冷冻机房水系统原理图

机房空调分类以及原理机房空调按是否自带冷源方式可以分为直接膨胀式（DX）机组和通冷型(CW)机组,DX 机组自身具有制冷系统、CW机组自身不带制冷系统，需要利用冷水机组提供低温冷源。

其中DX机组按冷凝器冷却单元不同又分为风冷机组、水冷机组、乙二醇机组等。

随着机房空调散热量的能量损耗越来愈大、利用室外自然冷源的直接用来冷却机房的方案也越来收到人们的关注。

1.风冷风冷式直接蒸发系统的原理如下图所示，它的传热介质是制冷剂，制冷剂通过室内的压缩机加压，通过铜管进入室外的冷凝器放热，然后再通过铜管经过室内的膨胀阀降压，最后到达蒸发盘管吸热，达到降温的效果。

2. 水冷系统水冷机组系与风冷不同之处是增加了板式换热器和干冷器，整个压缩机制冷系统均在室内机组进行，其吸收的热量通过板式换热器传递给水，然后通过水循环散到室外。

根据热量通过水循环散到室外的方式，可以分成两种，一种是通过开放式水塔散热，称为开放循环方式，也就说通常说的水冷机组；一种是通过干冷器来散热，成为闭式循环方式，也就是通常说的乙二醇机组3.冷水式系统冷水系统主要有风冷（水冷）冷水机组、冷水式机房空调、水泵、冷却塔等组成，其中冷水机组提供冷源，，冷却塔在室外散热、冷水式机房空调利用冷水机提供的冷冻水冷却机房。

4.双冷源系统机房空调按是否自带冷源方式可以分为直接膨胀式（DX）机组和通冷型(CW)机组,DX 机组自身具有制冷系统、CW机组自身不带制冷系统，需要利用冷水机组提供低温冷源。

所谓双冷源就是一台机组中包含DX和CW两种制冷单元，可换为备份自动切换。

有上述三种基本的冷却方式可组成不同型的双冷源系统，如风冷+冷水系统、水冷+冷水系统。

5.高效自然冷却方案利用自然冷源、直接引新风到机房内的方案，最为节能。

如下图所示，CyberMate系列机房专用空调集成新风系统原理图英维克CyberMate系列机房专用空调可实现集成新风机组，是将新风单元和常规机房空调组合而成，在室外温度低于室内温度是，常规机房空调停止工作，新风单元直接引入室外新风；当室外温度高于室内温度时，新风单元停止工作，常规机房空调开启工作；此方案节能效果非常明显，但是却有着新风直接进入机房，影响机房内部的洁净度的问题。

说明+动图，保证让你把数据机房空调系统弄得明明白白机房空调属于精密空调的一种，是为了满足精密设备特殊工艺及特定环境的要求而设计的，其目的是精确控制其温度、湿度等并要求控制在一定范围。

机房空调具有高显热比、要求大风量。

为达到所需空气参数，空调系统由制冷循环和空气循环两个循环部分组成，制冷循环主要分为水冷和风冷两类。

下面我们就通过系列动图，来了解下机房空调的制冷循环和空气循环。

Pt.1制冷循环原理制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成。

就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中，反复地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，不断的在蒸发器处吸热汽化，进行制冷降温，将热量从室内搬运到室外。

所谓水冷和风冷的区别，其实就是与水或者空气进行热量交换的区别。

制冷循环Pt.2空气循环2.1 送风方式末端的送风方式常规分为上送风方式，风管送风方式和地板下送风。

上送风方式风管送风地板下送风2.2 典型布置为了优化气流和进一步提升冷却，采用约束送风是比较常用的通风并划分冷池的一种方式，冷热通道分离，如下图。

冷热通道分离除此之外，为了降低气流输配距离，还有行间空调和柜级空调。

传统的房间级空调到微模块的演变部分数据中心也会采用顶置空调，采用热通道封闭方法，进一步缩短气流循环距离，安装顶置空调的放置方式，可以分为卧式和立式。

卧式顶置空调立式顶置空调为了进一步降低气流输配距离，部分数据机房也会采用柜级冷却方式，如热管背板。

柜级空调Pt.3机房风冷系统这是最传统的冷却方法，空调由内机和外机通过氟管路连接而成，内机由压缩机、膨胀阀和蒸发器等组成，可以实现制冷和气流输送等功能，外机则用来散热。

风冷制冷原理常规采用定速涡旋压缩机制冷，少量采用数码涡旋或者变频涡旋压缩机；风冷室外机安装在室外或楼顶，内外机距离有限制：常规不高于室内机20米，不低于室内机5米，室内外管路长度推荐小于60米，超出需要延长组件和措施。

