隨著數據中心的高速發(fā)展，機房創(chuàng)新節(jié)能也被提升到相當重要的位置，而其中的機房空調節(jié)能更是扮演著舉足輕重的角色，高能效的機房空調也就愈來愈受到數據中心客戶的歡迎。目前，行業(yè)內也陸續(xù)出現了能效比在3.0以上的風冷機房空調機組和能效比在25以上的冷凍水型機房空調機組，經過研究和對比，不難發(fā)現高能效機房空調機組的一個共性特征“模塊化設計”。空調也可模塊化嗎？模塊化真的高能效嗎？來自深圳市艾特網能有限公司（以下簡稱：艾特網能，官方微信：iteaq2015）的技術專家為我們從系統(tǒng)和結構上深入研究了模塊化機房空調的能效表現。
大家可能會問什么是“模塊化機房空調”？和傳統(tǒng)機房的空調的主要區(qū)別？如附圖1所示模塊化機房空調分為電控&器件模塊、制冷模塊，各制冷模塊的結構和功能相同且相互獨立。而傳統(tǒng)的機房的空調結構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、“/”型盤管結構，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，室內機風機功率，室外機風機功率；那么提高EER可以分兩個方向，提高制冷量和降低輸入功率。由于模塊化設計主要是機房空調室內機的模塊化，所以本文只分析模塊化機房室內機空調的節(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風機功率，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，我們目標可以鎖定在室內機的功率。
綜上所述：理論上提高EER，針對室內機需要集中力量解決的是提高蒸發(fā)溫度和降低室內機風機功率。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.在維持風機功率不變或減少的基礎上提高風量；3.提高蒸發(fā)器空氣側氣流分配均勻性；4.提高蒸發(fā)器制冷劑分配均勻性。而要在維持風量不變或者提高的基礎上降低室內風機功率：1.建立室內空調空氣側機內阻力（機內阻力包含過濾網阻力，盤管阻力，機內流道阻力）；2.提高風機效率。
結合以上的理論分析，機房空調室內機模塊化設計的節(jié)能優(yōu)勢就體現出來了。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。
模塊化上下送風空調的過濾網是貼合蒸發(fā)器放置，與傳統(tǒng)的空調上送風過濾網門置和下送風頂置有著很大的區(qū)別，過濾網面積是傳統(tǒng)的機房空調的2 ~2.5倍。大家都知道過濾網的空氣阻力與迎面風速平方成正比，所以模塊化空調的過濾網空氣側阻力可以從200~300Pa減少至60Pa左右（基于蒸發(fā)器的迎面風俗在2.2m/s）。由于過濾網貼合蒸發(fā)器放置，相當于使空氣在進入蒸發(fā)器前天然增加一個均流器，進一步提高蒸發(fā)器的空氣側分配均勻性。
模塊化的空調的蒸發(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，風機居中放置，“V/A”蒸發(fā)器中的兩片換熱器的空氣側完全對稱，空氣側的風速分布完全均勻。再看附圖2中，“V/A”型結構天然會導致前后兩個系統(tǒng)的換熱器空氣分配不均，系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的運行參數會不同。再看附圖3“/”型的由于盤管會比較長，相對風機的最遠端和最近端的差距太大，導致整個蒸發(fā)器的空氣側分配的不均勻性。模塊化結構盤管的空氣側CFD分析附圖5，兩側盤管風速及均勻性良好。
由于模塊化結構天然空氣側分配均勻性以及過濾網的均流效果，加上分配毛細管的優(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。制冷劑側分配可以進一步提高蒸發(fā)器溫度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時可以進一步提高空調的顯熱比。
模塊化機房空調的較小空氣側阻力的特點，可以優(yōu)化風機的工作點，在相同風量情況，大大的降低風機輸出功率。以100kW空調為例，傳統(tǒng)的機房空調風機輸入功率為6.6kW左右，模塊化機房空調的風機輸入功率為5.0kW左右.
模塊化機房空調的大蒸發(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)機房空調的6.0~7.0℃相比是一個較大的跨越。
綜上所述，采用先進的模塊化結構設計理念，增加單位占地面積蒸發(fā)器面積，增加過濾網過濾面積，降低了機組空氣阻力，提高制冷劑側分配均勻性，提高了蒸發(fā)溫度，從而提高制冷量，降低了風機功率，提高了空調的能效比EER。目前經過專業(yè)CFD模擬以及實機驗證測試，普通風冷機房空調采用模塊化節(jié)能設計后能效比可高達3.2以上，冷凍水型機房空調采用模塊化節(jié)能設計后能效比可高達25以上。以上內容所含部分原理、技術、圖片等信息為深圳市艾特網能有限公司技術專利及知識產權，未經許可不得轉載和抄襲。
