自然冷却风冷冷水机组系统

数据中心是耗能大户，而机房精密空调系统在整个数据中心的能耗占比超过30%，仅次于IT设备的能耗，所以在数据中心空调系统设计中，对节能的重视程度日益高涨，而自然冷却技术作为最核心的节能技术，根据数据中心地理位置、气候条件、能源供给等方面的不同特点，会有不同的表现形式和架构类型，其中，最为成熟和常见的有以下3种形式：

1、数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组系统

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组，是专门为中大型数据中心机房专门设计制造的高可靠性的集中式冷源。与数据中心配套安装于机房内的冷冻水型机房空调一起组成了数据中心机房专用的空调冷冻水系统。

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组的主要部件包括了螺杆式压缩机、风冷冷凝器、冷凝风机、膨胀阀、蒸发器，还包含了自然冷却盘管、电动三通阀等。

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组的原理：在电脑控制系统管理下，当冷凝器的进风温度低于回水温度2℃时，自然冷却便开始工作，进入部分自然冷却模式，从数据机房出来的回水被送到自然冷却盘管先利用室外低温空气进行冷却，这是预冷却的阶段；再被送到蒸发器冷却，减轻压缩机的工作负荷。自然冷却盘管与压缩机机械制冷同时工作。随着冷凝器的进风温度逐渐降低，自然冷却制冷量逐渐增加，压缩机机械制冷量逐渐减少，当冷凝的进风温度降到设定值时，进入全部自然冷却模式，冷却工作全靠自然冷却盘管完成，压缩机机械制冷停止运行。节能比例可达20%~80%，该系列机组应用于北京地区全年节能量约为39%，应用于沈阳地区全年节能量约为61%，应用于哈尔滨地区全年节能量约为72%。数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组系列单台机组制冷量从115~1744kW。

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组适用于长江流域或以北的大部分地区。室外环境越低，冬季越长的地区，节能量越大。自然冷却风冷冷水机组机械制冷原理图。

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组优势：

带自然冷却风冷冷水机组配置了螺杆式压缩机，具有较高的运行可靠性。能满足数据中心具有全年365天，每天24h连续运行的特点。

带自然冷却风冷冷水机组综合能效要比单元式直接蒸发式机房空调的能效要高，在同等负荷条件下，更加节能。

带自然冷却风冷冷水机组系统对应的采用集中式空调水系统形式，故自然冷却风冷冷水机组系统可实施更多的节能技术。

带自然冷却风冷冷水机组系统适用于新建的中大型数据中心，节能潜力大，值得大力推广。

带自然冷却风冷冷水机组系统的优势：更适合在北方低温地区数据中心使用，与水冷冷水机组相比系统相对简单，运维管理方便，不存在冬季冷却水冻结等问题。

带自然冷却风冷冷水机组的缺点：夏季等高温季节能效比较低，在南方地区数据中心节能量比较小，使用受到限制。

数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组具有3种运行模式：

机械制冷模式：从数据机房出来的回水直接进蒸发器冷却。压缩机与风冷冷凝器均运行在机械制冷模式。

部分自然冷却模式：当空气温度降到低于回水温度2℃时，回水直接进入自然冷却盘管，在进入蒸发器前先利用室外空气进行冷却，部分自然冷却模式时，回水是靠自然冷却盘管预冷却再靠压缩机机械制冷的蒸发器冷却。

全部自然冷却模式：当空气温度降到设定值时，冷却工作全靠自然冷却盘管进行，压缩机机械制冷停止工作。

2、数据中心水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统

目前，中央空调形式的中大型数据中心最常用的两种空调形式，一种是数据中心专用带自然冷却风冷冷水机组系统，另一种就是数据中心水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统。水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统在长江流域的中大型数据中心比较常见，为数据中心机房、程控交换机房、计算机房等多种高精度要求的高科技设备场所专门设计制造的高可靠性符合工艺要求的专用冷源。与水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却设备配套安装于机房内的空调设备冷冻水型机房空调一起组成了数据中心水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统。

数据中心水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统既包含了螺杆式水冷冷水机组（或离心式水冷冷水机组）、冷冻水循环水泵、冷却水循环水泵、开式冷却塔、板式换热器、电动三通阀门、电动两通阀等主要设备。

数据中心水冷冷水机组+开式冷却塔+板式换热器自然冷却系统的工作原理如下：

（1）当开式冷却塔的出水温度低于冷冻水系统的回水温度3℃时，进入板式换热器自然冷却与冷水机组联合运行工作模式，这时V4与V5电动三通阀的A-C与A-B向均导通，部分冷却塔出水进冷水机组的冷凝器，部分冷却塔出水进入板式换热器；V2电动两通阀全开，V3电动两通阀全关，从数据机房空调设备出来较高温度的回水先进入板式换热器初步降温，再进入冷水机组蒸发器进一步降温，达到供水温度后被送入数据机房空调设备。板式换热器自然冷却与冷水机组联合运行时，冷水机组的部分负载工作，冷水机组的一部分负载被自然冷却系统代替。自然冷却系统替代了冷水机组螺杆压缩机的部分负载，从而产生节能量。