风冷机房空调典型结构3.1 适合场景风冷空调相互间独立，无单点故障，特别适合中小型数据中心，当输送气流距离较短时，可以单侧布置，当输送距离较远时，采用双侧布置，如图6。

制冷工艺设计文件目录制冷工艺设计说明一、工程规模：1、快冷间：一间，400头/80min；设计冷风温度－26℃，共需机械负荷286kw2、排酸间：七间，210～280头/间、6～8h；设计冷间温度0～4℃，共需机械负荷483kw3、副产品冷却间：二间，设计冷间温度0～4℃，共需需机械负荷138kw4、分割产品暂存间：一间，设计冷间温度0～4℃，需机械负荷69kw5、急冻间：四间，15t/间、24h；设计冷间温度－23℃，需机械负荷288kw6、冷藏库：二间，120t+180t，共300t；设计冷间温度－18℃，需机械负荷21kw7、分割间：一间，设计车间温度10～12℃，需机械负荷60kw。

二、制冷系统说明（一）制冷剂：R717（氨）；冷冻机油：N46（二）制冷系统划分1、－35℃蒸发温度系统：包括快冷间、急冻间和冷藏库。

2、－10℃蒸发温度系统；包括冷却排酸间、副产品冷却间、分割产品暂存间和分割间。

（三）设备选型及配置1、制冷压缩机：①－35℃蒸发温度系统：选用液氨冷却二次进气螺杆式压缩机LG16BMY2一台、LG20BMY2两台，在－35℃/+35℃工况下的总制冷量是701kw；②－10℃蒸发温度系统：选用液氨冷却螺杆式压缩机LG20BMY一台，在－10℃/+35℃工况下的总制冷量是770kw。

2、蒸发式冷凝器：选用ZNX－2800型一台，在冷凝温度＋35℃，湿球温度26.9℃工况下的排热量是2800kw。

3、高压贮液器：选用ZA－5型一台。

4、低压循环桶：①－35℃系统，选用DX－8L型低压循环桶一台，配50P－40屏蔽式氨泵两台，一用一备；②－10℃系统，选用DX－6L型低压循环桶一台，配50P－40屏蔽式氨泵两台，一用一备。

5、经济器：选用JJA－28型一台，在－35℃蒸发温度系统运行时使供给蒸发器的液体过冷，提高系统在低温下运行的经济性。

（四）制冷系统的控制程度1、压缩机的安全保护：排气压力过高保护、吸气压力过低保护、压缩机电机过载保护；2、低压循环桶：液位自动控制，液位超高报警；3、蒸发式冷凝器：断水自动报警；4、氨泵：压差保护；5、自动放空气；6、冷间温度遥测、显示、打印，冷间冷库门外就地显示。

二、并联环路：
管段1：闸阀0.08+90°焊接弯头0.72+合流三通0.1=0.9
管段2：水过滤器2.0+焊接弯头0.78×2=3.56
管段3：直流三通0.1+闸阀0.08×2+止回阀3.4=3.36
管段4：变径0.1×2+90°焊接弯头0.78×3=2.54
管段5：闸阀0.08×2+90°焊接弯头0.78×2=1.88
管段6：变径0.1+直流三通0.1+90°焊接弯头0.72+闸阀0.08=1 管段1’：闸阀0.08+90°焊接弯头0.72×2=1.52
管段6'：90°焊接弯头0.72×2+闸阀0.08=1.52
冷冻水系统：
四．并联环路：
最不利环路总损失：68760.592Pa
局部阻力系数：
管段1：闸阀0.08+90°焊接弯头0.72+直流三通0.1=0.9
管段2：直流三通0.1+闸阀0.08×2+止回阀3.4=3.66
管段3：水过滤器 2.0+90°焊接弯头0.72+直流三通（旁流三通）1.6+变径0.1=4.42
管段4：90°焊接弯头0.78+闸阀0.08=0.86
管段5：90°焊接弯头0.78+闸阀0.08=0.86
管段6：闸阀0.08+变径0.1+直流三通0.1+90°焊接弯头0.72×2=1.72
管段1'=闸阀0.08+90°焊接弯头0.72×5+三通1.5=2.3
管段6':闸阀0.08+三通1.5+90°焊接弯头0.72×2+变径0.1=3.12。

