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。     

数据中心自然冷却技术研究进展

数据中心的能耗增长日益受到关注,其能耗的很大部分是用于机房冷却。采用节能冷却方法是节能减排的迫切要求,自然冷却技术是其中的有效方法之一。自然冷却技术的实施有三种主要方式:空气侧自然冷却、水侧自然冷却和热管自然冷却。空气侧自然冷却简便易行且节能效果好,但会影响室内空气质量和湿度。水侧自然冷却可以在原有的空调机组上改造实现,但由于增加了中间传热过程其节能效果有限。热管自然冷却避免了对室内环境的影响,且同时利用相变传热节能效果较好。本文总结了近年来这三种自然冷却技术的最新进展,为这一领域的研究提供参考。     

自然冷却技术应用于数据中心的方案分析

自然冷却技术是实现数据中心节能减排的重要途径。对于风冷冷水机组,采用冷冻水末端存在水进入数据中心的安全隐患,采用热管背板末端存在二次换热及蒸发温度低的问题。热管型冷水机组结构简单,具备小压比、变容量功能,机组配合风冷、水冷及蒸发冷等形式的选择及综合利用,可以发挥较好的节能效益;热管型制冷剂机组不仅可以解决水进入数据中心的安全隐患,而且可以解决多次换热性能效率低下以及分液不均的问题,提高系统蒸发温度,拓宽自然冷却利用时间,为大型数据中心全年冷却提供新的思考与方向。     

基于自然冷却技术应用的数据中心空调节能分析

本文基于数据中心空调系统的选型和节能设计,以风冷直膨式机组、风冷双冷源冷水机组和热管复合式制冷机组为研究对象,建立了三种类型空调系统的能效计算模型;基于DEST提供的广州、上海、北京和哈尔滨四个城市的气象数据,以相同的空调负荷和回风参数为条件,对三类空调的年均能效(AEER)进行计算和对比分析。结果表明:三类机组的年均能效自南向北随着平均气温的降低而逐渐提高,分别为4.07~4.45、4.00~6.84、4.27~8.20;相比前二类机组,热管复合式制冷机组的节能幅度分别为4.8%~46%和6.4%~16.6%;双冷源制冷机组由于能够应用自然冷却替代或部分替代高能耗的压缩制冷,相比风冷直膨式机组节能优势明显;与风冷双冷源冷水机组相比,热管复合式制冷机组的制冷剂输送功小、换热端工作效率高、没有防冻问题等优点,是年均气温较低地区数据中心空调的首选。     

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...     

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。     

泵驱动两相冷却机组及其节能效果实验研究

当气温较低时,泵驱动两相冷却机组较之传统的蒸气压缩式空调能耗更低,EER更高,在数据中心节能降耗方面具有很大的应用潜力。但粗糙的控制策略不仅阻碍了冷却机组性能的提高,还严重影响了室内温控精度,对其实际应用极为不利。为了使其更好的应用于小型数据中心,本文研制了相应的控制系统,研究了其在某小型数据中心中实际应用时的运行性能,拟合了换热特性曲线,并进行节能性分析。结果表明:当室内温度设定为22℃、室外温度低于10℃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,与采用空调散热相比节省电能至少26.77%,具有良好的节能效果。     

一种复合制冷系统的空间使用可行性分析

半导体制冷器由于材料限制,主要应用于２００ Ｋ 左右的中低温领域。通过低温热管将半导体制冷器热端与辐射制冷器相连,使其热量直接辐射到宇宙空间中,维持２００ Ｋ 温度,将可能使冷端达到接近１００ Ｋ 的空间实用化低温。作者将对这种半导体制冷器／ 热管／ 辐射制冷器的复合制冷系统空间使用的可行性作出简单分析。     

一种空间复合制冷系统的可行性分析--半导体制冷器/热管/辐射制冷器

半导体制冷器由于材料限制,主要应用于２００Ｋ左右的中低温领域。通过低温热管相连,利用辐射制冷器冷却半导体制冷器热端,将其热量直接辐射到宇宙空间中,使其维持在２００Ｋ温度,将可能使冷端达到接近１００Ｋ的空间实用化低温。对这种半导体制冷器／辐射制冷器的复合制冷系统,空间使用的可行性做出简单分析。     

蒸发冷却/凝与热管复合型空调技术在数据中心的应用

调研蒸发冷却技术在数据中心应用情况,并分析几种蒸发冷却与蒸气压缩制冷系统复合型空调系统,结果表明:直接蒸发冷却无法保证空气品质,在数据中心应用受限,间接蒸发冷却可以很好地与蒸气压缩制冷系统分别在蒸发侧及冷凝侧复合,现有空气侧复合型蒸发冷却系统可利用自然冷源的室外空气湿球温度达到21.8℃,自然冷源利用率高,但存在系统体...     

