数据中心间接蒸发冷却技术白皮书（数据中心间接蒸发冷系统）

间接蒸发冷却技术在数据中心领域的应用近年来逐渐受到国内各大互联网公司的青睐，在全国多个地区都有应用案例。

本期我们继续探讨数据中心间接蒸发自然冷却技术的相关知识。

1、4类气流组织产品

目前数据中心领域使用的AHU产品有不同形式。目前使用的AHU的气流组织形式主要分为四类，即：外冷式、内冷式、两级内冷式和预冷式。

1、外冷式。

首先，我们先将AHU内部的循环风定义为一次侧风，将外部循环风定义为二次侧风，以方便后续介绍。外冷式，二次风进入AHU后，首先经过湿膜冷却，然后进入换热芯与一次风进行分区式热交换。

这种组织形式的优点是降低了换热核心内结垢、堵塞和腐蚀的风险。同时，二次侧喷淋水不易截留在设备外，因此WUE指标较好；缺点是与内冷式相比，热交换效率较低，且相同制冷量型号的尺寸较大。

2.内冷式。

内冷式将外冷式湿膜喷淋和热交换核心换热两个环节合二为一。即二次风进入机组后，经防尘、过滤后直接进入换热芯。壁与一次空气进行热交换。如果需要蒸发冷却，应在二次风进入换热芯体之前开启喷淋水，实现二次风的蒸发冷却，同时增强换热芯体的传热效果。

这种组织形式的优点是换热芯换热效率高，同等制冷量下整机尺寸紧凑；缺点是喷淋水与换热芯体直接接触，芯体存在水垢、污垢堵塞的风险。性能提高，且存在未完全蒸发的水滴随二次风排放到环境中，因此WUE指标相对较差。

3.两级内冷式。

两级内冷式，顾名思义，其热交换过程分为两级，因此热交换芯体分为两段连接在一起。

内冷热交换发生在第一级换热芯体中，即二次风经防尘、过滤后，进入换热芯体前进行喷淋、蒸发、冷却，与从一级换热芯体热交换冷却后的一次风进行热交换。第二级换热核心发生壁式换热；

干冷换热发生在第二段，即从第一段换热芯换热后的二次风进入第二段换热芯与回风的高温一次风进行壁式换热机房出风口。热交换完成后，二次风排放到环境中，一次风进入第一热交换芯体进行二次冷却和热交换。

这种组织形式的初衷是，经热交换芯体交换后排出到环境中的内部冷却的二次空气的温度往往低于环境温度。因此，冷能的利用还是有价值的。因此，在原有内冷空气的基础上，增加了干冷换热环节，利用机房回风的高温与仍具有制冷能力的二次空气进一步进行热交换经过内部冷却换热后。这样提高了利用效率，WUE指标也更好。这种组织方式的缺点是，对于相同制冷量的机型，机组尺寸较大，一次侧和二次侧的风阻较大。

4.预冷式。

预冷换热过程也可分为两部分，发生在两个换热部件，即换热盘管和换热芯体上。由于间接蒸发冷却系统需要循环喷淋水进行蒸发冷却，且喷淋水的温度必须低于环境的最低湿球温度，为了进一步探索喷淋水的显热传热能力，预冷式结构中，喷淋水首先流经换热盘管与刚刚吸入设备的二次风进行热交换，达到二次风预冷的效果，然后喷淋蒸发进入热交换核心，产生内部冷却和热交换过程。

这种架构的优点是充分发挥了喷淋水的显热潜力，提高了整机的热交换效率。缺点是与内冷式相比，增加了预冷换热器和控制装置，增加了设备成本。

2、换热芯体的差异

换热芯是IEC的核心部件，其换热效率、可靠性、气密性、耐压性、结构强度等直接影响整个IEC整机的性能。目前使用的IEC热交换芯体主要有两种类型：金属芯体和非金属芯体。