课程设计课程名称制冷与低温课程设计题目名称冷库CO2/NH3复叠制冷系统设计学生学院能源与动力工程学院专业班级能动B11组员朱家伟李科白清川指导教师晏刚2014年9月2日设计总说明本课程设计是设计一个10^3 m3低温冷冻库制冷循环系统,要求选用CO2/NH3复叠制冷循环系统。

整个设计过程主要包括系统制冷量计算、系统高低温级循环理论设计、复叠制冷系统设备的计算和选配，同时结合整体设备运行原理，对该CO2/NH3复叠制冷循环系统进行校正。

本次设计先从冷库制冷量计算着手，先根据CO2的制冷范围，初设循环的温度范围，计算出中间温度；再由各级冷凝蒸发温度结合循环p-h图确定系统设备的工况，最后根据工况和要求选取最佳的制冷设备。

经过设计计算，可以根据两级压缩机的排气量选取合适的压缩机，根据换热器负荷，利用专业换热器软件计算换热器的技术参数，在选取合适的换热器。

通过本次的设计，得到了一个较合理的可适用于低温冷冻库的CO2/NH3复叠系统成套设备。

关键词：低温冷库 CO2/NH3复叠螺杆压缩机蒸发冷凝器课程设计目录一、CO2/HN3复叠制冷系统制冷量计算 (2)1.110^3M³冷库耗冷量的计算 (2)1.2冷库机组计算 (3)二、CO2/NH3复叠制冷系统理论循环计算 (4)2.1C02／NH3复叠制冷系统的特点 (4)2.2CO2/NH3复叠制冷系统的组成 (5)2.3复叠系统温度的确定 (6)2.4低温级（CO2）设计参数 (6)2.5高温级（NH3）设计参数 (6)2.6低温级（CO2）循环理论计算 (6)2.7高温级（NH3）循环理论计算 (8)三、CO2/NH3复叠制冷系统设备的选择 (9)3.1压缩机的选择 (9)3.2换热器的计算和选择 (10)3.3油冷却器的选择 (10)3.4电子膨胀阀的选择 (11)3.5CO2安全阀的设计 (12)3.6润滑油的选择 (13)3.7密封材料 (14)四、主要参考文献 (16)五、心得体会 (17)一、co2/hn3复叠制冷系统制冷量计算1.1 10^3m³冷库耗冷量的计算Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q71、传导热量Q1:Q1=K×F×（T0 –T1）= 84 kw式中：K——库体材料传热系数W/ °C.m2。

数据中心新型冷却方式介绍（2）：冷冻水型行间空调系统从2018年开始，北京、上海、深圳等一线城市，陆续出台“PUE新政”。

2018年9月，北京提出全市范围内禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务数据中心（PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外）。

上海也出台类似政策，存量改造数据中心PUE不得高于1.4，新建数据中心PUE限制在1.3以下。

2019年4月，深圳提出PUE1.4以上的数据中心不再享有支持，PUE低于1.25的数据中心，可享受新增能源消费量40%以上的支持。

为了降低PUE，近几年数据中心新型末端冷却方式不断涌现，水冷背板空调、热管、水冷背板、液体冷却等等。

本文主要讲解冷冻水型行间空调。

1、冷冻水型行间空调系统组成行间空调，是放在服务器机柜列间，热源直接散热的设备，主要应用于高热密度数据中心。

随着机房大功率服务器的不断应用，单机柜功率达12~20kW，普通的封闭冷热通道、精密空调单、双侧送风的方式已经无法满足IT设备的散热需求，因此行间空调得到了应用。

因为行间空调靠近热源布置，空调的回风温度高，且送回风距离很近，使得其能效比好，目前行间空调有风冷直接蒸发式和冷冻水两种形式，行间空调用于封闭冷热通道的场合，本文先讲解冷冻水型行间空调系统。

冷冻水型行间空调系统组机组主要由框架、冷冻水盘管、进出风温湿度传感器、控制系统、二通阀、冷冻水管路、排气阀、电气箱等组成。

图1 冷冻水型行间空调结构图图2 冷冻水型行间空调零部件图2、运行原理冷冻水型行间空调安装位置为服务器机柜中间，送风方式为前部侧向出风（冷通道），后部回风（热通道）。

冷冻水型行间空调运行时，15℃低温冷冻水进入冷冻水型行间空调的冷冻水盘管，被机房热空气加热后，成为21℃高温冷冻水，高温冷冻水经冷冻站冷水机组/板式换热器冷却后，再次成为15℃冷冻水，送往机房冷冻水型行间空调，完成冷冻水循环。

