水冷精密空调工作原理

首先需要了解以下问题

1、气体密度和重力的关系
密度大的气体在下面,密度小的气体在上面。当它们的体积一定时,密度大的质量大,密度小的质量小。质量大受到的地球的重力就比质量小的受到的地球的重力就大。

2、气体密度和温度的关系
根据标准气体方程，等质量的气体，压强不变的情况下，温度和体积呈正比，即V/T＝常量。那么就可以得出：等质量的气体，压强不变的情况下，温度和密度呈反比。依据如下：

    理想气体状态方程可用pV=nRT表示，式中：p为压强（Pa），V为气体体积(m3)，T为温度(K)，n为气体的物质的量(mol)，R为摩尔气体常数（也叫普适气体恒量）(J/（mol.K）)。

    密度=质量/体积，用符号表示是ρ=m/V，其中ρ表示密度，m表示质量，V表示体积。

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再说一下机房的送风方式，一般采用下送风上回风的方式，如下图所示。

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1、集中水冷冷冻水空调系统，包含两个水系统，冷却水系统和冷冻水系统，系统主要由水冷冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵、水处理设备、定压补水系统、冷冻水空调末端及管理阀门等组成。冷水机组横截面图示如下：

2.水冷冷冻机组的工作原理如下：

a.冷却水侧：一般冷却水进水温度为30℃，进入冷凝器与冷媒做热交换后，出水温度为35℃。冷却水一般使用蒸发式冷却塔通过水蒸发来散热降温。

b.冷媒侧： 冷媒以低温低压过热状态进入压缩机，经压缩后成为高温高压过热状态冷媒。高温高压过热状态冷媒进入冷凝器后，将热传给冷却水而凝结成高压中温液态冷媒。高压中温液态冷媒经膨胀装置，成为低压低温液气混合状态冷媒。低温低压液气混合状态冷媒进入蒸发器后，与冷冻水进行热交换，冷冻水在此处被冷却，而冷媒则因吸收热量而蒸发，之后以低温低压过热蒸气状态进入压缩机。（冷媒就是制冷剂）

c.冷冻水侧：一般冷冻水回水温度为12℃，进入蒸发器与冷媒做热交换后，出水温度为7℃。冷冻水一般通过风机盘管、组合式空调机组或水冷精密空调机向IT设备提供冷气。由于数据中心的制冷量大，要求温差小风量大且湿度需要控制，一般采用水冷精密空调机。

3.大型数据中心的水冷空调系统一般由以下五部分组成，示意图如下：

a.离心式冷冻机组，一般为N+1配置，有一台备机，安装在冷站机房。

b.冷却塔，通常安装在室外或楼顶，一般一台冷冻机组对应一组冷却塔（便于维修和保证备机系统正常待机）。冷却水通过冷却塔来降温，由于水在大气中蒸发，因此要设计安装水处理系统来除垢、除沙尘、除钠镁离子和病菌等，否则将大大降低制冷效率。另外，由于数据中心是全年连续运行，还要设计冬季防结冰措施。

c.环形冷冻水管道。由于数据中心需要连续运行，因此冷冻水的进水和回水管道都要设计成环路，大型数据中心可能设计成二级或三级环路，这样在局部冷冻水管道或阀门发生故障时可以关闭相邻的阀门进行在线维护和维修。为了便于日后的维护、维修、更换和扩展，需要安装设计相当多的阀门。为了防止漏水和提高使用寿命，需要选择优质的阀门，有些工程使用优质无缝钢管，甚至不锈钢管。冷冻水管和冷却水管不允许经过机房区域。在水管经过的区域需要设置下水道和漏水报警设备。为了节能和防止冷凝水，冷冻水管和冷却水管都要采取严格的保温措施。

d.水冷精密空调机。其实就是一个温差小风量大的大型风机盘管，一般推荐采用地板下送风和天花板上回风。为了保证IT设备的**安全和便于设备检修，推荐设置物理上独立的空调设备间，四周做拦水坝，地面做防水处理和设置排水管道，安装漏水报警设备。推荐采用N+1或N+2的冗余配置方案。

e.水泵。冷冻水和冷却水的循环都是通过水泵进行的。水泵的节能除采用变频装置外，应采用较大直径的管道、尽量减少管道长度和弯头、采用大半径弯头、减少换热器的压降等。冷冻机房、水泵、冷却塔、板式换热器和精密空调尽量设计安装在相近的高度以减少水泵扬程。

由于大型数据中心的水冷空调系统的电力负荷很大，一般需要为水冷空调系统设计独立的配电室。

由上述可以看出，水冷空调系统比较复杂，成本也比较高，维护也有难度，但是能满足大型数据中心的冷却和节能要求。而且数据中心制冷系统方式还有很多，后续有兴趣在慢慢学习。