冷冻水式精密空调的综合分析

冷冻水式精密空调的综合分析之冷冻水系统机房专用空调设计原理

（1）加热器分电加热和热氟加热器。电加热器采用全不锈刚绕片式或PTC电加热管，具有结构简单，易于控制，加热量大，并可实现多级加热量的控制，满足不同工况的要求。热氟加热器采用先进的制冷技术融合节能环保理念所衍生的技术结晶，该加热方式是利用机组的耗热量来取代电加热量，从而实现节能目的。

（2）加湿器采用品牌电极式蒸汽加湿器，电极式蒸汽加湿器是利用交流电能直接对自来水进行加热产生洁净蒸汽的过程。具有加湿量大、加湿效率高、可实现高精度的无级加湿。

（3）送风系统：送风机为前倾/后倾式系列的双进风、双宽度离心风机。风机选型采用专业的CAD选型软件进行优化设计，以获取风机运行的最佳工作点。

恒温恒湿空调机具有精度高、可靠性好、显热比高、噪声低、适应性强、结构紧凑、检修方便等特点，多种选择，有风冷、水冷两种冷却方式，满足客户不同使用环境的需求。模块式机房专用空调机用户可根据需要，选用单个模块或多个模块组合。模块之间可并排安装也可分开安装。各机组独立供电、供水，机组之间用信号线相连。

冷冻水系统机房专用空调系统图

2.2.1可靠性：如果将冷冻主机部分设计为单机系统，或管路系统设计为单管路，将存在严重的单点瓶颈，一旦冷冻主机故障或管路故障，整个系统将瘫痪，因此如果该系统采用冷冻水冷却方式，必须采用主机备份和双管路系统来解决，要求冷冻主机系统、冷却水系统、泵系统采用N+X备份，确保任意系统发生故障，整个系统正常提供冷冻水。如项目采用冷冻水主设备冗余、管路系统采用双环管网等设计，在任意管路或主器件出现问题，仍能不影响绝大部分的机组运行。

精密空调漏水隐患：冷冻水冷却方式隐患较大，问题在大型冷冻水管进入机房，就存在水浸机房的风险，一旦进入机房的主管路发生问题，由于水量大，很难通过防水坝以及排水孔排除漏水。这就需要设计有漏水报警与联动系统（例如在发生漏水时，立即判断并自动关闭相应段的水阀），并需要在系统运行的每个月进行检查，避免出现即使漏水告警系统发出信号，但电动水阀也无法关闭的问题。若主管路发生漏水将带来灾难性影响。

精密空调能效比：冷冻水冷却方式中，大型冷冻主机的压缩机能效比高于机房空调压缩机，但是整个冷冻水的耗电包括压缩机、冷冻水泵、冷却水系统、末端冷冻水机组的总耗电，这样，针对整个空调系统的能效比约在2.5～3.5。而综合效率取决于冷冻主机的效率，总冷量为4500KW的系统冷冻水主机能效比取国标二级能效5.6，按5000平方米机房计算，并考虑冷冻主机水泵冷却塔能无极调节变频时，总能效比显示出优势。当然，可以设计在冬季利用自然冷源，进一步提高全年能效比。

精密空调可扩容性：冷冻水冷却方式的管路系统和主机系统，都需要提前规划设计，例如否则后期扩容难度大。冷冻主机系统可按N+X方式逐一设计，但管路系统无法逐一设计，必须根据终期容量进行统一设计，否则后期无法更改，这样就会带来很多问题，例如：前期管路设计与冷冻主机设计很难匹配运行的问题等，同时也会影响前期运行的效率。因此需要在设计中充分考虑。

精密空调灵活性：冷冻水冷却方式的主管路系统需要提前安装到位，制冷主机可分期实施，末端管路系统因主管系统限制，调整余地少，水路平衡和互相干扰大，因此对设计要求很高，分期建设难度很大，很难在不同建设时期保证系统都运行在最佳状态。

精密空调对建筑外部条件的要求：这一点是冷冻水冷却方式的优势，其冷冻主机和冷却塔可以集中布置，占地面积少。但不足在于，如果冷冻主机系统或其冷却塔设计在屋面，则对承重要求高。如设计在地下室，需要进行好降噪工作等。本项目规模下冷冻水主机一般设计在地下室，按2+1备份，2600kW/台考虑，并考虑配电、泵、控制装置、水处理装置、管路，需要约300～400平方米。冷却塔一般设计在楼顶或户外地面，选择按3台2+1备份考虑，占地约100平方米。

针对5000平米机房，与风冷冷却方式比较，冷冻水冷却方式投资较高。包括冷冻主机、冷却塔、管路、末端冷冻水机房专用空调等系统，应设计有冷冻主机水泵冷却塔能无极调节变频系统等，另外北京地区必须考虑冷却水防冻问题，因此将进一步增加成本。如为高可用性要求机房，为考虑安全性，设计为双盘管冷冻水系统，也就是说冷冻水机房专用空调同时设计有两套盘管，并有两路进水、两路排水，正常运行时一路供回水系统和一套盘管工作，另一路处于备用，任意路系统无法正常供水，系统将自动切换到另一套盘管。此方案将进一步保障系统的安全性，但同时也将增加投资。

精密空调可维护管理：冷冻水冷却方式需要高水平的运行与维护队伍，需要时时检测水管路系统的压力、水温，检查冷冻主机、冷却塔、泵的运行状态，实验关键电动水阀以及漏水检测元件的有效性，因此必须建设有高水平的运行维护队伍，对人员素质要求较高，投入运维方面的人员开支等远高于风冷系统。

精密空调系统的适应性：冷冻水冷却方式适应管路较长（水泵扬程范围内）。目前国内选择冷冻水冷却方案，一般有两种情况：情况一：应用冷冻水空调的投资收益率适合的超大机房；情况二、无法设计风冷室外冷凝器场地的机房。

精密空调设计要求：如为高可用性要求，必须考虑冷冻主机的备份问题、双管路设计、双盘管冷冻水空调末端设计，冷冻主机水泵冷却塔能无极调节变频设计等，关键设计包括可点水压的平衡性，末端水流量、压降的合理性等等，因此对设计的要求非常高。综合说明：优点（适合管路长，高度，建筑外立面考虑美观）与缺点都非常明显，系统的高效性与系统的可扩容性、系统的可分期实施性、系统的灵活性形成了不可调和的矛盾。

用风冷直接蒸发式冷却塔，优势是冬季节能明显，缺点是价格较高，夏季使用效率较低。另外，如果设计为相对高的进出水温度，例如：不是设计为传统的7℃进水，12℃回水（此时制冷终端冷冻水机房专用空调的显热比在80%左右），而是设计为10℃进水，16℃回水，将提高制冷终端冷冻水机房专用空调的显热比，甚至达到100%，这样，将减少因低显热比的除湿与加湿能耗，进一步实现节能，但代价是将设计有更多数量的制冷终端冷冻水机房专用空调，这种方法已经在国内最新的一些项目中应用。

该系统由：室内冷冻水机房空调、冷冻水供回水管路、冷冻水水泵、冷冻水机组、冷却水塔、冷却水供回水管路、冷却水泵等部分组成。