自然冷却专题

自然冷却风冷螺杆冷水机组

作为世界上最早设计和制造风冷冷水机组的专业空调公司。麦克维尔一直致力于技术的革新，随着人们对环保和节能的日益关注，麦克维尔率先向行业推出高效型自然冷却风冷螺杆机组。

      自然冷却风冷螺杆冷水机组是以空气作为冷源，以水作为传热介质，并在过渡季节和冬季可利用室外冷空气自然冷源进行节能运行的制冷机组。安装时将空调机组直接置于屋顶或室外空间，无需专用机房、冷却塔、冷却水泵、冷却水管系统。广泛应用于数据中心（IDC）项目或电子、化工、冶金、制药等需要全年制冷的场所。

自然冷却风冷冷水机组优点

风冷Free Cooling冷水机组优点
■ 自然冷却节能应用、无冷却水损耗
■ 无需专用机房，安装灵活
■ 延长空调主机寿命

北方大型数据中心应用
■ 目前采用”水冷冷水机组＋自然冷却应用“较多
■ 北方大部分地区缺水，而冷却塔耗水量太大，耗水量大，会破
坏水资源环境，受到用水限制

麦克维尔自然冷却技术的原理

高效节能可靠设计
自然冷却风冷冷水机组主要节能指标：
■ 过渡季节进入Free Cooling的环温
■ 冬季进入100％Free Cooling的环温

适应数据中心可靠运行设计
■ 双压缩机双回路设计，互为备用
■ 30S断电快速启动
■ 全变频风扇设计

其它：
■ 自然冷却功能一体化 ■ 优化的自然冷却控制程序

技术领域：

防冻技术

针对数据中心在寒冷地区区域化建设的趋势，为确保数据中心运行安全，麦克维尔为自然冷却风冷螺杆冷水机组搭载了特有的四重防冻技术，确保机组生命周期内高效可靠、安全运行。

快速启动

      为最大限度地满足客户负荷需求，保持工艺设备的冷却，维持客户空调工况的稳定，减少昂贵的停机风险，麦克维尔为自然冷却风冷螺杆冷水机组搭载了领先的掉电快速启动功能，此功能可保护对温度敏感的设备和工艺，避免数据丢失、过热导致的设备损坏及运营中断所带来的经济灾难性后果。

      启用快速启动功能后，在不影响系统安全、稳定的情况下，机组控制程序根据设定自动简化部分系统启动过程，清零系统重启剩余时间，调整部分系统部件状态，在机组掉电停机，再次上电之后在30s内尽快启动，更好地适应数据中心制冷系统需求。

自然冷却技术应用领域

Free Cooling风冷冷水适用场所

数据中心空调系统设计应综合考虑初投资和运行费用。初投资高出的部分通过运行费用的节省，在合理的年限内进行回收。自然冷却机组特别适合应用在以下场合：
■ 建筑物设计负荷比较大
■ 需要全年制冷的建筑
■ 有足够低的室外环境温度的地区

北方数据机房特点：
■ 冷负荷需求大
■ 需要全年制冷
■ 冬季、过渡季环境温度低

自然冷却适用区域

上图绿色区域很多地区都适用自然冷却技术应用，节能率达25％～55％。

发展背景：

自然冷却，天然冷源，节能首选

      数据中心（DC）和电子、化工、冶金、制药等场所的空调需要对机房进行全年制冷，如采用常规空调，需要靠压缩机做功耗电进行制冷，则全年的空调能耗非常大。如何利用新技术，降低机房制冷系统能耗，降低
运营成本，成为人们日益关注的焦点。  

  对于空调业界，相信已经有越来越多的设计院、经销商及客户关注于“自然冷却技术”，尤其是在数据中心（DC）和电子、化工、冶金、制药等场所的空调应用需求中呐喊声尤为明显。以数据中心为例，机房需全年进行制冷才可满足数据中心运营需求，如采用传统的制冷系统形式，需全年不间断制冷，空调能耗巨大，导致制冷系统能耗值占数据中心整体电能耗值的35%左右，挥之不去的制冷系统能耗，加大了数据中心的运营成本。如何利用新技术，降低机房制冷系统能耗，降低运营成本，日益成为人们关注的焦点。以数据中心为例：迈入21世纪，中国经济快速发展的同时，国内各行各业业务处理对信息技术的依赖也在迅速增加，在数据处理业务和IT技术的共同推动下，数据中心DC建设进入了高速发展时期。

数据中心空调应用的关键特点

■ 能耗大，25%的总电量用于机房制冷
■ 一年四季长时间运行
■ 对温度变化非常敏感，要求不间断供冷
■ 充足的备用供电设备
■ 非正常断电后，要很快的恢复正常制冷，保证设定温度

