两种动力型分离式热管系统的试验研究

针对数据中心自然冷却需求,研究气体动力型分离式热管与液体动力型分离式热管,设计10kW复合空调样机,在标准焓差法试验室进行性能试验。结果表明:当室内外温差达到20℃时,即可利用气体动力型分离式热管替代蒸气压缩式制冷系统(相同制冷量),实现节能8%~10%;当室内外温差达到30℃时,液体动力型分离式热管系统制冷量可以达到设计指标,能效比EER为8.3,气体动力型分离式热管系统能效比EER为7.4;动力型分离式热管可以改善制冷剂在系统中的分布状态,液体动力型分离式热管可以提高蒸发温度,降低蒸发侧换热温差,气体动力型分离式热管可以提高冷凝温度和冷凝侧换热温差。     

热管复合型机房空调研究与试验

针对数据机房、基站全天候温控需求,提出一种新型热管复合型机房空调系统,并设计出30 k W热管复合型机房空调样机,在标准焓差法实验室进行性能试验。结果表明:当室内外温差(Δt)达到28℃时,由制冷剂泵驱动的热管系统制冷量达到29.6 k W,能效比EER为7.9;当28℃Δt≥15℃时,系统运行复合模式,通过调节压缩机转速补偿热管系统制冷能力不足,实现按需制冷;制冷剂泵的驱动力克服了重力热管背板在水平方向上分液不均的问题,闪蒸气旁通技术解决了平行流蒸发器分液不均的问题;相较于传统压缩制冷系统,热管复合型机房空调系统成本低,全年能效比(AEER)提高50%以上。     

热管/蒸气压缩复合空调原理及其在高发热量空间的应用效果分析

移动通讯基站与网络数据机房等高发热量空间由于需要全年供冷,空调能耗很高。热管/蒸气压缩复合制冷技术是一种将分离式热管和蒸气压缩式制冷有机融合,实现两者优势互补的高效冷却技术。本文阐述热管/蒸气压缩复合制冷技术的工作原理与节能机制,并将开发的热管/蒸气压缩空调机组在全国南北多个基站中进行长期试点应用,实测结果表明,机组运行稳定、室内温度控制良好,在同等条件下,比常规基站空调节能30%~45%。该机组的设计原理与应用结果为各种类型热管/蒸气压缩复合制冷机组的研发和应用奠定基础。     

三介质换热器及其在热泵(空调)系统中的应用

针对现有复合能源系统阀门切换、制冷剂优化分布等问题,本文介绍翅片管式三介质换热器及其在复合能源热泵及回路热管/蒸气压缩一体式机房空调系统中的应用。基于三介质换热器的太阳能-空气源热泵(空调)系统采暖季平均能效可达3.74(北京地区,9℃取热),较空气源热泵+辅助电热空调系统可节能30%以上。而基于三介质换热器的回路热管/蒸气压缩一体式机房空调系统在室内外温差20℃时能效比达到20.0,全年能效比达到11.4,在我国大部分地区都有明显的节能效果。翅片管式三介质换热器及复合能源热泵(空调)系统为各类建筑的温度控制提供了有效的节能方式和技术。     

自然冷却/蒸气压缩复合制冷系统研究

本文研发了一种由蒸气压缩制冷和分离式热管集成的自然冷却/蒸气压缩复合制冷空调系统,分别采用第一工质和由液泵驱动的第二工质进行循环。该系统具有蒸汽压缩制冷、复合制冷和自然冷却3种运行模式,高温季节压缩制冷提供全部冷量,过渡季节压缩制冷补充自然冷却不足的制冷量,低温季节自然冷却提供全部冷量。同时,研制了复合制冷系统样机HKF-200FH,其压缩制冷回路由3个独立的制冷单元并联,并与热管环路通过壳管式蒸发冷凝器相连。蒸发冷凝器的管程作为压缩制冷回路的蒸发器,在压缩制冷模式和复合制冷模式下为通过壳程的第二工质提供冷量。对样机性能进行了实验测试,结果显示：随着室外温度降低,复合系统的制冷量变化较小,能效比EER逐渐升高;压缩制冷模式（环境温度35 ℃）和自然冷却模式（环境温度10 ℃）下机组的制冷量分别为197.38 kW和196.89 kW,EER分别为3.5和15.3。2台系统样机自2014年5月在北京某“EB级云存储实验室”空调示范工程安全可靠的运行至今,监测结果显示,相比传统压缩制冷系统年节能率约为45%,节能优势显著。     

