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摘要：针对目前蒸发冷却机械制冷空调机组测试过程中存在的问题，文章以实际项目问题，通过分析数据中心建筑蒸发冷却与机械制造联合空调机组设备的运行现状，通过现场测试方式来对机组运行控制的性能进行确定。结果表明，对总冷负荷带来的影响进行控制，是提高蒸发冷却机械制冷空调机组设备运行效率的关键。
关键词：数据中心；机械制冷；现场测试；性能分析
前言：
随着工业化发展进程不断向前推进，蒸发冷却空调设备的使用能够将自然环境中的空气利用起来，通过干球与湿球间的温差，来达到制冷效果。为了能够更好的研究蒸发冷却机械制冷空调机组的性能，本文对某城市数据中心运行使用的蒸发冷却与机械制造联合空调机组情况进行分析，通过现场测试方法获取各项指标参数，以确定空调机组系统的冷却效率、制冷量以及风管温度上升问题所带来的影响，进而采取相应的措施进行处理。
一、研究背景
该数据中心总建筑面积440m2，地上2层。蒸发冷却空调机组由直接蒸发、管式间接蒸发以及新回风等冷却段组成，具体结构示意图，如图1所示。图2则为空调机组的外形尺寸情况。额定风量为每小时40000立方米。
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图1 空调机组结构示意图
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图2 空调机组外形尺寸图示意图
机组全年运行，根据运行期间产生的数据绘制的焓湿图，如图3所示。因数据中心蒸发冷却机械制冷空调机组运行产生的散热量较大，且散湿量小，可以判断所以湿热比相近无穷大。
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图3 蒸发冷却与机械制冷和空调机组空气处理过程含湿图
上图中：W：室外状态点、W‘：IEC后状态点、N：室内状态点、C：混合状态点、O：送风状态点、为：湿热比下标x，d分别表示夏季和冬季。
空调机组在夏季运行模式，如图4所示。当蒸发冷却机械制冷空调机组内的设备系统联合运行，对空气的处理情况，也可再下图中获知。
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图4 夏季空气处理过程图
当机械制冷空调机组处在过渡季节运行环境，其运行模式状态，如下图。还包含各个系统阶段对空气的处理模式。
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图5 过渡季节空气处理过程图
图6，为空调机组运行在冬季环境下的情况，即不同阶段以组合状态运行，还包括空气处理。
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图6 冬季空气处理过程图
二、测试情况
蒸汽制冷空调机组的现场测试工作，需选择气温适中的天气，从早上9点开始测试，每隔一分钟记录各参数直至傍晚17点，结束测试。测试参数主要包括管式间接蒸发冷却段运行、机组进风以及送风口运行产生的数据信息[1]。
本次测试所采用的仪器仪表如下：Testo温度计自记仪：Testo480多功能数据采集仪、叶轮风速仪和玻璃棒水银温度计。
三、结果分析
（一）效率分析
在对蒸发冷却器性能进行评价时，需要重点关注失球效率，因为该效率可以准确的表达出冷却蒸发器出入口的空气温度与湿度情况，当蒸发器出入口温度与湿度相近，那么可按照以下公式进行计算：
（1）上述公式中：tIg1表示为：管式间接蒸发冷却器工作产生空气的干球温度；tIg2表示为：离开蒸发冷却器时空气的干球温度；tIs1表示为：进入管式间接蒸发冷却器工作空气的湿球温度。上述参数的单位均为℃。
直接蒸发冷却区域的失球效率计算公式如下：
（2）上述公式中：tDg1表示为：直接蒸发冷却器工作产生空气的干球温度；tDg2表示为：离开蒸发冷却器时空气的干球温度；tDg3表示为：进入直接蒸发冷却器工作空气的湿球温度。上述参数的单位均为℃。由此，间接与直接两种运行方式下的两级蒸发冷却器（IDEC）失球效率计算，应按照如下公式进行：
（3）上述公式中：tIDg1表示为：直接与间接蒸发冷却器工作产生空气的干球温度；tDg2表示为：离开蒸发冷却器时空气的干球温度；tDg3表示为：进入直接与间接蒸发冷却器工作空气的湿球温度。上述参数的单位均为℃。
当蒸发冷却机械制冷空调机组运行处在过渡季节环境，应关闭风阀，开启直接、间接蒸发冷却段、关闭机械制冷表冷段，运行模式为全新风直流式模式。对整个机组在运行期间相关指标参数的变化情况进行分析，具体情况，如图7所示。