数据中心能耗分析

数据中心IT设备能耗

自然冷却技术：天然免费冷源

      为满足数据中心和电子、化工、冶金、制药等场所需要全年制冷的需求，空调业界进行了新的一轮研发，研究出可利用冬天或者过度季节低温空气的自然冷却技术，即当室外环境温度比冷冻水温还要低时，通过换热技术将室外低温空气中的“冷量”即天然冷源进行免费利用，对机房进行降温。

技术分类：

自然冷却技术包括两种不同的应用形式：
■ 直接应用：通过风机直接将室外的冷风引入，此应用方式初投

优势分析：

自然冷却技术应用优势分析

全年在不同季节环温下运行对比：

结论：越靠北方地区，节能性越突出。其它同纬度地区，节能性相近。
备注：以上对比基于MQ产品制冷量1250kW,全年运行工况：制冷进/出水：18/12℃，30%乙二醇

针对不同地区，全年运行在不同模式下运行时间分布：

节能分析

备注：以上对比基于MQ产品制冷量1250kW,全年运行工况：制冷进/出水：18/12℃，30%乙二醇

节省水资源

Free Cooling风冷冷水机组无冷却水损耗，相比水冷机组，可节省大量水资源。如全国有20％大型数据中心采用FreeCooling风冷冷水机组，相比水冷机组，则全年可节水3662万吨。

■ 自然冷却机组可以大大节省空调机组运行费用，无水损耗，同时节省水资源并减少CO2 排放量。
■ 能源节约的比例根据设计工况，年运行时间和当地气候条件有关。
■ 北方数据中心冷负荷需求大，全年不停机运行，具备提供自然冷却足够低的环境温度，并且北方大部分地区水资源均比较缺乏，适合采用自然冷却风冷冷水机组。

案例分享：

IBM节能示范展示中心

概况：
此项目是IBM的节能示范展示中心，对机组的节能性要求非常高，主要目的是用自然冷却风冷螺杆的节能性应用于数据中心。

项目应用：
设计方案为常规风冷螺杆机组与带自然冷却功能机型MCS210FC3-GF（1台），自然冷却风冷螺杆机组内置板换与室外自然冷却盘管里乙二醇溶液间接换热，机房里纯水循环（室内无乙二醇）。在过渡季节压缩机部分负荷运行，冬季不开压缩机，只有少量风机功耗。

应用优点：
■ 比常规风冷冷水机型年节能率达38%左右；
■ 室内机房系统无乙二醇溶液；
■ 无冷却水损耗。

太原市政务服务中心

概况：
太原市政务服务中心是为公民、法人或其他社会组织集中办理行政许可、非行政许可审批，提供公共服务
的场所。该项目运用信息技术，打造电子化流程，建立绩效管理电子监察体系，实现了审批服务全流程网上办理、全过程实时监督。数据机房巨大的信息处理量对机组的节能性要求非常高。

系统应用：
该项目采用3台麦克维尔自然冷却风冷螺杆MCS。

应用特点：
■ 数据机房的大量信息处理使得能耗非常大，对制冷机组的节能性要求非常高，为保证太原市政务服务中心信息中心的安全稳定性和节能运行，制冷采用无水损耗的自然冷却风冷螺杆机组，充分利用自然冷源，机组在过渡季节压缩机部分负荷运行，冬季不开压缩机，只有少量风机功耗；
■ 由于数据机房安全设计，水系统采用纯水循环GF系列，自然冷却功能机组内置板换与室外自然冷却盘管里乙二醇溶液间接换热，机房里纯水循环（室内无防冻液）；
■ 机组安装于楼顶，不需要单独设机房，节省更多室内空间；机组采用自然冷却功能一体化设计，可节省一半的占地面积；
■ 机组机载智能化控制器可根据气候的变化自动调节至最节能的运行模式，无需人工干预。

中国移动华东物流中心

概况：
中国移动华东物流中心工程项目位于南京溧水县东屏工业园区，占地近300亩，主要功能为调运、储备内
部物资，集中存放中国移动的备品备件，大区的物流中心再负责向周边省份提供支持。

系统应用：
该项目的IDC机房共采用了6台麦克维尔自然冷却风冷螺杆机组MCS。

应用特点：
■ 采用先进的风冷自然冷却技术，充分利用室外寒冷空气在过渡季节和冬季进行机房冷却，为用户节省运行费用；
■ 系统设计互为备用，确保系统运行的可靠性，每台机组均采用双压缩机双回路系统设计， 每个系统可独立运行， 运行可靠并可互为备用。 机组可自动平衡每台压缩机运行时间和加减载， 延长机组寿命；
■ 为了确保品质，招标方要求具备第三方检测报告，麦克维尔自然冷却风冷螺杆机组通过合肥通用研究所的权威检测报告；
■ 机组在数据机房工况下满负荷COP高达3.5，完全满足客户的要求；
■ 机组最低工作环境温度-20℃，完全满足客户的需求，提供开放的通信协议和接口（RS232和RS485）及接口板，可接收（BAS）的数字式信号，并可向（BAS）输出数字式信号满足客户的要求。