数据中心专用内循环式露点蒸发冷却空调机组的研发与应用

为了降低干燥地区数据中心的运行能耗,研发一种内循环式露点蒸发冷却空调机组。通过建立室内外双工况试验平台,对样机性能进行测试,结果表明,内循环式露点蒸发冷却空调机组主要受室外空气湿球温度的影响,湿球温度越低其制冷量越大。根据该机组在兰州地区的应用分析发现:当室外空气湿球温度低于14℃时,可以采用内循环式露点蒸发冷却空调机组代替机械压缩制冷机组满足数据中心的降温需求;当室外空气湿球温度在14~18℃时,内循环式露点蒸发冷却空调机组基本能够满足数据中心降温需求,部分时间需要传统机械压缩制冷设备辅助制冷;当室外空气湿球温度高于18℃时,内循环式露点蒸发冷却空调机组的能效偏低,此时宜停用。综合分析表明,在干燥地区引入内循环式露点蒸发冷却空调机组,年节能率可达64%。     

热管型机房空调系统设计与分析

针对数据机房、基站全天候空气调节需求,提出一种新型热管型机房空调系统,并设计制造额定制冷量为13 kW的热管型机房空调样机,在标准焓差实验室进行性能试验。结果表明:当室内外温差Δt≥13℃时,可利用室外自然冷源构造出具有节能效益的准热管,在满足13 kW制冷能力前提下,EER提高5%~35%;当Δt≥23℃时,系统运行热管模式,EER提高35%以上;在不增加成本的前提下,热管型机房空调全年能效比(AEER)较具有同等能力定速型、变频型机房空调分别高40%和20%以上;该技术为低成本节能型机房空调产品的开发开辟新思路。     

热管复合式制冷机组的研发与应用

研发了一种适用于数据中心等电子设备全天候环境控制的新型高效制冷机组HKF-60FH,其集成蒸气压缩制冷系统、分离式热管系统于一体,具有压缩制冷、复合制冷和热管制冷三种工作模式。压缩制冷单元由4台涡旋式压缩机两两并联构成2个独立的制冷回路,通过变容量控制实现制冷量调节;热管单元使用第二制冷剂,由液泵驱动强制循环;风冷侧采用组合式换热器,其由热管单元的换热器、压缩制冷单元的冷凝器和风机构成。高温季节运行压缩制冷模式,压缩制冷系统的第一制冷剂通过冷凝蒸发器为第二制冷剂提供全部冷量;过渡季节运行复合制冷模式,热管单元满负荷工作,不足冷量由压缩制冷单元提供;低温季节运行热管模式,全部使用自然冷源。HKF-60FH配套应用于某高性能计算机的空调系统,蒸发器设置在服务器桁架内,采用水平送风、闭式循环的气流组织方式,回风温度设定为33℃。性能测试显示:制冷工况(环境温度35℃)和热管工况(环境温度10℃)的制冷量/COP分别为61.3 k W/3.23和59.8 k W/11.3。     

动力型分离式热管设计与试验研究

为了研发数据机房用蒸气压缩/热管复合型环控系统,进行动力型分离式热管模块的设计和性能试验。热管系统采用平行流冷凝器和管片式蒸发器,由屏蔽泵提供循环动力,并由调节阀控制供液量。在标准焓差法试验室进行热管模块的制冷性能试验,结果表明：1热管系统在设定工况的制冷性能达到设计指标,验证热管系统参数匹配的合理性和实用性;2热管模块的制冷量、EER与室内外温差近似为线性关系;3液泵驱动的动力型分离式热管系统运行稳定、可靠,解决了重力型分离式热管的运行稳定性问题,简化了系统的安装,易于实施流量调节和能量控制。     

