基于自然冷却的数据中心复合制冷空调系统研究

摘要

数据中心素有现代“能源黑洞”之称，用于数据中心环境控制的空调系统的能耗占数据中心总能耗的35～45％，研发高效空调系统是数据中心节能降耗的重点之一，自然冷却是实现数据中心空调节能有效方案。自然冷却技术可分为风侧自然冷却技术、水侧自然冷却技术和热管自然冷却技术，其中热管自然冷却技术以其高效传热等特点受到了重点关注。本文在前期研究的基础上，开发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷空调系统，并完成了性能测试和工程应用，主要工作和创新成果如下:1）研发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷HKF-200FH，其由蒸气压缩制冷单元和动力型分离式热管单元集成，分别采用一次冷媒和二次冷媒，具有蒸汽压缩制冷、复合制冷和自然冷却三种工作模式，高温季节由蒸气压缩制冷单元提供全部冷量;过渡季节热管单元满负荷工作，蒸气压缩制冷单元补充不足冷量;低温季节由热管单元提供全部冷量。2）研发了用于复合制冷机组的室外侧组合式换热器，其由热管单元的风冷换热器、蒸气压缩制冷单元的风冷冷凝器和共用风机组成，两片换热器分别位于进风侧和出风侧。3）设计了将自然冷却与蒸气压缩制冷系统耦合的关键部件管壳式蒸发冷凝器，其管程作为蒸气压缩制冷单元的蒸发器，在蒸气压缩制冷模式和复合制冷模式为壳程的第二冷媒提供冷量。4）设计了复合制冷机组HKF-200FH的性能测试方案（二次流体量热器法），测试结果显示:蒸气压缩制冷工况（室外温度35℃）、热管工况（室外温度10℃）的制冷量/EER分别为197.38kW/3.5、196.89/15.3，复合制冷机组能够根据室外工况的变化灵活切换工作模式。5）进行了应用研究，北京某“EB级云储存实验室”空调工程配套应用2台复合制冷机组HKF-200FH，运行测试显示:相比常规机房用蒸气压缩空调系统年节能率约为45％，安全、可靠和节能优势明显。
　　基于分离式热管的自然冷却/蒸气压缩复合制冷系统，拓宽了自然冷却的运行温区，实现了自然冷源的高效利用，特别适用于全天候运行的数据中心等电子电力设备的环控。

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 数据中心发展状况

1．1．2 数据中心能耗特点

1．1．3 数据中心冷却现状

1．2 本文研究目的及主要内容

第二章 自然冷却技术及复合制冷系统

2．1 自然冷却技术

2．1．1 风侧自然冷却

2．1．2 水侧自然冷却

2．1．3 热管自然冷却

2．2 热管技术简介

2．2．1 热管原理及其工作特性

2．2．2 分离式热管换热器

2．3 复合制冷技术原理

2．4 本章小结

第三章 自然冷却／蒸气压缩复合制冷机组设计

3．1．1 设计目的

3．1．2 技术要求

3．2 制冷循环热力计算

3．3 室外换热器设计

3．3．1 室外换热器结构设计

3．3．2 制冷冷凝器设计计算

3．3．3 热管换热器设计计算

3．4 蒸发冷凝器设计

3．4．1 蒸发冷凝器结构规划

3．4．2 设计参数

3．4．3 设计计算

3．5 循环液泵的选择

3．6 本章小结

第四章 复合制冷机组性能实验及应用分析

4．1 实验目的

4．2 实验方案及装置

4．3 实验结果与分析

4．4 工程应用分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果