数据中心空调系统原理和架构

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数据中心空调系统：

数据中心空调系统的主要设备类型和系统组成结构一般分为水冷冷冻水系统、风冷冷冻水系统、水冷氟系统、风冷氟系统四种，如下图所示：

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风冷氟系统（机房空调）

组成简单，由一个内机和一个外机组成，内机包含压缩机、蒸发器和膨胀阀，外机为冷凝器。

图1 风机机房空调原理

优点：系统简单、完全独立，投资低，分期建设方便，无单点故障，可靠性最高。

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。

场景：系统简单可靠，维护方便，不需要值守，是中小型数据中心普遍采用的方案。

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集中水冷冷冻水空调系统

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。

图2.0 水冷冷冻水空调原理

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。

场景：水冷冷冻水在终期负荷可以取得很好的能效，是目前大型数据机房中心普遍采用的方案。

图2.1 集中水冷冷冻水系统架构

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集中风冷冷冻水空调系统

只有一个冷冻水系统，在壳管蒸发器内，冷冻水与冷媒进行热交换，冷媒系统吸收水中的热负荷，使水降温产生冷冻水﹐通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器，再由散热风扇散失到外界的空气中，也就是风冷却，系统主要由风冷冷水机组、循环水泵、定压系统、冷冻水空调末端及管路阀门等组成。

图3.0 风冷冷冻水空调原理

优点：只有一个冷冻水系统，系统简单，运维方便；在冷冻水系统中加入防冻液，可以解决低温情况下的防冻问题。

缺点：风冷机组满负荷能效低于水冷机组，外机采用风冷，夏季易高压。

场景：在冷冻水系统加入防冻液可以防冻，故适合夏季气温不高，冬季气温低的东北、西北等极寒区域的数据中心。

图3.1集中风冷冷冻水系统架构

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水冷氟系统（集中冷却水空调系统）

只有一个冷却水系统，主要由冷却塔（推荐闭式）、冷却水泵、定压系统、壳管换热器、机房空调内机及管路阀门等组成。

图4.0 集中冷却水空调系统原理

优点：系统简单，只有一个冷却水系统，建设维护方便；采用壳管换热，水管不进机房；采用冷却塔散热，解决普通风冷空调外机无法布置和夏季散热不良问题；部分负荷和满负荷情况下能效均较高。

缺点：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。

场景：适合大中型数据中心

图4.1集中风冷冷冻水系统架构

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