旋转气泵驱动环路冷却机组的工作特性

利用自然冷源可有效降低数据中心的冷却能耗,本文研发了一种由旋转气泵驱动的环路自然冷却机组,采用R22作为循环工质,在标准焓差室中搭建实验台。研究了机组的性能及循环特性,并与液泵驱动环路热管机组进行对比。结果表明:随着室内外温差的增加,气泵机组制冷量与EER呈先增大后减小的趋势,功率始终呈下降趋势。机组在室内外温差为25℃时性能最佳,制冷量为17.6 kW,机组能效比(EER_(unit))为15.1,机组功率为1.16 kW,气泵功率为0.509 kW。而与液泵机组相比,当室内外温差为25℃时,气泵机组EER_(unit)比液泵机组EER_(unit)高25.5%;在室内外温差为10℃时,气泵机组EER_(unit)比液泵机组EER_(unit)高104.7%。     

微通道换热器在热管/蒸气压缩复合空调机组中的应用

热管与蒸气压缩复合空调机组是适用于基站等高发热空间的全年制冷解决方案,在能效、成本和运行维护方面均具有良好的优势。但是复合空调机组换热器尺寸比传统基站空调尺寸大很多,造成整机产品体积大、质量大,在移动通信基站的商业化应用中受到制约。为此,本文提出基于微通道换热器在热管/蒸气压缩复合空调机组中应用的技术方案,与采用铜管铝翅片换热器的热管/蒸气压缩复合空调机组进行试验对比分析。试验结果表明,采用微通道换热器技术,室内机宽度和高度分别减小16%和17%,质量减小22%,室外机宽度和高度分别减小21%和24%,质量减小28%。整机能效比在蒸气压缩制冷工况下提高6.4%,在热管制冷工况下提高4.7%。同时该技术方案较好解决微通道蒸发器翅片冷凝水排水不畅、蒸发器制冷剂分配不均等技术问题。     

气泵驱动冷却机组在某小型数据中心的运行性能分析

为了将气泵驱动冷却机组更好地应用于数据中心,本文对自行设计的气泵驱动冷却机组在北京地区某小型数据中心的运行性能进行研究,通过监测其实际运行情况,分析了机组的工作特性,拟合出工作特性曲线。结果表明:机组换热量随室内外温差的增大而增大,当室内外温差为11℃时,换热量约为10.4 kW,室内外温差达到23℃时,换热量约为13.6 kW;气泵功率随室内外温差的增大而减小,当室内外温差为11、23℃时,气泵功率分别为1 300、810 W。当室外温度为-3.7℃,室内外温差为23℃时,机组EER可达10.40。当室外温度低于15℃时,采用此机组对数据中心机房进行散热能够满足室内负荷要求,与采用原空调散热相比全年节省电量6 842.24 kW·h,全年节能率约为25.78%。     

分离式热管空调对机房温度控制效果的试验研究

为进一步研究用于数据中心机房节能减排的技术手段,利用热管原理,开发配套机柜使用的分离式热管空调。通过控制机柜的热负载功率,在实际应用场所测试分离式热管空调的出风温度和回风温度以评估其制冷效果,要求当每个机柜的热负载不大于7 kW时,机柜出风温度不高于27℃。测试数据显示:此类空调在控制机房温度上的效果显著,为该类产品的进一步开发提供依据。     

多联式机房空调系统试验研究

针对数据机房、基站全天候空气调节需求,提出多联式机房空调系统,设计制冷量为40 kW的室外机及一台制冷量10 kW的室内机、2台制冷量15 kW的室内机,在标准焓差试验室进行性能试验,结果表明:多联式机房空调系统具有很好的节能效益,化解了定速单元式机房空调能量调节不足问题;与定速单元式机房空调相比,全年能效比AEER提升50%;多联式机房空调系统降低机组成本,提高了空间利用率;各室内机制冷量、显热比达到设计指标,为空调系统的稳定性和实用性提供保障;该技术为数据中心、信息基站等高发热量空间的低成本、高能效温控需求提供了新的途径。     