结果：进风参数：室外空气参数、平均干球温度：16.7℃、平均湿球温度为9.2℃、平均相对湿度为37.5%、平均露点温度为2.2℃、比焓为28.7kJ/kg、含湿量为4.7g/kg。
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图7 机组进风干湿球温度与相对湿度的变化情况图
管式间接蒸发冷却器后的干湿球温度与相对湿度的变化情况见图8所示，经分析，间接蒸发冷却器空气参数如下：平均干球温度：12.4℃、平均湿球温度：7.5℃、平均相对湿度为51.1%、比焓为24.7kJ/kg、含湿量为4.8g/kg，空气还是量上涨了2.12%，导致其上涨的主要原因就是因为间接蒸发冷却器出现漏水的情况，属于加湿冷却过程[2]。
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图8 管式间接蒸发冷却器后空气的干湿球温度与相对湿度变化情况图
直接蒸发冷却器后的干湿球温度与相对湿度的变化情况见图9所示，经分析，结果表明：直接蒸发冷却器后的空气参数：平均干球温度：8.6℃、平均湿球温度：7.6℃、露点温度：7.5℃、平均相对湿度：93.6%、比焓：26kJ/kg、相比之下，空气比含量上涨5.62%，导致这一情况的原因是因为水温介于空气的干球温度与失球温度之间，为增焓冷却过程。
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图9 直接蒸发冷却器后的干湿球温度与相对湿度的变化情况图
经分析，结果表明：间接蒸发冷却器的效率：58%、直接蒸发冷却器的效率：86%、直接、间接蒸发冷却器的效率：115%。对比不同时刻下室外的空气湿度和空气问题，这也就表示，空气干燥情况下，制冷效果也有所改善；机组的送风参数：平均干球温度：11.4℃、平均湿球温度：8.9℃、平均相对湿度：73.3%、比焓：27.9kJ/kg、经过风管、风机，温度上涨2.8℃；机组的排风参数：平均干球温度：25.6℃、平均湿球温度：16℃、平均相对湿：37.%、平均露点温度：9.9℃、比焓：46.5kJ/kg，这样就能够抵达数据中心，温度在10~28℃这一要求，同时也能够满足相对湿度在20%~80%之间这一要求。
（二）分析制冷量
管式间接蒸发冷却器全热制冷量这一参数可以对管式间接蒸发冷却器的性能进行准确的评价，利用这一参数能够直接表示出管式间接蒸发冷却器在某一特定时刻下，为空调区域提供的冷量。
直接蒸发冷却器的显热制冷量可以评价直接蒸发冷却器的性能，该参数表示直接蒸发冷却器在某一时刻对向空调区提供的冷量。
经过对蒸发冷却机械制冷空调机组设备的现场测试，发现送风管能够为系统运行提供的送风量为277133/h；而通过排风管为系统运行提供的排风量为137813/h；二次风风量为165243/h。
四、存在的问题与解决对策
在整个测试的过程中，共遇到3个问题，第一是风量平衡问题、第二是气流组织问题、第三是间接蒸发冷却段发生的漏水问题，分析问题原因，第一是因为机房内侧东南角的两个风口的风量比较小，所以，此处的温度也要高于其他位置；第二是排风管与送风管处所测量的排风量与送风量，分别为每小时13781立方米和每小时27713立方米，这也就说明当空调机组处在室内的正压运行环境下，排风机运行模式会降低室内排风量。
为了能够解决以上两个问题，可采取以下措施进行处理，第一测量每一个送风口的具体风速，经过测试结果后发现靠北的送风口的风速较高，这样就需要对每一个支路的风阀进行调整，对南北风口的送风量进行调整，将南面调大、北面调小，从而使气流组织的安排更加合理；第二，因为排风机变频，所以不能对风量进行调节，在这种情况下，应采用20%的新风和80%的回风作为送风，以此减小排风机的风量。
结束语：
综上所述，在本次研究中，对蒸发冷却机械制冷空调机组的性能进行测试，根据本次测试结果，应根据空调机组所处的温度与湿度情况来确定运行模式。推荐在中等湿度地区内的蒸发冷却机械制冷空调机组应以联合方式运行；夏季，空调机组应采用间接蒸发冷却方式来对新风进行预冷处理，从而达到节能降耗的目的。当蒸发冷却机械制冷空调机组系统处于过渡阶段，则要对机械制冷段进行关闭处理，并通过启动蒸发冷却器的新风制冷设施，来满足所处环境对空调设备运行使用的需求。当运行处于冬季环境，则应通过直接蒸发冷却段，经过滤与加湿处理，来达到数据中心对空调机组运行性能的需求。
参考文献：
[1]田振武，黄翔，郭志成，等. 新型蒸发冷却空调系统在数据中心的运行测试分析[J]. 制冷与空调（四川），2020（3）：297-302.
[2]李睿，周文和. 管式间接蒸发冷却器性能分析及数值方法[J]. 制冷与空调，2020，v.20（01）：92-97.