非金属芯的材质为高分子聚合物，其特点是风道尺寸大，不易发生污垢堵塞，喷水分布均匀性好。缺点是单位体积的热交换效率较低，机器的整体尺寸较小。大型非金属换热芯体的代表制造商是Munters，例如管板表面带有突起的聚合物蒸发换热器——Oasis IEC 200。

另一大类——金属芯的材质通常为铝或不锈钢，表面经过环氧涂层处理，因此芯的表面呈现金黄色。针对其特性定制的水性环氧涂料，一方面增强了表面的亲水性能，另一方面增强了芯部的耐腐蚀性能。但需要注意的是，环氧涂料怕紫外线，所以使用时要注意遮阳、防晒。金属换热芯供应商的代表厂家有Heatex AB、Excool等。

目前国内IEC设备厂商主流采用金属芯，以华为、Alsi、Invic等为代表。

3. 不同的风扇布局

目前主流IEC厂商的风扇布局有两种：

A：原发性侧抽搐，继发性侧抽搐；

B：一次侧吹，二次侧排气。

在A计划中：

由于一次侧和二次侧均排气，因此热交换芯体中一次风侧的静压有可能小于二次风侧的静压。另外，热交换芯体不可能完全密封。据统计，主流金属热交换芯体在400Pa压差下密封泄漏量为0.1%，因此存在二次风漏入一次侧造成污染的风险。另一方面，这种布局的优点是换热芯体两侧的压力差较小，因此对换热芯体的结构强度要求较低。

B计划中：

由于一次侧风采用鼓风方式，换热芯体一次侧的气压高于二次侧，消除了二次风漏入一次侧造成污染的可能性。缺点是换热芯体一次侧和二次侧压差增大很多，对换热芯体的结构强度要求较高（目前只有特殊设计的耐高压换热芯体才能满足4000Pa的强度要求）压差）。此外，两种风扇布置方式对换热核心内的气流均匀性和传热强度也有不同程度的影响。

4、喷涂技术的差异

不同的设备制造商选择的喷涂方案也不同。主要影响的是喷雾的均匀性和雾化粒径。喷嘴的形式有实心锥体、空心锥体、扇形、靶冲击锥体等，形式决定了喷水分布的均匀性、覆盖面积、雾化颗粒大小等参数。

另外，循环喷雾水的管道压力也会影响喷雾效果，这取决于设备制造商的设计方案。其中，高压喷雾的喷雾雾化粒径较小，提高了水滴与空气之间的热交换效率。缺点是未完全蒸发的雾化水滴较小，很容易被二次风携带到环境中，增加了喷雾水的损失较大；中压喷雾的雾化粒径较大，水滴与空气的热交换效率较差。但由于粒径较大，被二次风带走的概率减少，相对更节水。因此，需要结合蒸发换热芯、气流组织设计等方面来选择雾化喷雾方案。

不同喷嘴喷雾雾化效果

5. 不同模式切换

目前主流IEC设备厂商提供的设备支持三种模式切换：干模式（室外干球温度<16）、湿模式（室外干球温度<16、湿球温度<19）、混合模式（室外干球温度<16C）和混合模式（室外干球温度<16C）。湿球温度》19）。

当然，用户可以根据项目所在地30年极端气候参数选择功能模式。例如，如果高纬度地区年最高湿球温度不超过19，那么客户要求的IEC设备不需要配备DX补充冷却设备。从而节省了设备的初期投资。虽然主流IEC厂家都支持三种工作模式，但不同厂家产品的整体控制水平差异很大。设备运行的可靠性、节能、节水效果均受控制水平的影响。

另外，当产品拆解为部件时，IEC中的耗能部件主要是一、二次侧循环风机、喷淋水系统、软水处理系统、DX补冷系统等。在相同的热负荷和室外环境温度下，IEC可以有多种不同的状态组合，以满足IT设备的散热要求。例如，喷雾较多，循环风机转速可较低；如果DX补冷比较高，则喷淋时可少浇水，等待即可。

因此，在不同工况下，系统运行必须有动态平衡和最优参数设置。同时，优先考虑节电或节水的效率最大化目标需要根据具体客户需求进行调整。

审稿人：李茜