗎？模塊化真的高能效嗎？來自深圳市海洛斯有限公司（以下簡稱：海洛斯）的技術(shù)專家為我們從系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上深入研究了模塊化機房空調(diào)的能效表現(xiàn)。
大家可能會問什么是“模塊化機房空調(diào)”？和傳統(tǒng)機房的空調(diào)的主要區(qū)別？如附圖1所示模塊化機房空調(diào)分為電控&器件模塊、制冷模塊，各制冷模塊的結(jié)構(gòu)和功能相同且相互獨立。而傳統(tǒng)的機房的空調(diào)結(jié)構(gòu)形式大體可以分為兩種：1、制冷模塊1蒸發(fā)器和模塊2蒸發(fā)器分別左右一個“V/A”放置，見附圖2；2、“/”型盤管結(jié)構(gòu)，特點是盤管為從左到右為一整片，而制冷系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的布置又分為系統(tǒng)1/2上下布置及系統(tǒng)1/2里外疊放，見附圖3。
首先介紹下能效比EER的概念，能效比等于總制冷量/總輸入功率（ EER=Qe/P），總輸入功率包含壓縮機功率，室內(nèi)機風(fēng)機功率，室外機風(fēng)機功率；那么提高EER可以分兩個方向，提高制冷量和降低輸入功率。由于模塊化設(shè)計主要是機房空調(diào)室內(nèi)機的模塊化，所以本文只分析模塊化機房室內(nèi)機空調(diào)的節(jié)能，我們假定壓縮機不變和室外冷凝溫度不變（假定冷凝溫度為48攝氏度）。那么按照這兩個方向分析：
由于壓縮機不變，從逆卡諾循環(huán)看，提高蒸發(fā)溫度可以提高單位質(zhì)量流量制冷量，同時提高蒸發(fā)溫度會減小壓縮機吸入口的比容，可以提高系統(tǒng)的制冷劑質(zhì)量流量，二者疊加會有效的提高制冷量。但蒸發(fā)器溫度的提高對壓縮機的輸入功率影響很小。所以提高蒸發(fā)溫度提高制冷量的最有效手段。
減少總輸入功率主要是壓縮機功率和室內(nèi)風(fēng)機功率，由于壓縮機的輸入功率的最主要影響因素是冷凝溫度，基于我們假定恒定冷凝溫度，我們目標(biāo)可以鎖定在室內(nèi)機的功率。
綜上所述：理論上提高EER，針對室內(nèi)機需要集中力量解決的是提高蒸發(fā)溫度和降低室內(nèi)機風(fēng)機功率。提高蒸發(fā)溫度需要增加蒸發(fā)器的換熱：1.提高蒸發(fā)器面積（與占地面積矛盾）；2.在維持風(fēng)機功率不變或減少的基礎(chǔ)上提高風(fēng)量；3.提高蒸發(fā)器空氣側(cè)氣流分配均勻性；4.提高蒸發(fā)器制冷劑分配均勻性。而要在維持風(fēng)量不變或者提高的基礎(chǔ)上降低室內(nèi)風(fēng)機功率：1.建立室內(nèi)空調(diào)空氣側(cè)機內(nèi)阻力（機內(nèi)阻力包含過濾網(wǎng)阻力，盤管阻力，機內(nèi)流道阻力）；2.提高風(fēng)機效率。
結(jié)合以上的理論分析，機房空調(diào)室內(nèi)機模塊化設(shè)計的節(jié)能優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。從附圖1可以看到：
由于電控&制冷器件獨立模塊，單位占地面積蒸發(fā)器面積比“V/A”型可以提高5~10%，比 “/”型可以提高10~15%左右。同時基本所有器件被安置在獨立模塊中，會導(dǎo)致整個機組的流道阻力會降低100Pa以上，也減少氣流不均勻性的影響。
模塊化上下送風(fēng)空調(diào)的過濾網(wǎng)是貼合蒸發(fā)器放置，與傳統(tǒng)的空調(diào)上送風(fēng)過濾網(wǎng)門置和下送風(fēng)頂置有著很大的區(qū)別，過濾網(wǎng)面積是傳統(tǒng)的機房空調(diào)的2 ~2.5倍。大家都知道過濾網(wǎng)的空氣阻力與迎面風(fēng)速平方成正比，所以模塊化空調(diào)的過濾網(wǎng)空氣側(cè)阻力可以從200~300Pa減少至60Pa左右（基于蒸發(fā)器的迎面風(fēng)俗在2.2m/s）。由于過濾網(wǎng)貼合蒸發(fā)器放置，相當(dāng)于使空氣在進(jìn)入蒸發(fā)器前天然增加一個均流器，進(jìn)一步提高蒸發(fā)器的空氣側(cè)分配均勻性。
模塊化的空調(diào)的蒸發(fā)器為前后“W/M”放置，每個制冷模塊中包含一組“V/A”蒸發(fā)器，風(fēng)機居中放置，“V/A”蒸發(fā)器中的兩片換熱器的空氣側(cè)完全對稱，空氣側(cè)的風(fēng)速分布完全均勻。再看附圖2中，“V/A”型結(jié)構(gòu)天然會導(dǎo)致前后兩個系統(tǒng)的換熱器空氣分配不均，系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的運行參數(shù)會不同。再看附圖3“/”型的由于盤管會比較長，相對風(fēng)機的最遠(yuǎn)端和最近端的差距太大，導(dǎo)致整個蒸發(fā)器的空氣側(cè)分配的不均勻性。模塊化結(jié)構(gòu)盤管的空氣側(cè)CFD分析附圖5，兩側(cè)盤管風(fēng)速及均勻性良好。
由于模塊化結(jié)構(gòu)天然空氣側(cè)分配均勻性以及過濾網(wǎng)的均流效果，加上分配毛細(xì)管的優(yōu)化，各制冷模塊的蒸發(fā)器各回路回氣溫度的差異在±2℃，這意味著制冷劑分配非常均勻。制冷劑側(cè)分配可以進(jìn)一步提高蒸發(fā)器溫度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時可以進(jìn)一步提高空調(diào)的顯熱比。
模塊化機房空調(diào)的較小空氣側(cè)阻力的特點，可以優(yōu)化風(fēng)機的工作點，在相同風(fēng)量情況，大大的降低風(fēng)機輸出功率。以100kW空調(diào)為例，傳統(tǒng)的機房空調(diào)風(fēng)機輸入功率為6.6kW左右，模塊化機房空調(diào)的風(fēng)機輸入功率為5.0kW左右.
模塊化機房空調(diào)的大蒸發(fā)器以及高制冷劑分配均勻性的特點，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器溫度在8.5~9.5℃，與傳統(tǒng)機房空調(diào)的6.0~7.0℃相比是一個較大的跨越。
綜上所述，采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，增加單位占地面積蒸發(fā)器面積，增加過濾網(wǎng)過濾面積，降低了機組空氣阻力，提高制冷劑側(cè)分配均勻性，提高了蒸發(fā)溫度，從而提高制冷量，降低了風(fēng)機功率，提高了空調(diào)的能效比EER。目前經(jīng)過專業(yè)CFD模擬以及實機驗證測試，普通風(fēng)冷機房空調(diào)采用模塊化節(jié)能設(shè)計后能效比可高達(dá)3.2以上，冷凍水型機房空調(diào)采用模塊化節(jié)能設(shè)計后能效比可高達(dá)25以上。以上內(nèi)容所含部分原理、技術(shù)、圖片等信息為深圳市海洛斯有限公司技術(shù)專利及知識產(chǎn)權(quán)，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載和抄襲。
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