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。     

数据中心用露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调的实验研究

为了降低数据中心空调能耗并提高换热效率,本文提出一种应用于数据中心的流道结构为逆流和叉流结合的露点间接蒸发冷却与机械制冷复合空调,并搭建了实验台分别对干燥工况和高湿工况下回风温度为26℃和35℃的不同运行模式进行实验测试。实验结果表明:运行湿模式,当数据中心回风温度较低为26℃时,干燥工况下机组的湿球效率最高为97%;当数据中心回风温度较高为35℃时,干燥工况下机组的湿球效率约为110%,高湿工况下机组湿球效率为99%;运行混合模式,干燥工况下露点间接蒸发冷却器的湿球效率约为120%,高湿工况下露点间接蒸发冷却器的湿球效率约为110%。由测试结果可知,露点间接蒸发冷却技术在干燥地区更加适用,中等湿度和高湿地区需辅助机械制冷,尤其当回风温度较低时,高湿工况蒸发冷却应用受限,必须辅助机械制冷达到送风要求,回风温度较高时,蒸发冷却可以减少机械制冷的使用时间。     

泵驱动两相冷却系统性能优化与变工质特性研究

本文提出一种泵驱动两相冷却系统,用于数据中心自然冷却,以实现节能减排的目的。搭建了实验台,围绕可能对系统性能产生影响的换热器内部阻力、换热器迎面风速、工质质量流量和工质种类等因素进行了实验研究,分析了各因素对机组换热量和EER的影响。结果表明:内部阻力的减小有助于机组功率的减小与EER的提升;质量流量过大或过小、风速过高或过低都对系统性能不利;R32在泵驱动两相冷却系统中的性能全面优于R22,但存在高温下工质泵低频供液不足的问题。     

基于压缩制冷的便携式特种电子设备冷却系统

本文基于压缩制冷循环研制了一套用于军用特种电子设备的小型冷却系统,用于解决便携式特种电子设备在高温环境下的散热问题。通过选用微型高效的制冷部件,实现了微型压缩制冷和设备的集成。对该系统进行了变工况的性能测试,结果表明:在环境温度40℃的工况下,冷却系统供风温度小于15℃,制冷量不低于300 W,解决了特种电子设备在户外高温环境下的使用问题。     

基于数据中心余热回收的硅胶-水吸附式制冷系统的实验研究

数据中心蕴含丰富的低温余热资源,若将硅胶-水吸附式制冷机组运用于数据中心余热回收且给水冷背板系统提供冷量满足服务器CPU直接水冷的要求及水冷背板的需求,将具有显著的节能效果。本文针对45～60℃的低温热源,对吸附式制冷机组进行实验,测量换热流体在不同工况下的温度,结果表明:硅胶-水吸附式制冷机组能够将23℃的冷冻水降温至20℃以下,产生1.28～4 kW的制冷量,系统COP在0.22～0.51之间。若提高热水温度,降低冷却水温度以及适度提高冷冻水温度可使硅胶-水吸附式制冷机组提供更多的冷量,节能效果更佳。     

热管技术研究进展及其在制冷空调行业中的应用

综述了国内外热管技术理论研究和应用研究的发展与现状，指出热管技术研究的重心已经从理论研究转移到应用研究，热管的应用已经由航天转向地面，由工业转向民用。在制冷空调行业，热管主要用做换热器，它可以进房间空调器、空调热回收、地热、太阳能、废热利用等技术的应用与发展，将减轻对环境的热污染。     

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%。     

数据中心冷却用动力型热管的实验研究

为研究用于数据中心的动力型热管系统性能,本文在焓差法实验室对三类压缩机性能进行了实验研究,结果表明:1)带气泵功能的压缩机具备低压缩比运行能力,可根据室外环境温度以及室内负荷不同分别切换不同工作模式,简化系统配置,具有很好节能效益,其中变频转子压缩机COP可以超过20,变频涡旋压缩机COP接近20,可以较好的替代液泵; 2)中小型机房空调领域,综合利用气相动力型热管与压缩制冷技术,拓宽了自然冷却利用时间,全年能效比AEER远高于常规机房空调,配合运用地域性风冷、水冷、蒸发冷等节能方式,为现代数据中心节能减排提供了新的思路; 3)大型数据中心空调领域,磁悬浮压缩机COP超过20,具有较高的节能效益,但与液泵相比仍具有一定差距,同时离心式压缩机作为气泵运用存在循环不畅的现象,需要液泵进行压头补偿。