服务器排出的32℃热风在热通被冷冻水型行间空调风机吸入，经冷冻水盘管冷却，成为18℃冷风，冷却IT服务器。

数据中心大型冷冻水系统介绍随着互联网行业高速发展，数据业务需求猛增，数据中心单机柜功率密度增加至6~15kw，数据中心的规模也逐渐变大，开始出现几百到上千个机柜的中型数据中心。

随着规模越来越大，数据中心能耗急剧增加，节能问题开始受到重视。

在办公建筑中大量采用的冷冻水系统开始逐渐应用到数据中心制冷系统中，由于冷水机组的COP 可以达到6以上，大型离心冷水机组甚至更高，采用冷冻水系统可以大幅降低数据中心运行能耗。

冷冻水系统主要由冷水机组、板式换热器、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵以及通冷冻水型专用空调末端组成。

系统采用集中式冷源，冷水机组制冷效率高，冷却塔放置位置灵活，可有效控制噪音并利于建筑立面美观，达到一定规模后，相对于直接蒸发式系统更有建造成本和维护成本方面的经济优势。

1、冷水机组冷水机组包括四个主要组成部分：压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，从而实现了机组制冷制热效果。

中大型数据中心多采用离心式水冷冷凝器冷水机组。

冷水机组的作用：为数据中心提供低温冷冻水。

原理：冷水机组是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在蒸发器内吸收高温冷冻水（21℃）水中的热量，使水降温产生低温冷冻水（15℃）后，通过压缩机的作用将热量带至壳管式冷凝器，由冷媒与低温冷却水水进行热交换，使冷却水吸收热量后通过水管将热量带出到外部的冷却塔散热。

如图，开始时由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入壳管蒸发器，吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降；蒸发后的制冷剂再吸回到压缩机中，又重复下一个制冷循环。

2、板式换热器当过渡季节及冬季室外湿球温度较低时，可以使用板式换热器利用间接水侧自然冷却技术为数据中心制冷。

间接水侧自然冷却技术指利用室外较低的湿球温度通过冷却塔来制备冷水，部分或全部替代机械制冷的一项技术，冷却塔自然冷却属于水侧自然冷却，冷却塔自然冷却是目前数据中心采用最多的自然冷却技术之一。

数据中心冷冻水制冷系统的节能分析摘要：在数据中心节能降碳节水的大背景下，梳理了数据中心传统冷冻水系统的原理，冷水供、回水温度从15/21℃调整为18/24℃时，提升了冷水机组性能系数、延长了冷水系统自然冷却的时间，对降低制冷系统的PUE值有明显效果。

最后简要介绍了液冷和氟泵技术，未来有望代替冷冻水系统，实现更低的PUE值。

关键词：数据中心冷冻水系统 PUE 液冷氟泵0概述数据中心是典型的耗能大户，随着“双碳”战略目标的推进，各地纷纷加强了对数据中心能耗的监管，表现在PUE（Power Usage Effectiveness,电能利用效率）数值上，对PUE值的要求越来越低。

数据中心冷却系统运行带来的非生产能耗占数据中心总能耗的40%，降低这部分能耗是提高数据中心能效的重要研究方向。

数据中心内服务器耗电产生大量的热，在水冷系统架构中，散热终端冷却塔利用水蒸发吸热将冷却水中储存的热量释放到大气中。

笔者通过对数据中心冷冻水系统架构的总结梳理，分析了潜在的提高制冷系统能效，降低系统PUE[2]的措施。

1冷冻水系统架构原理如图1所示，数据中心冷冻水系统架构原理图，末端精密空调冷水盘管和机房内回风换热，通过水流将热量带到冷水机组，经制冷压缩后散热到冷却水中，最后在冷却塔蒸发散热到大气环境中。

为了充分利用自然冷源，常用板式换热器串联冷水机组的架构，根据室外湿球温度的变化，制冷系统可运行在免费冷、预冷及机械制冷模式。

图1冷冻水系统原理图笔者从事的项目多采用中温冷冻水温度15/21℃，冷却水温度33/38℃。

以华北项目为例，冬季冷塔选型湿球温度为8℃，冷塔出水温度13.5℃，考虑板换换热温差1.5℃，可满足二次侧冷水温度15/21℃的要求。

湿球温度为14℃时，冷却水出水温度约19℃，考虑板换的换热温差，二次侧冷水的出水温度约21℃，将不能对冷冻水回水进行预冷却。

因此当湿球温度低于8℃时，制冷系统运行在免费冷模式，冷却水系统通过板式换热器制取满足要求的二次侧冷冻水。