蒸发冷却式热管与蒸气压缩复合数据中心空调系统性能实验研究

为解决传统数据中心空调系统能耗高和冷却效率低等问题,本文提出了带有蒸发式冷凝器的制冷剂泵驱动热管与蒸气压缩复合数据中心空调系统,实验分析了不同室外温度与冷凝器风速下系统的运行性能.结果表明:在热管模式下,当室外温度低于0℃时,降低冷凝器风速能够提升系统COP;当室外温度高于0℃时,增大室外机风速能够提高系统节能性.降低...     

集装箱式数据中心吊顶式空调的研制

简要介绍集装箱式数据中心吊顶式空调的结构和系统原理,将其与普通机房空调进行测试对比,测试结果表明,吊顶式空调的能效比远高于普通机房空调,显热制冷量也高于普通机房空调,比普通机房空调更节能。     

喷雾冷却技术对风冷多联式空调机组性能的影响

为改善风冷多联式空调机组室外机通风换热效果，提出采用喷雾冷却技术，并针对该技术对风冷多联式空调机组性能的影响进行试验研究。结果表明：采用喷雾冷却技术可以保证室外机侧高温度下风冷多联式空调机组的制冷量，当室外机侧环境温度达到50℃时，风冷多联式空调机组的制冷量仍可达到额定制冷量的90%;当室外机侧环境温度在39℃及以下时，采用喷雾冷却技术能够提高风冷多联式空调机组的制冷能效比EER,提升幅度在10%以上。     

热管-蓄冷空调系统在数据中心的节能应用方案研究

本文以某数据中心机房为例,通过改造原有空调系统以充分利用全年室外空气冷源,利用单向二极管式热管构建热管/蒸汽压缩复合空调系统,以固化十二醇硬脂酸为蓄冷材料增设蓄冷系统,结果显示:改造后能源使用效率PUE从2.1降低为1.51,自然冷却全年使用时间占75%,年节能率达28%。并提出了自然冷却能效FCE,探讨了北方地区数据机房利用自然冷源的途径,对数据中心的节能设计具有参考价值。     

基于氟泵增压的机房空调系统性能实验研究

为解决蒸气压缩式制冷空调系统在低冷凝温度时产生供液不足以及寒冷季节自然冷能利用率低的问题,本文设计了氟泵增压空调系统并实验研究了系统运行特性。该系统可以在夏季炎热季节、过渡季节和冬季寒冷季节分别以蒸气压缩、氟泵增压、单氟泵驱动3种模式运行。结果表明：实验中使用毛细管/电子膨胀阀的传统压缩蒸气制冷系统分别会在室外温度低于25 ℃/15 ℃时发生供液不足、制冷量下降的问题,使用氟泵增压系统在室外温度为﹣5~25 ℃的工况范围内均可实现100%以上的额定制冷量,COP可达3.96~6.25,满足过渡季节工况下的运行需求。室外温度低于﹣5 ℃时,使用单氟泵驱动可满足额定制冷量,且COP＞19。     

机械制冷/回路热管一体式机房空调系统研究

降低数据中心冷却系统能耗,已成为节能减排的迫切要求。热管自然冷却是降低这一能耗的有效方法之一。为解决热管自然冷却在炎热季节需要机械制冷辅助的问题,进一步提升热管自然冷却的节能潜力,本文提出一种新型机械制冷/回路热管一体式机房空调系统。利用三介质换热器将机械制冷回路和回路热管耦合起来,实现了二者的同时或单独工作,避免了现有系统依赖电磁阀切换带来的可靠性隐患。利用焓差实验台对系统性能进行了实验研究。实验结果表明,系统最佳充液率为100%左右。三个工作模式均具备良好的制冷能力,热管模式EER值在20℃温差下达20.8。以济南地区的数据中心为例进行了全年能耗计算,计算结果表明这一新型系统与传统空调系统相比节能40%,有着良好的应用前景。