动图全方位解析机房空调原理、风冷及水冷系统

　　机房空调属于精密空调的一种，是为了满足精密设备特殊工艺及特定环境的要求而设计的，其目的是精确控制其温度、湿度等并要求控制在一定范围。 机房空调具有高显热比、要求大风量。一般为达到所需空气参数，机房空调空调系统一般由制冷循环和空气循环两个循环部分组成，并主要分为水冷和风冷两类。下面我们就通过系列动图，来了解下机房空调的水冷系统和风冷系统。

机房风冷系统

　　这是传统的冷却方法，空调由内机和外机通过氟管路连接而成，内机由压缩机、膨胀阀和蒸发器等组成，可以实现制冷和气流输送等功能，外机则用来散热，如图1。常规采用定速涡旋压缩机制冷，少量采用数码涡旋或者变频涡旋压缩机;风冷室外机安装在室外或楼顶，内外机距离有限制：常规不高于室内机20米，不低于室内机5米，室内外管路长度推荐小于60米，超出需要延长组件和措施。

　　图1 风冷机房空调典型结构

　　1.2 送风方式：常规分为上送风方式(图2)，风管送风方式(图3)和地板下送风(图4)：

　　图2

　　图3

　　图4

　　1.3 典型布置：为了优化气流和进一步提升冷却，采用下送约束是比较通风并进行冷池用的一种方式，如图5。

　　图5 房间级空调典型气流

　　1.4 适合场景：风冷空调相互间独立，无单点故障，特别适合中小型数据中心，当输送气流距离较短时，可以单侧布置，当输送距离较远时，采用双侧布置，如图6。

　　图6 数据中心风冷空调布置

　　1.5 内机方式：除房间级空调外，还有风冷行间空调和柜级空调，这种方式，可以降低气流的输配距离，减少风机耗电，行间空调配合冷热池封闭可以取得较好的冷却效果，图7，如果不封闭如图8。

　　图7 行间空调+热池封闭

　　图8 风冷行间空调

　　为了进一步降低气流输配距离，部分数据机房也会采用柜级冷却方式，如热管背板，图9

　　图9 柜级空调

　　1.6 风冷机房空调优缺点

　　优点：系统简单、完全独立，投资低，分期建设方便，无单点故障，可靠性高。缺点：外机数量多;涡旋压缩能效低于离心机;外机风冷散热，大规模布置不宜，夏天容易高压;整体能效不高。适合：中小型数据中心。

机房水冷系统

　　水冷冷冻水系统包含两个水系统，冷却水系统和冷冻水系统，系统主要由水冷冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵、水处理设备、定压补水系统、冷冻水空调末端及管路阀门等组成，如图10

　　图10 水冷冷冻水空调

　　2.1 压缩机，水冷冷冻水系统一般采用大型冷冻机组，冷量较大的选用离心机组以获得较好的能效比，图11，部分中型数据中心也会选用螺杆机组，图12。

　　图11 离心机组工作原理

　　图12 螺杆机工作原理

　　2.2板换：为了进一步提升能效，降低能耗，也会选配板换系统，图13，当环境温度较低时，开启板换自然换热。

　　图13 板换工作原理

　　2.3 末端方式：冷冻水空调末端也分为房间级(图14)、行间级(图15)和柜级空调。

　　图14 冷冻水房间级架构

　　图15 冷冻水行间架构

　　部分数据中心也会采用顶置空调，采用热通道封闭方法，进一步缩短气流循环距离，安装顶置空调的放置方式，可以分为卧式(图16)和立式(图17)。

　　图16 顶置空调

　　图17 顶置柜级空调

　　2.4 冷却塔：冷却塔有开塔、闭塔，有横流和逆流之分，数据中心冷却塔一般选用钢塔，图18 为横流开式钢塔。

　　图18 冷却塔

　　2.5 循环水泵：水泵是一种把机械能转换为液体能量、让水在水系统中循环起来的装置，冷冻水和冷却水的循环都是通过水泵来进行的，常见循环水泵有端吸泵和双吸泵，如图19。

　　图19 循环水泵

　　2.6 蓄冷罐：考虑市电中断后，冷冻机组从开机到正常运作需要一定的时间，故必须进行一定数量的冷冻水量储备，如建立蓄冷罐或者蓄冷池，确保机房设备安全运行。蓄冷罐有开式和闭式之分，闭罐又分为立式和卧式，如图20。

　　图20 卧式蓄冷罐

　　2.7系统特点：

　　优点：采用冷却塔散热，占地面积小且散热效果好;离心压缩能效高;冬季情况下使用板换可以实现免费供冷。

　　缺点：系统构成复杂，投资大，有冷却和冷冻两个水系统，建设实施和运行维护复杂;水系统可靠性低，存在水浸机房可能;存在单点故障，需采用设备备份、环网或者双系统来解决可靠性问题。

　　常见布置：冷机能效高，终期负荷配备板换自然冷却可以取得较好的能效，是目前大型数据机房中心普遍采用的方案。

　　横流塔

　　逆流塔

　　孔板原理

　　冷机变频

　　冷机喘振

　　冷机启动方式

　　离心机压力变化

　　离心机制冷原理

　　离心机组旋转

　　气流组织

　　蓄冷罐原理

　　压焓图

　　蒸发器